Brevet FR2466027A1 — publié le 19810327

La présente invention, issue de travaux menés en commun par Messieurs Daniel CHEMLA et Philippe KUPECEK du Centre National d'Etudes des Télécommunications et Monsieur Miche CLERC du Commissariat à l'Energie Atomique, CEN Sac7ays a pour objet ur dispositif d'adaptation des états de polarisation de deux vibrations lumineuses. Elle trouve une application en optique et, notamment, dans les systèmes convertisseurs de frequences. Dans les processus interactifs faisant intervenir deux vibrations lumineuses de longueurs d'onde différentes, ces vibrations doivent présenter des etats de polarisation particuliers l'un par rapport a l'autre. Par exemple, dans un processus de mélange soustractif de frequences (V1-V2=3 ou, en longueurs d'onde ) = i > réalisable dans des materiaux comme le séléniure de cadmium ou le séléniure de gallium, les deux vibrations aux frequences vl et V2 à melanger doivent être polarisées rectilignement et présenter des directions de polarisation perpendiculaires l'une à l'autre.Parmi les dispositifs emettant simultanément des rayonnements a ces frequences5 l'oscillateur paramétrique optique (OPO) a niobate de lithium, l'un des plus employés, fournit des ondes de polarisations rectilignes parallèles. On peut orienter le plan de section principal du cristal convertisseur à 45 de la direction commune des polarisations afin d'utiliser5 pour l'une des vibrations, la composante normale au plan de section principal et pour l'autre la composante parallèle à ce plan, mais cette manière de procéder conduit à un taux de conversion quatre fois plus faible que le taux qu'on obtiendrait avec des directions de polarisations adaptées. Une méthode pour remèdier à cet inconvénient consiste a separer spatialement les deux vibrations incidentes à l''ide "un premier miroir dichroïque, à astreindre l'une des vibrations à traverser une lame de matériau doué de pouvoir rotatoire, l'épaisseur de cette lame étant choisie pour provoquer une rotation de la polarisation de 90 ec a recombine enfin les deux vibrations à l'aide d'un second miroir dichrolque. L'inconvénient majeur de ette méthode réside dans la nécessité d'effectuer une séparation spatiale des deux vibrations ce qui implique ensuite une recombinai son des faisceaux, opération toujours extrêmement délicate. De plus, la différence des trajets parcourus par les deux faisceaux exclut l'usage de ce systeme-pour des impulsions ultra-courtes. En outre, cette méthode nécessite la mise en oeuvre de miroirs dichroqques ainsi que celle d'une lame de matériau doué de pouvoir rotatoire, lequel, on le sait, est toujours faible et nécessite des epaisseurs élevées de matériaux. La présente invention a pour objet un dispositif qui evite ces inconvénients et qui permet de transformer deux vibrations lumineuses de longueurs d'onde différentes présentant des états de polarisation quelconque (rectiligne, circulaire droite ou gauche, etc...) en deux vibrations présentant des états de polarisation qui sont dans une relation déterminée l'un par rapport à l'autre. A cette fin, le dispositif de l'invention est constitue par une lame à faces parallèles, taillée dans un cristal uniaxe présentant de la birefringenGe, cette lame etant traversee par les deux vibrations selon une direction perpendiculaire à son axe optique et ayant une epaisseur et une orientation par rapport aux vibrations telles que les deux vibrations emergentes présentent l'une par rapport à l'autre les états de polarisation souhaités. En d'autres termes, l'invention tire profit du caractere biréfringent de certains cristaux pour faire subir simultanément deux traitements différents à deux vibrations de longueurs d'onde différentes, la difference de traitement permettant ainsi d'adapter des vibrations qui ne le sont pas initialement. Dans l'application au mélange soustractif de fréquences dans le séléniure de cadmium ou de gallium, les deux vibrations incidentes, lorsqu'elles proviennent d'un oscillateur paramétrique optique à niobate de lithium, sont polarisées rectilignement selon des directions parallèles; la lame est alors orientee perpendiculairement à la direction de propagation des vibrations et son axe optique est orienté à 450 de cette direction; son épaisseur est telle que l'une des deux vibrations émergentes présente la même direction de polarisation que les vibrations incidentes et l'autre une direction perpendiculaire. Naturellement, la situation inverse est également possible : deux vibrations incidentes perpendiculaires transformées en deux vibrations emergentes parallèles. D'une façon generale, il existe une grande variété de situations selon les etats de polarisation présentés par les vibrations incidentes et les vibrations émergentes. Le tableau ci-dessous en rassemble quelques-unes, de manière non limitative vibrations incidentes vibrations émergentes A1 h hl X, t t t e t o c v L v c t D t Dans ce tableau, les signes t et - > représentent des polarisations rectilignes de directions rectangulaires et les signes t et C des polarisations circulaires de sens contraires. A titre explicatif, la figure unique annexée à la présente description représente un dispositif d'adaptation de deux vibrations rectilignes parallèles en deux vibrations rectilignes perpendiculaires. Le dispositif représenté comprend une lame 10 de cristal uniaxe présentant de la biréfringence . L'axe optique 12 de cette lame est orienté à 450 de la direction commune de polarisation des deux vibrations incidentes E1 et E2, lesquelles ont des longueurs d'onde respectives A1 et 2 Ces vibrations lumineuses sont émises par une même source 14.Après traversée de la lame 10, on trouve une vibration E-'1 à la longueur d'onde #1 et une vibration E'2 à la longueur d'onde À2. La direction de polarisation de la vibration E' est parallèle à celle de E1 et la direction de polarisation de la vibration E'2 est perpendiculaire à celle de E2 donc à celle de E'1. Les deux vibrations pénètrent ensuite dans un matériau non linéaire 16 convenablement orienté et qui délivre une longueur d'onde 3. EXEMPLE oscillateur paramétrique optique à niobate Source 14 : de lithium ; #1 = 1,9874 m vibrations émises #2 = 2,2909 m, (XS = 2-2989 Irm, matériau : iodate de lithium épaisseur de la lame : 1786 vm ; Lame 10 biré- orientation de l'axe optique : 450 fringente des directions de polarisation de [1 et E2 ; Cristal rron séléniure de cadmium ; linéaire Dans cet exemple, le rayonnement de conversion est à une longueur d'onde 3 de 15 m et l'utilisation du dispositif de l'invention permet deretrouver le taux de conversion maximum. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'adaptation des états de polarisation de deux vibrations lumineuses incidentes de longueurs d'onde différentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par une lame à faces parallèles taillée dans un cristal uniaxe présentant de la biréfringence , cette lme étant traversée par les deux vibrations selon une direction perpendiculaire à l'axe optique et ayant une épaisseur et une orientation, par rapport aux vibrations, telles que les deux vibrations émergentes présentent l'une par rapport à l'autre les états de polarisation souhaités. 2. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les deux vibrations incidentes étant polarisées rectilignement selon des directions parallèles, la lame est orientée pour que son axe optique soit à 450 de cette direction, et l'épaisseur de la lame est telle que l'une des deux vibrations émergentes présente la même direction de polarisation que la vibration incidente et l'autre une direction perpendiculaire.