Brevet FR2726662A1 — publié le 19960510

La présente invention concerne un dispositif pour la génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde. Ce dispositif optimise l'extraction de l'énergie lumineuse, en particulier dans le cas des oscillateurs paramétriques optiques affinés spectralement par des éléments optiques intracavité. On connaît le principe de l'amplification paramétrique : une onde très intense dite onde pompe qui se propage dans un milieu de susceptibilité non linéaire X(2) peut générer une onde dite "signal" et une onde dite "complémentaire". De manière usuelle, l'onde signal est celle dont la fréquence est la plus importante et l'onde complémentaire celle dont la fréquence la plus faible.Les pulsations respectives des ondes pompe, signal et complémentaire o > p, os, Oc sont reliées par la loi de conservation de l'énergie : op = Os + Oc. De même, les vecteurs d'onde associés aux trois ondes vérifient la loi vectorielle de conservation de la quantité de mouvement ou d'accord de phase : kp = ks + kc. On connaît les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) dans l'oscillateur doublement résonant, les ondes signal et complémentaire sont mises en oscillation dans un résonateur optique; dans l'oscillateur simplement résonant, seule l'onde signal ou l'onde complémentaire est mise en oscillation. Supposons que l'onde signal oscille dans le résonateur, l'onde complémentaire est malgré tout présente, conformément à la loi de conservation de l'énergie et à la loi d'accord de phase, dans le milieu non linéaire. L'accordabilité des ondes signal et complémentaire est naturellement obtenu par rotation du milieu pour trouver l'accord de phase ou par changement de température du milieu. Afin de changer les caractéristiques spatiale ou spectrale des ondes émises, il est possible d'insérer dans le résonateur des éléments optiques (par exemple un réseau, des prismes, des étalons Fabry-Pérot, des diaphragmes...). Ces éléments changent directement les caractéristiques de l'onde oscillante et de manière induite celle de l'onde complémentaire. On connaît la configuration optique de 1'OPO telle que représentée sur la figure n0l. Le résonateur optique simplement résonant est formé des miroirs 2 et 4. Le miroir 2 est transparent pour le faisceau 1 de l'onde pompe et totalement réfléchissant pour l'onde qui oscille. Le miroir 4 est appelé "coupleur de sortie". I1 est partiellement transparent pour l'onde qui oscille et totalement transparent pour son complémentaire. Les ondes signal et complémentaire sont donc extraites au travers du miroir 4. Elles sont, dans la plupart des cas, colinéaires à l'onde pompe résiduelle et forment toutes les trois le faisceau 5. On connaît des configurations optiques d'OPO spectralement affinées. Les figures n02 et n03 représentent, à titre d'exemples, des configurations optiques d'OPO spectralement affinés. La figure n02 représente un oscillateur affiné à l'aide d'un étalon 6 du type Fabry-Pérot. Cet étalon filtre certaines longueurs d'onde de l'onde qui oscille et crée des pertes sur d'autres qui ne peuvent plus osciller. La figure n03 représente un oscillateur affiné à l'aide d'un réseau 7. Le miroir dichroïque 6 réfléchit l'onde pompe résiduelle, l'extrait de la cavité et transmet les ondes signal et complémentaire. Le réseau diffracte partiellement les ondes signal et complémentaire, par exemple sur l'ordre 1 de diffraction. Le miroir 4 est réglé en autocollimation sur l'ordre 1 du réseau et réfléchit totalement l'onde qui oscille dans le résonateur et la renvoie sur elle même. Le faisceau de pompe l, le miroir 2 et le cristal 3 ont les mêmes fonctions que leurs équivalents de la figure 2. L'extraction du signal et de son complémentaire peut se faire, par exemple, à l'aide de la fuite sur l'ordre 0 du réseau 7 par le faisceau 5. Cependant, dans les configurations présentées, les éléments optiques destinés à l'affinement spectral introduisent des pertes sur l'onde oscillante et sur sa complémentaire. Ces pertes sont préjudiciables au rendement global de l'OPO. La figure n04 représente la configuration optique du dispositif de l'invention. Elle consiste à pomper, dans un OPO simplement résonant, le cristal non linéaire 3 dans la direction opposée au coupleur de sortie 4. Le faisceau de l'onde de pompe 1 peut être introduit et extrait avec deux dichroïques 6. Le cristal 3 génère un signal et son complémentaire. L'onde qui n'oscille pas est immédiatement extraite par le miroir de fond de cavité 2 selon le faisceau 5, alors que l'onde qui oscille est totalement réfléchie par ce miroir. Le miroir 4 est le coupleur de sortie pour l'onde qui oscille. Cette onde n'interagit pas avec l'onde de pompe lorsqu'elle circule dans le sens opposé à l'onde de pompe dans le résonateur. Le cristal non linéaire peut être par exemple constitué d'un cristal de bêta-borate de baryum (EBO), d'un cristal de triborate de