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Processus non linéaires pour la génération d'impulsions picosecondes largement accordables dans l'infrarouge moyen
Jean-Baptiste Dherbecourt ()1
1:  Chatillon - Onera - The French Aerospace Lab
De nombreuses applications, telles que la spectroscopie résolue en temps, requièrent de développer de nouvelles sources laser, qui émettent des impulsions courtes et accordables dans l'infrarouge moyen. Dans ce domaine, l'optique non linéaire apporte un grand nombre de solutions. D'une part les processus de conversion de fréquence permettent d'envisager l'extension du domaine spectral couvert par les sources laser. D'autre part les spécificités des processus non linéaires permettent d'envisager la création de fonctions optiques rapides. Dans ces travaux, nous mettons à profit ces deux aspects à travers la réalisation de dispositifs originaux de génération d'impulsions picosecondes. La première contribution de la thèse est la réalisation d'une source OPO à pompage synchrone basée sur un cristal de ZGP émettant des impulsions picosecondes dans la bande 3,8 µm- 5,6 µm. Les performances des différents étages de conversion sont discutées à la fois par des considérations expérimentales et numériques. La seconde contribution est le développement d'une source laser ZnSe:Cr2+ à modes verrouillés par un dispositif de miroir non linéaire d'ordre 2 à base de PPLN, accordable dans la bande 2,45 µm - 2,55 µm. Le miroir non linéaire est tout d'abord caractérisé en dehors de la cavité laser, puis le verrouillage de mode du laser est expérimentalement réalisé. Nous proposons enfin de généraliser la fonction miroir non linéaire en donnant les conditions d'obtention d'un verrouillage de modes par la modulation combinée de l'amplitude et de la phase de l'onde laser.

2011-03-15
Physique, optique
Ecole Polytechnique
laser – oscillateur paramétrique optique – infrarouge – picoseconde – verrouillage de modes – miroir non linéaire – doublage de fréquence – effet Kerr optique – non-linéarités en cascade – PPLN – ZGP – ZnSe:Cr
nonlinear processes for mid-infrared widely tunable picosecond pulses generation
Many applications, like time-resolved spectroscopy, require the development of new coherent light sources emitting tunable short pulses in the mid-infrared. In this field, nonlinear optics offer particularly attractive solutions. First of all, the parametric generation process allows extension of the spectral coverage of conventionnal laser sources. Secondly, nonlinear processes display specific properties, which can be controlled in order to create original fast optical functions. In this work, we use these properties to realize picosecond pulses generation devices. We begin with the realization of a synchronously pumped OPO based on a ZGP crystal, emitting tunable picosecond pulses in the 3,8 µm- 5,6 µm spectral range. The performances of the different conversion stages are discussed from experimental and numerical considerations. Then we adress optical sources including a laser medium and a nonlinear crystal. We build a nonlinear mirror using a PPLN crystal and insert it in a Cr2+:ZnSe laser to produce tunable picosecond pulses by passive modelocking in the 2,45 µm - 2,55 µm range. The nonlinear mirror is designed and characterized in an extracavity experiment, then we detail the mode-locking experiment. Finally, we generalize the nonlinear mirror concept, by proposing means of getting passive mode-locking by combination of amplitude and phase modulation in the laser cavity.
laser – optical parametric oscillator – infrared – picosecond – modelocking – nonlinear mirror – second harmonic generation – optical kerr effect – chi2 cascading – PPLN – ZGP – Cr:ZnSe
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