L’optique non linéaire et ses matériau
Quasi-accord de phase et interactions non linéaires
en optique intégrée
M. De Micheli
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, UMR 6622, Université
de Nice-Sophia Antipolis, Parc Valrose, O6108 Nice cedex 2, France
Résumé : Ces dernières années, l’optique non linéaire a été bouleversée par la mise au point de
procédés permettant d’obtenir des matériaux présentant une modulation périodique du coefficient non
linéaire. Dans ce chapitre, nous décrirons ces techniques et leurs combinaisons avec les techniques de
l’optique intégrée, ce qui permet de concevoir un grand nombre de nouveaux composants, comme des
sources laser accordables miniatures.
1. INTRODUCTION
Ces dernières années, un effort de recherche considérable a porté sur la réalisation de sources
cohérentes solides accordables. La mise au point de techniques permettant d’obtenir des
cristaux ferroélectriques polarisés périodiquement [I J a permis d’utiliser de manière très
efficace la technique de quasi-accord de phase proposée par N. Blombergen en 1962 [2].
Cette technique présente de nombreux avantages. Tout d‘abord, elle permet d’étendre la plage
spectrale d’utilisation de matériaux non linéaires bien connus comme LiNbO, et KTP, en
donnant en plus accès à leurs coefficients non linéaires les plus élevés. Deuxièmement, elle
permet d’utiliser des matériaux non linéaires non biréfringents comme 1’AsGa. Enfin, elle
permet d’introduire en différents endroits d‘un même substrat non linéaires des propriétés
d’accord de phase différentes, ce qui permet de concevoir des composants entièrement
nouveaux. Plusieurs processus non linéaires [3,4] ont été démontrés dans cette configuration
et en particulier l’oscillation paramétrique [5,6].
La réalisation de guides d’ondes dans les cristaux polarisés périodiquement est un enjeu
important car cette configuration permet de profiter d’un confinement de l’énergie plus
important, de longueurs d’interaction plus grandes et de la possibilité d’ajuster l’accord en
utilisant l’effet électro-optique.
Dans ce cours, nous commencerons donc par étudier le quasi-accord de phase et nous
présenterons quelques réalisations dans des cristaux massifs qui permettent d’illustrer l’état de
l’art en 1998 ainsi que les possibilités originales de la configuration de quasi-accord de phase.
Dans une deuxième partie, nous nous concentrerons sur les interactions en optique guidée en
nous intéressant plus particulièrement aux guides d’ondes réalisés par échange protonique
(PE) [7, 81 sur niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN) dans lesquels ont été
réalisées la majorité des expériences. Cette partie comprendra donc une présentation des
Quasi-accord de phase et interactions non linéaires
en optique intégrée
M. De Micheli
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, UMR 6622, Université
de Nice-Sophia Antipolis, Parc Valrose, O6108 Nice cedex 2, France
Résumé : Ces dernières années, l’optique non linéaire a été bouleversée par la mise au point de
procédés permettant d’obtenir des matériaux présentant une modulation périodique du coefficient non
linéaire. Dans ce chapitre, nous décrirons ces techniques et leurs combinaisons avec les techniques de
l’optique intégrée, ce qui permet de concevoir un grand nombre de nouveaux composants, comme des
sources laser accordables miniatures.
1. INTRODUCTION
Ces dernières années, un effort de recherche considérable a porté sur la réalisation de sources
cohérentes solides accordables. La mise au point de techniques permettant d’obtenir des
cristaux ferroélectriques polarisés périodiquement [I J a permis d’utiliser de manière très
efficace la technique de quasi-accord de phase proposée par N. Blombergen en 1962 [2].
Cette technique présente de nombreux avantages. Tout d‘abord, elle permet d’étendre la plage
spectrale d’utilisation de matériaux non linéaires bien connus comme LiNbO, et KTP, en
donnant en plus accès à leurs coefficients non linéaires les plus élevés. Deuxièmement, elle
permet d’utiliser des matériaux non linéaires non biréfringents comme 1’AsGa. Enfin, elle
permet d’introduire en différents endroits d‘un même substrat non linéaires des propriétés
d’accord de phase différentes, ce qui permet de concevoir des composants entièrement
nouveaux. Plusieurs processus non linéaires [3,4] ont été démontrés dans cette configuration
et en particulier l’oscillation paramétrique [5,6].
La réalisation de guides d’ondes dans les cristaux polarisés périodiquement est un enjeu
important car cette configuration permet de profiter d’un confinement de l’énergie plus
important, de longueurs d’interaction plus grandes et de la possibilité d’ajuster l’accord en
utilisant l’effet électro-optique.
Dans ce cours, nous commencerons donc par étudier le quasi-accord de phase et nous
présenterons quelques réalisations dans des cristaux massifs qui permettent d’illustrer l’état de
l’art en 1998 ainsi que les possibilités originales de la configuration de quasi-accord de phase.
Dans une deuxième partie, nous nous concentrerons sur les interactions en optique guidée en
nous intéressant plus particulièrement aux guides d’ondes réalisés par échange protonique
(PE) [7, 81 sur niobate de lithium polarisé périodiquement (PPLN) dans lesquels ont été
réalisées la majorité des expériences. Cette partie comprendra donc une présentation des