ENGLISH VERSIONLes sources laser compactes tout solide (rouge, vert, bleu, uv) sont utiles aujourd'hui pour une grande variété d'applications : télévision, stockage optique de grande densité, impression laser, médecine, remplacement des lasers à gaz, biofluorescence, communications sous-marine... Elles sont de plus en plus obtenues en convertissant la fréquence des lasers commerciaux par des processus optiques non linéaires. J'ai investigué une classe attractive de matériaux : des cristaux bifonctionnels au sein desquels la génération laser et l'interaction optique non-linéaire ont lieu simultanément .
Ils sont prometteurs pour des systèmes
compacts et fiables. Ce sont en premier lieu les cristaux
auto-doubleurs de fréquence émettant dans le vert: LiNbO3
:Mg2+/Zn2+/Sc3+/W6+ :Nd3+/Yb3+, Ba2NaNb5015 :Nd3+, K3Li2Nb5015
:Nd3+, YAl3(BO3)4 :Nd3+ (NYAB).
La spectroscopie des ions Nd et Yb a été étudiée, ainsi que
la longueur d'onde d'accord de phases en fonction de la
composition du cristal. La section efficace d'émission stimulée
est plus grande en polarisation p qu'en polarisation s pour
les niobates, ce qui est un inconvénient car l'auto-doublage se
réalise avec une onde laser ordinaire, l'onde doublée en
fréquence étant extraordinaire. Par contre pour le NYAB la
situation est favorable car ce cristal lase naturellement en
polarisation s.
A. Brenier, C. Madej, C. Pédrini, G.
Boulon
Luminescence of ytterbium doped LiNbO3:MgO under uv
excitation.
Radiation Effects and Defects in Solids, vol. 135 (1995) 77.
G. Foulon, M. Ferriol, A. Brenier, M.-T. Cohen-Adad, G. Boulon
Laser heated pedestal growth and optical properties of Yb
doped LiNb03 single crystal fibers.
Chemical Physics Letters, 245 (1995) 555.
G. Foulon, A. Brenier, M. Ferriol, A. Rochal, M. T. Cohen Adad,
G. Boulon
Laser heated pedestal growth and optical properties of
Nd3+-doped
Li1-xNb1-xWxO3 single crystal fibers.
Jounal of Luminescence, 69 (1996) 257.
D. Jaque, J. A. Sanz, J. Capmany, J. Garcia Solé, A. Brenier, G.
Boulon,
Continuous wave laser properties of 4F3/2-->4I13/2
transition of Nd3+ in LiNbO3 :ZnO nonlinear crystal.
Applied Physics B 68 (1999) 1-4.
G. Foulon, A. Brenier, M. Ferriol, M.-T. Cohen-Adad, G. Boulon
Laser heated pedestal growth and spectroscopic properties of
Nd3+ doped
Ba2NaNb5O15 single crystal fibers.
Chemical Physics Letters, 249 (1996) 381.
G. Foulon, A. Brenier, M. Ferriol, G. Boulon
Nonlinear laser crystal as blue converter : laser heated
pedestal
growth, spectroscopic and second harmonic generation properties
of pure
and Nd3+ doped K3Li2Nb5O15 single crystal fibers.
Journal of Physics D : Applied Physics 29 (1996) 3003-3008.
M. Ferriol, G. Foulon, A. Brenier, M.-T. Cohen-Adad, G. Boulon
Laser heated pedestal growth of pure and Nd3+-doped potassium
lithium niobate single
crystal fibers.
Journal of Crystal Growth 173 (1997) 226-230.
D. Jaque, J. Capmany, J. A.
Sanz-Garcia, A. Brenier, G. Boulon, J. Garcia Sole
Nd3+ ion based self frequency doubling solid state lasers
Optical Materials vol. 13 n°1 (1999) 147.
Actuellement, un des cristaux les plus prometteurs pour l'auto-doublage de fréquence est le NGAB:
A. Brenier, Chaoyang Tu, Minwang Qiu, Aidong Jiang, Jianfu Li, Baihang Wu, "Spectroscopic properties, self-frequency doubling and self-sum frequency mixing in GdAl3(BO3)4:Nd3+", Journal of Society of America B vol.18 n°8 (2001) 1104.
J'ai réalisé une autre application des cristaux bifonctionnels : le laser auto-sommeur de fréquences. Dans ce laser l'émission à 1062 nm du cristal de NYAB est mélangée avec le faisceau de pompe à 590 nm (niveaux 4G5/2-2G7/2 de Nd) dans le cristal laser lui-même, ce qui génère de l'uv (590+1062-->379 nm). Il a été aussi pompé à 750 nm (niveaux 4F7/2-4S3/2 de Nd) pour générer du bleu à 456 nm:
L'angle d'accord de phases en fonction du niveau d'absorption de Nd est donné par la courbe suivante :
A. Brenier, G. Boulon, D. Jaque, J.
Garcia Solé
Self-frequency-summing NYAB laser for tunable blue generation
Optical Materials 13 (1999) 311.
A. Brenier, G. Boulon
Self-frequency-summing NYAB laser for tunable uv generation
Journal of Luminescence 86 (2000) 125.
J'ai effectué une modélisation par ondes planes du laser auto-doubleur et du laser auto-sommeur de fréquences, ainsi qu'une modélisation par faisceaux gaussiens du laser auto-doubleur :
A. Brenier
Numerical investigation of the CW end-pumped NYAB and
LiNbO3:MgO:Nd3+
self-doubling lasers.
Optics Communications 129 (1996) 57.
A. Brenier
Modeling of the NYAB self-doubling laser with focused
gaussian beams
Optics Communications vol. 141 n°3 and 4 (1997) 221.
A. Brenier
The self-doubling and summing lasers:
overview and modeling.
Journal of Luminescence, vol. 91 n°3-4 (2000) 121.
Lorsqu'une onde
fondamentale est doublée en fréquence en se propageant dans un
milieu optiquement non linéaire au second ordre, l'onde doublée
se reconvertit en onde fondamentale au bout d'un parcours nommé
longueur de cohérence. Cette 
reconversion
s'accompagne d'une génération de phase d'autant plus importante
que le flux de photons reconvertis est lui-même plus important.
Par conséquent dans une onde gaussienne la phase accumulée ne
sera pa la même au centre du faisceau que sur les ailes. Tout se
passe comme si les deux ondes, fondamentales et doublée, se
réfractaient l'une sur l'autre dans un milieu muni de non
linéarités du second ordre en cascade. La question
intéressante est alors de savoir si cette réfraction peut
compenser et annuler la dilution des ondes dans l'espace due à
la diffraction. Autrement dit des solitons peuvent-ils se
propager par ce moyen ? La réponse est oui et j'ai montré que
les solitons gaussiens formaient une famille d'ondes à un paramètre
liée à la racine d'un polynôme du troisième degré.
A. Brenier
(2+1) dimensional gaussian solitons due to cascaded second
order nonlinearities.
Optics Communication 156 (1998) 58.