Effets non linéaires en optique guidée
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Dans le cas d'un guide planaire, l'intensité I doit être remplacée par la puissance par unité
de longueur (selon y). dans le cas dun guide confiné à deux dimensions, elle doit être
remplacée par la puissance guidée Pg.
Le problème qui nous intéresse ici est lié au fait que la puissance guidée P&) décroît au
cours de la propagation en raison des pertes linéaires mais aussi des pertes non linéaires. Au
premier ordre les pertes non linéaires sont dues à un mécanisme à deux photons décrit
phénoménologiquement par le coefficient az. Plusieurs phénomènes physiques peuvent être
ainsi décrits. Il peut s'agir par exemple d'absorption à deux photons mais tout aussi bien de
l'absorption à un photon d'une onde de deuxième harmonique qui serait générée dans le
milieu. Quoiqu'il en soit, l'effet non linéaire réfractif (lié à n2) décroît alors au cours de la
propagation de manière proportionnelle à la puissance guidée.
Si l'on isole la contribution de l'absorption non linéaire, l'équation (26a) nous indique que
la longueur caractéristique d'atténuation de l'onde est L,, = (01,1)-'. C'est la longueur
"effective" de propagation de l'onde à pleine puissance. La deuxième équation (26b) nous
montre alors que le déphasage non linéaire maximal qu'il est possible d'induire est de l'ordre
de :
27r
2n n
QP., = -.I.L = -2
012
a
Il faut remarquer que ce maximum est indépendant de la géométrie du guide puisque a2 et
n2 sont tous deux affectés du même facteur A,ff. Mizrahi et al. [29] ont alors introduit un
facteur de mérite qui constitue une caractéristique du matériau :
(28)
Le critère que doit satisfaire un matériau est toujours de l'ordre de T peut varier quelque peu d'un dispositif à l'autre. Disons qu'avec T = l , un faisceau lumineux est
susceptible d'induire un déphasage non linéaire cumulé de 27r. C'est grosso modo une valeur
minimale pour qu'un dispositif non linéaire puisse fonctionner. Un interféromètre qu'il soit à
deux ondes ou qu'il soit multiple (résonateur de Fabry-Perot par exemple) exige toujours un
déphasage cumulé de n: à la commutation. Dans le cas du Fabry-Perot, il s'agit du déphasage
non linéaire cumulé sur la longueur "dépliée" du résonateur (voir la référence [3] pour une
analyse détaillée du fonctionnement du Fabry-Perot non linéaire). Le lecteur pourra trouver
dans la référence [30] une discussion détaillée des niveaux d'exigence comparés des différents
dispositifs. Il est important de mesurer qu'un matériau doit être utilisé dans des conditions (de
longueur d'onde par exemple) où le critère T basé sur un effet réfractif fonctionne et que cette condition est en fait très exigeante.
5.1.2 Absorption linéaire
L'absorption linéaire limite la longueur effective de propagation à l/a, où al est le coefficient
d'absorption linéaire. Il faut qu'un déphasage non linéaire suffisant (de l'ordre de n) soit induit
sur cette longueur. Ce ne serait pas une limitation s'il n'y avait pas de saturation de la nonlinéarité puisqu'il suffirait d'augmenter la puissance lumineuse pour obtenir le déphasage non
linéaire requis sur la distance imposée. Malheureusement une saturation de la non-linéarité
(termes d'ordres supérieurs) ou d'autres phénomènes (claquage, destruction du matériau, etc.)