lithium Le dispositif selon l'invention permet d'une part de séparer l'extraction du signal et celle de son complémentaire. D'autre part l'onde non oscillante est extraite immédiatement après sa génération. Ainsi, tous les éléments optiques qui peuvent être insérés dans le résonateur n'introduisent aucune perte sur l'onde non oscillante. Le dispositif selon l'invention permet donc d'augmenter sensiblement l'énergie lumineuse de l'onde non oscillante. La figure n05 représente une variante de la configuration optique du dispositif de l'invention lorsque l'émission est affinée spectralement. Le pompage du cristal non linéaire 3 est identique à celui présenté sur la figure n04. Un train de prismes achromatique 8 est introduit dans le résonateur afin de réduire la divergence de l'onde oscillante sur le réseau 8 qui est associé au miroir 4 en configuration de Littman. De plus, ces prismes réalisent une anamorphose de l'onde oscillante sur le réseau, couvrant ainsi un plus grand nombre de traits du réseau. Pour ces deux raisons, l'affinement spectral de l'onde oscillante sur le réseau est fortement amélioré. L'onde non-oscillante est également affinée et est extraite par le miroir 2 selon le faisceau 5.Le miroir 4 et le réseau 7 constituent le coupleur de sortie pour l'onde qui oscille et qui sort du résonateur selon le faisceau 9 dans la direction de l'ordre 0 du réseau. L'accordabilité est obtenue par les rotations synchronisées du cristal non linéaire 3 et du miroir 4 selon une loi de dispersion. Il est important de noter que dans cette configuration, ni le train de prismes, ni le réseau ne sont en contact avec l'onde non oscillante. Cette onde peut donc être extraite dans les meilleures conditions sans subir les pertes introduites par les prismes ou le réseau. L'utilisation d'un système optique à lentilles (catoptrique) ou à miroirs (catadioptriques) pour réduire la divergence et / ou augmenter la taille du faisceau sur le réseau ne sortirait pas du cadre de l'invention. L'utilisation dans la variante du dispositif d'un réseau en configuration de Littrow ne sortirait pas du cadre de l'invention. Dans ce cas, les rotations synchronisées du cristal non linéaire et du réseau, assurent l'accordabilité selon une autre loi de dispersion. L'onde non oscillante ainsi affinée peut être utilisée, à titre d'exemple, pour injecter un autre oscillateur paramétrique. Cette onde non oscillante est alors injectée dans un second OPO de configuration standard. Si certaines conditions de synchronisation temporelles et d'accord de phase sont respectées, il est possible de forcer l'OPO standard à émettre aux mêmes longueurs d'ondes que l'OPO affiné. Il est ainsi possible d'injecter un OPO standard avec l'onde non oscillante du dispositif et d'extraire de cet OPO une impulsion de forte énergie sur l'onde oscillante du dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde caractérisé en ce que l'extraction de l'onde non oscillante est réalisée dans la direction de l'onde pompe qui est opposée à la direction de l'extraction de l'onde oscillante. 2. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments optiques insérés dans le résonateur pour l'affinement spectral ne sont pas soumis à l'onde non oscillante. 3. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il utilise un réseau en configuration de Littman afin d'affiner spectralement l'onde non oscillante extraite. 4. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il utilise un réseau en configuration de Littrow afin d'affiner spectralement l'onde non oscillante extraite. 5. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'utilisation de prismes anamorphoseurs permet de réduire la divergence du faisceau oscillant sur le réseau. 6. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'utilisation d'un système optique catoptrique permet de réduire la divergence de l'onde oscillante sur le réseau. 7. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'utilisation d'un système optique catadioptrique permet de réduire la divergence du faisceau oscillant sur le réseau. 8. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu non linéaire est un cristal de triborate de lithium, de bêtaborate de baryum, de phosphate de potassium et de titanyle ou de la classe des KDP. 9. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accordabilité est obtenue par les rotations synchronisées du cristal non linéaire et du réseau dans la configuration Littrow ou du miroir placé dans la direction de l'ordre l du réseau dans la configuration Littman. 10. Dispositif de génération d'impulsions lumineuses par oscillation paramétrique optique, largement accordables en longueurs d'onde selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme source d'injection de l'onde non oscillante dans un second oscillateur paramétrique optique de configuration standard qui émet un faisceau de puissance sur l'onde oscillante du dispositif.