Oscillateur paramétrique optique - Définition

Origine du terme « paramétrique »

En mécanique, un oscillateur paramétrique est un oscillateur dont la fréquence propre est modulée périodiquement, via un paramètre de modulation. Lorsque ce paramètre est modulé à deux fois la fréquence propre, l'amplitude d'oscillation croît exponentiellement. Ainsi, la balançoire est un oscillateur paramétrique puisqu'on balance ses pieds deux fois pendant un aller-retour pour amplifier le mouvement. En optique, le terme a été conservé pour désigner la création d'une onde de basse fréquence (signal) par une onde haute fréquence (pompe). En revanche, il n'est pas nécessaire que la fréquence de la pompe soit égale à deux fois la fréquence du signal. La comparaison s'arrête donc là.

Bibliographie

• Nicolas Forget, Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques, Thèse de doctorat de l'École Polytechnique, soutenue le 5 octobre 2005. Résumé sur le site web de l'ONERA
• Jean-François Roch, Introduction à l'optique non-linéaire, cours de 3^e année de l'École supérieure d'optique (SupOptique) (2004)
• Paul Mandel, Introduction à l'optique non-linéaire, Université Libre de Bruxelles, PHYS 327, (2003). Cours téléchargeable en ligne, soumis à un copyright.
• M. M. Fejer & al., Quasi-Phase-Matched Second Harmonic Generation : Tuning and Tolerances, IEEE J. of Quantum Electron. 28 (11), 2631-2654 (1992)
• G. Leo & al., Parametric fluorescence in oxidized AlGaAs waveguides, J. Opt. Soc. Am. B 16 (9), 1597-1602 (1999)
• A. Fiore & al., Second harmonic generation at λ=1.6 µm in AlGaAs/Al₂O₃ waveguides using birefringence phase matching, Appl. Phys. Lett. 72, 2942-2944 (1998)
• M. Ebrahimzadeh, Infrared Optical Parametric Oscillators : Current and Future Perspectives, exposé donné aux Journées Scientifiques de l'ONERA le 5 février 2007. Fichier PDF de la présentation
• R. L. Byer & al., Power and bandwidth of spontaneous parametric emission, Phys. Rev. 168, 1064-1068 (1968)
• T. G. Giallorenzi & al., Quantum theory of spontaneous parametric scattering of intense light, Phys. Rev. 166, 225-233 (1968)
• D. A. Kleinman & al., Theory of optical parametric noise, Phys. Rev. 174, 1027-1041 (1968)

Exemples d'OPO

OPO continu à base de PPLN

Les OPO continus sont souvent constitués d'une cavité stable à miroirs concaves. Le seuil d'oscillation étant plus haut qu'en impulsionnel, le faisceau de pompe doit être focalisé assez petit (typiquement sur un diamètre de 100 μm). Pour des raisons d'efficacité, les modes propres de la cavité pour la ou les ondes résonnantes doivent être de diamètre comparable. Cela impose des rayons de courbure des miroirs assez petits (typiquement 100 mm) et des longueurs de cavité assez longues (typiquement 1 m). Pour réduire son encombrement la cavité est souvent repliée en "papillon", en "L" ou en "Z". Pour abaisser le seuil d'oscillation à des valeurs atteignables avec des lasers de pompe existant, il est préférable de choisir un cristal fortement non-linéaire, tel que le niobate de lithium périodiquement retourné (PPLN), et parfois de rendre l'OPO doublement résonnant.

OPO impulsionnel à base de KTP

Le Phosphate de potassium titanyl, KTiOPO₄ (KTP), est un cristal transparent dans la gamme 350-4500 nm. Il est souvent utilisé pour produire du rayonnement infrarouge à 4 µm à partir d'un laser Nd:YAG à 1,064 µm déclenché activement. La configuration de base de ce type d'OPO est une cavité optique dite instable constituée de deux miroirs plans, et d'un cristal de section relativement grande (~ 1 cm) afin de pouvoir utiliser des faisceaux de grande dimension et donc très énergétiques. Le faisceau de pompe peut être amené soit à travers un des miroirs, soit par un miroir intracavité à 45°; elle est alors éjectée grâce à un deuxième miroir à 45° situé après le cristal. La compensation (partielle) du walk-off se fait traditionnellement par l'emploi de deux cristaux de KTP avec une orientation particulière des axes optiques. Ce type de source est accordable en longueur d'onde par une simple rotation du ou des cristaux.

OPO PPKTP à différence de fréquence intracavité

• qqes cristaux : Potassium Titanyl Phosphate, KTiOPO₄ (KTP) (doubleur de fréquence)
• qqes dispos ?
• autres milieux non-linéaires : liquides, gaz, fibres, etc.