L 'optique non linéaire et ses matériaux
L'effet photoréfractif
G. Pauliat et G. Roosen
Laboratoire Charles Fabry de 1 'Institut d'optique, UMR 8501, Centre Scientijïque
d'Orsay, bâtiment 503, BP. 147, 91403 Orsay cedex, France
Résumé : La souplesse d'emploi des matériaux photoréfractifs est un de leurs principaux attraits. Un
même échantillon est sensible sur une plage de longueurs d'onde de plus de 100 nm avec des temps de
réponse s'étageant de moins d'une nanoseconde à plus d'une seconde en fonction de la puissance
optique mise en jeu. Cette richesse explique le succès de l'effet photoréfractif et aussi les centaines de
publications annuelles sur ce sujet. De nombreux matériaux photoréfractifs aux caractéristiques très
diverses sont disponibles commercialement. Bien qu'il ne soit pas possible de résumer ici l'ensemble
de ces résultats, nous présentons les notions indispensables à la compréhension de ce phénomène nonlinéaire, à l'utilisation de ces matériaux, et au choix des échantillons. Nous n'abordons pas le vaste
domaine des applications.
1. INTRODUCTION
1.1 Historique
L'effet photoréfractif fut découvert expérimentalement par des chercheurs des Laboratoires
Bell. Ils observèrent qu'un faisceau "laser" visible ou ultraviolet focalisé dans certains
cristaux transparents, tels que le niobate de lithium (LiNbO3), en modifie l'indice de
réfraction. Dès leur première publication, en 1966 [l], ils montrèrent et soulignèrent les
caractéristiques suivantes qui font l'intérêt de l'effet photoréfractif.
i) Contrairement à la plupart des autres phénomènes optiques non-linéaires, la variation
d'indice induite dépend de l'énergie reçue et non pas de la puissance de l'onde optique. Une
même variation d'indice peut donc être induite avec des faisceaux de faibles puissances et au
bout dun temps long ou avec des faisceaux de plus fortes puissances et au bout dun temps
plus court.
ii) Un même échantillon est sensible à toutes les longueurs donde dune gamme spectrale.
iii) La variation d'indice induite persiste dans l'obscurité mais peut être effacée soit en
éclairant le cristal uniformément, soit en le chauffant à température modérée (de l'ordre de
170°C pour LiNbO3).
iv) L'amplitude de la variation d'indice peut être contrôlée par l'application dun champ
électrique à l'échantillon.
L'effet photoréfractif
G. Pauliat et G. Roosen
Laboratoire Charles Fabry de 1 'Institut d'optique, UMR 8501, Centre Scientijïque
d'Orsay, bâtiment 503, BP. 147, 91403 Orsay cedex, France
Résumé : La souplesse d'emploi des matériaux photoréfractifs est un de leurs principaux attraits. Un
même échantillon est sensible sur une plage de longueurs d'onde de plus de 100 nm avec des temps de
réponse s'étageant de moins d'une nanoseconde à plus d'une seconde en fonction de la puissance
optique mise en jeu. Cette richesse explique le succès de l'effet photoréfractif et aussi les centaines de
publications annuelles sur ce sujet. De nombreux matériaux photoréfractifs aux caractéristiques très
diverses sont disponibles commercialement. Bien qu'il ne soit pas possible de résumer ici l'ensemble
de ces résultats, nous présentons les notions indispensables à la compréhension de ce phénomène nonlinéaire, à l'utilisation de ces matériaux, et au choix des échantillons. Nous n'abordons pas le vaste
domaine des applications.
1. INTRODUCTION
1.1 Historique
L'effet photoréfractif fut découvert expérimentalement par des chercheurs des Laboratoires
Bell. Ils observèrent qu'un faisceau "laser" visible ou ultraviolet focalisé dans certains
cristaux transparents, tels que le niobate de lithium (LiNbO3), en modifie l'indice de
réfraction. Dès leur première publication, en 1966 [l], ils montrèrent et soulignèrent les
caractéristiques suivantes qui font l'intérêt de l'effet photoréfractif.
i) Contrairement à la plupart des autres phénomènes optiques non-linéaires, la variation
d'indice induite dépend de l'énergie reçue et non pas de la puissance de l'onde optique. Une
même variation d'indice peut donc être induite avec des faisceaux de faibles puissances et au
bout dun temps long ou avec des faisceaux de plus fortes puissances et au bout dun temps
plus court.
ii) Un même échantillon est sensible à toutes les longueurs donde dune gamme spectrale.
iii) La variation d'indice induite persiste dans l'obscurité mais peut être effacée soit en
éclairant le cristal uniformément, soit en le chauffant à température modérée (de l'ordre de
170°C pour LiNbO3).
iv) L'amplitude de la variation d'indice peut être contrôlée par l'application dun champ
électrique à l'échantillon.