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Theses Year : 2002

Study and realization of optical parametric oscillators in the infrared region

Etude et réalisation d'oscillateurs paramétriques optiques pour l'émission dans l'infrarouge

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Abstract

The first part of this work deals with some theoretical elements of nonlinear optics relative to optical parametric oscillators in the nanosecond regime. After a short historical review on nonlinear optics, we give the propagation equations for three coupled waves in a non1inear medium, we expose the principles of birefringence phase matching and quasi-phase matching. Then we give analytical solutions to propagation equations for plane waves. We present the various second order parametric processes used to exploit the properties of nonlinear crystals. The second part presents the context of the study, which has been conducted within the context of a collaboration between Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique and CILAS company. After establishing a state of the art on published experiments about the generation of wavelengths between 2 and 5 mM, we present the two configurations we've been studying. In the third part we expose the experiments we made on the first configuration using birefringence phase-matched crystals operating near degeneracy. It uses a KTP OPO followed by a ZGP OPO. We demonstrate for the first OPO the efficiency of using several KTP crystals, mounted in walk-off compensation. The efficiency from 1 mM to the idler wave, reaches 29 %. We use this OPO as a pumping source for a ZGP OPO, and this leads to an efficiency of 12 % from 1 mM to the 3-5 mM band. The fourth part concerns the second configuration, using two OPO in parallel, with quasi-phase matched crystals. We analyze the performances of PPKTP, PPLN and PPRTA OPO with low and high repetition rates.
La première partie de ce travail présente quelques éléments théoriques de l'optique non linéaire en rapport avec les oscillateurs paramétriques optiques en régime nanoseconde. Après un court rappel historique sur l'optique non linéaire, nous donnons les équations de propagation de trois ondes couplées en milieu non linéaire, nous exposons le principe de l'accord de phase par biréfringence et celui du quasi-accord de phase, puis nous donnons des solutions analytiques aux équations de propagation dans le cas des ondes planes. Nous présentons ensuite les différents processus paramétriques du deuxième ordre permettant d'exploiter les propriétés des cristaux non linéaires. La deuxième partie présente le contexte de l'étude menée dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique et la société CILAS. Après un état de l'art sur les expériences publiées concernant la génération d'ondes entre 2 mM et 5 mM, nous présentons les deux configurations que nous étudions par la suite. Dans la troisième partie nous développons les expériences menées sur la première configuration n'utilisant que des cristaux en accord de phase par biréfringence fonctionnant à proximité de la dégénérescence. Son principe réside en la mise en série d'un OPO à base de KTP et d'un OPO à base de ZGP. Pour le premier OPC nous démontrons l'efficacité de l'utilisation de plusieurs cristaux de KTP montés en compensation de double réfraction. Le rendement énergétique de 1 mM vers l'onde complémentaire atteint 29 %. Nous utilisons cet OPO en tant que source de pompage pour un OPO à base de ZGP, ce qui nous permet d'atteindre un rendement énergétique de 1 mM vers la bande 3-5 mM de 12 %. La quatrième partie concerne les expériences menées sur la seconde configuration, constituée de deux OPO mis en parallèle à base de cristaux en quasi-accord de phase. Nous évaluons successivement les performances d'OPO à base de PPKTP, PPLN puis PPRTA, à basse et à haute cadence.
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pastel-00716158 , version 1 (10-07-2012)
pastel-00716158 , version 2 (11-07-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00716158 , version 2

Cite

Renaud Lebrun. Etude et réalisation d'oscillateurs paramétriques optiques pour l'émission dans l'infrarouge. Optique [physics.optics]. Université Paris Sud - Paris XI, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00716158v2⟩
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