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G. Vitrant
sont toujours présents. Le matériau doit donc satisfaire une autre condition dans laquelle
intervient l'éclairement maximal supporté (Imax) et la non-linéarité :
La condition W=l correspond à un déphasage non linéaire maximal de 2 ~ .
5.2 Quelques exemples de matériaux non linéaires
Il y a de nombreux mécanismes physiques par lesquels la lumière peut modifier l'indice de
réfraction dun matériau. Dans tous les cas les conditions (28) et (29) devront être satisfaites
pour pouvoir utiliser le matériau dans un dispositif. Comme mécanisme physique on peut
citer :
- Les effets thermo-optiques. Le milieu est chauffé par absorption de la lumière ce qui
change son indice. La condition (28) est vérifiée car il n'y a pas d'absorption non linéaire.
Par contre il faudra tenir compte de l'absorption linéaire.
- Les effets photochimiaues. Dans les systèmes moléculaires, l'état occupé par une
molécule peut être modifié par l'absorption dun photon. Il peut s'agir d'un changement de
conformation accompagné ou non dune redistribution orientationnelle des
molécules [31]. Dans tous les cas, le passage de la lumière s'accompagne d'une absorption
qui induit un changement d'indice généralement associé à un changement de
biréfringence.
- Déphasage par conversion de fréquence ("cascading"). Le génération de second
harmonique et le retour à l'harmonique fondamentale s'accompagnent dun déphasage. Il
est ainsi possible d'induire un déphasage non linéaire (c'est-à-dire un xC3') par
l'intermédiaire d'un x ( ~ ) .
- Déphasage dans les milieux à gain. L'amplification optique par émission stimulée
s'accompagne dun déphasage de l'onde. Ce déphasage est dû au phénomène de saturation
du gain à haute intensité de signal. Cette saturation se décrit par un coefficient
d'amplification qui dépend de l'intensité du signal, de manière tout à fait analogue à un
coefficient d'absorption qui dépend de l'intensité. En vertu des relations de KramersKronig la variation de gain s'accompagne d'une variation d'indice qui produit un
déphasage.
- Non-linéarités électroniques. Les systèmes organiques ou inorganiques à forte
polarisabilité non linéaire électronique ont fait l'objet de recherches importantes.
Quelques exemples de non-linéarités électroniques sont données dans le tableau 1. Les
pertes de propagation sont données en dB/cm (Icm" = 4.34 dB/cm), le cbefficient non linéaire
n2 en cm*/kW et l'absorption non linéaire a 2 en cm/kW. La silice présente une figure de mérite
exceptionnellement bonne malgré une non-linéarité très faible. L e semi-conducteur AlGaAs
étudié dans la référence [29] a été pris dans des bonnes proportions d'aluminium et d'arsenic
pour que la longueur d'onde de 1.55 microns corresponde à une énergie juste inférieure à la
moitié du gap. Dans ces conditions la figure de mérite est très bonne. Cette propriété n'est pas
spécifique de 1'AlGaAs. Ainsi que l'ont montré Sheik-Bahae et al. [32], tous les semiconducteurs ont la même dépendance spectrale de la non-linéarité d'origine électronique, à des
facteurs de normalisation près qui font intervenir l'énergie de gap du semi-conducteur et la
force d'oscillateur de la transition interbande. En particulier, tous les semi-conducteurs
présentent une zone d'énergie étroite, légèrement en dessous (en énergie) de la moitié du gap,
G. Vitrant
sont toujours présents. Le matériau doit donc satisfaire une autre condition dans laquelle
intervient l'éclairement maximal supporté (Imax) et la non-linéarité :
La condition W=l correspond à un déphasage non linéaire maximal de 2 ~ .
5.2 Quelques exemples de matériaux non linéaires
Il y a de nombreux mécanismes physiques par lesquels la lumière peut modifier l'indice de
réfraction dun matériau. Dans tous les cas les conditions (28) et (29) devront être satisfaites
pour pouvoir utiliser le matériau dans un dispositif. Comme mécanisme physique on peut
citer :
- Les effets thermo-optiques. Le milieu est chauffé par absorption de la lumière ce qui
change son indice. La condition (28) est vérifiée car il n'y a pas d'absorption non linéaire.
Par contre il faudra tenir compte de l'absorption linéaire.
- Les effets photochimiaues. Dans les systèmes moléculaires, l'état occupé par une
molécule peut être modifié par l'absorption dun photon. Il peut s'agir d'un changement de
conformation accompagné ou non dune redistribution orientationnelle des
molécules [31]. Dans tous les cas, le passage de la lumière s'accompagne d'une absorption
qui induit un changement d'indice généralement associé à un changement de
biréfringence.
- Déphasage par conversion de fréquence ("cascading"). Le génération de second
harmonique et le retour à l'harmonique fondamentale s'accompagnent dun déphasage. Il
est ainsi possible d'induire un déphasage non linéaire (c'est-à-dire un xC3') par
l'intermédiaire d'un x ( ~ ) .
- Déphasage dans les milieux à gain. L'amplification optique par émission stimulée
s'accompagne dun déphasage de l'onde. Ce déphasage est dû au phénomène de saturation
du gain à haute intensité de signal. Cette saturation se décrit par un coefficient
d'amplification qui dépend de l'intensité du signal, de manière tout à fait analogue à un
coefficient d'absorption qui dépend de l'intensité. En vertu des relations de KramersKronig la variation de gain s'accompagne d'une variation d'indice qui produit un
déphasage.
- Non-linéarités électroniques. Les systèmes organiques ou inorganiques à forte
polarisabilité non linéaire électronique ont fait l'objet de recherches importantes.
Quelques exemples de non-linéarités électroniques sont données dans le tableau 1. Les
pertes de propagation sont données en dB/cm (Icm" = 4.34 dB/cm), le cbefficient non linéaire
n2 en cm*/kW et l'absorption non linéaire a 2 en cm/kW. La silice présente une figure de mérite
exceptionnellement bonne malgré une non-linéarité très faible. L e semi-conducteur AlGaAs
étudié dans la référence [29] a été pris dans des bonnes proportions d'aluminium et d'arsenic
pour que la longueur d'onde de 1.55 microns corresponde à une énergie juste inférieure à la
moitié du gap. Dans ces conditions la figure de mérite est très bonne. Cette propriété n'est pas
spécifique de 1'AlGaAs. Ainsi que l'ont montré Sheik-Bahae et al. [32], tous les semiconducteurs ont la même dépendance spectrale de la non-linéarité d'origine électronique, à des
facteurs de normalisation près qui font intervenir l'énergie de gap du semi-conducteur et la
force d'oscillateur de la transition interbande. En particulier, tous les semi-conducteurs
présentent une zone d'énergie étroite, légèrement en dessous (en énergie) de la moitié du gap,