Oscillation paramétrique optique
Micro-oscillateur paramétrique optique monolithique pour la génération de photons jumeaux

Un oscillateur paramétrique optique (OPO) est constitué de deux éléments clés : un milieu actif non linéaire et une cavité optique. Le milieu actif, par exemple un cristal de niobiate de lithium, est le siège d'un mécanisme de conversion paramétrique , , qui permet de convertir des photons « pompes » de fréquence ω_p en photons « signaux » et « complémentaires » de fréquence ω_s et ω_c (figure ). La conservation de l'énergie impose les relations suivantes :

• ω_p = ω_s + ω_c lorsque la non-linéarité est du second ordre et la susceptibilité non linéaire en χ⁽²⁾ (un photon pompe est converti en deux photons) ;

• 2 ω_p = ω_s + ω_c pour une non-linéarité du troisième ordre et une susceptibilité en χ⁽³⁾ (deux photons sont alors utilisés pour la pompe).

Ce milieu non linéaire joue le rôle d'amplificateur et présente un gain pour les ondes produites.

Lorsque le matériau non linéaire est placé au cœur d'une cavité (figure b), le rayonnement émis peut être amplifié par passages successifs dans le matériau non linéaire. Il est à noter que la cavité peut être simplement résonnante avec une seule des trois fréquences paramétriques, doublement résonnante (dans les DROPO) ou triplement résonnante, avec les trois ondes (TROPO).

Comme dans un laser, lorsque la puissance de la pompe croît, le gain augmente jusqu'à égaler les pertes de la cavité. Le système présente alors un effet de seuil et le rayonnement se met à osciller. Les fréquences émises peuvent s'étendre de l'ultraviolet à l'infrarouge, ce qui fait des OPO des sources particulièrement intéressantes pour générer des rayonnements cohérents, monochromatiques et éventuellement intenses dans des régions du spectre inaccessibles aux lasers. Néanmoins, contrairement aux lasers qui ont pu être miniaturisés...