L'effet photoréfractif
301
L'image 22.a est acquise juste après que le faisceau incident soit allumé, seul le faisceau
transmis et non perturbé arrive sur l'écran. Après un laps de temps plus ou moins long on
observe que l'intensité du faisceau transmis est atténuée au détriment de la coma
photoréfractive (figure 22.b). Si le gain est suffisamment important ou si les faces du cristal
ne sont pas traitées anti-reflet, on observe ensuite, figure 22.c, une augmentation du bruit
dans la direction perpendiculaire aux deux faces. Ceci correspond à la construction d'une
oscillation optique dans la cavité linéaire formée par les deux faces d'entrée et de sortie de
l'échantillon.
Cette coma photoréfractive n'est pas toujours un phénomène nuisible. Son observation
est utilisée pour déterminer expérimentalement l'orientation des échantillons. C'est également
à partir de cette diffusion amplifiée que fonctionnent certains dispositifs, comme les cavités à
gain photoréfractif que nous présenterons dans le paragraphe 5.4, et comme les miroirs à
conjugaison de phase autopompés que nous verrons dans le chapitre 6 [113].
5.4.2.2 Réflexions sur les faces
A l'état stationnaire. l'amulitude de l'oscillation outiaue décrite ci-dessus ne déuend uas de la
quantité de lumière'diff&e. Elle ne dépend q u e d û gain photoréfractif dans îa direction de
l'oscillation et des pertes dues à l'absorption du cristal et à la transmission des deux faces. Ces
oscillations ont été observées dans différents matériaux tels que Bi12SiOzo sous champ
appliqué, BaTiOg, LiNbOg ... Une technique pour les éliminer consiste à traiter l'échantillon
anti-reflet ou/et à tailler en prisme l'échantillon de sorte que ses faces d'entrée et de sortie ne
soient plus parallèles.
Si le produit gainx pertes de la cavité est inférieur à 1, l'oscillation ne démarre pas. Les
réflexions peuvent néanmoins être extrêmement gênantes. Par exemple sur les figures 20.e, f,
nous voyons des franges apparaître. Elles proviennent des interférences entre le faisceau
image directement transmis par le cristal et celui qui a subi deux réflexions avant de ressortir.
Le second faisceau, bien qu'initialement' plus faible, est plus amplifié que le premier (voir
figure 23). L'amplification augmente donc la modulation de ces franges d'interférence.
faisceau amplifié 3 fois
faisceau amplifié 2 fois
faisceau amplifié 1 fois
Figure 23 : Illustration schématique de la dégradation par les réflexions multiples de l'image amplifiée
Le même phénomène peut être observé avec le montage utilisant le cristal de BaTiOg
traité anti-reflet ayant servi aux acquisitions des images de la figure 19. En attendant un
temps long devant le temps d'établissement du transfert d'énergie, on observe dans l'image
l'apparition dun double de cette image (voire dun triple etc.). Ces images apparaissent après
l'amplification du faisceau directement transmis. On peut montrer que cela vient du facteur
d'amplification qui est alors plus élevé pour ces images. Si on attend suffisamment
longtemps, l'image initiale peut être complètement brouillée par ces images parasites.
Pour d'autres échantillons photoréfractifs, des oscillations peuvent apparaître à l'intérieur
d'une cavité en anneau formée par les quatre faces de l'échantillon perpendiculaires au plan
d'incidence. I1 suffit à nouveau que pour cette cavité le produit gainxpertes soit supérieur à
l'unité. Les pertes sont dues à l'absorption de l'échantillon et aux pertes par réflexions. Cette
absorption peut être très faible de même que les pertes par réflexion qui peuvent être
négligeables si la géométrie de la cavité correspond à des réflexions internes totales qui ne
peuvent donc pas être éliminés par un traitement anti-reflet. Dans ce cas, même un gain
photoréfractif modeste entraîne une oscillation. Pour éliminer ces réflexions une solution
301
L'image 22.a est acquise juste après que le faisceau incident soit allumé, seul le faisceau
transmis et non perturbé arrive sur l'écran. Après un laps de temps plus ou moins long on
observe que l'intensité du faisceau transmis est atténuée au détriment de la coma
photoréfractive (figure 22.b). Si le gain est suffisamment important ou si les faces du cristal
ne sont pas traitées anti-reflet, on observe ensuite, figure 22.c, une augmentation du bruit
dans la direction perpendiculaire aux deux faces. Ceci correspond à la construction d'une
oscillation optique dans la cavité linéaire formée par les deux faces d'entrée et de sortie de
l'échantillon.
Cette coma photoréfractive n'est pas toujours un phénomène nuisible. Son observation
est utilisée pour déterminer expérimentalement l'orientation des échantillons. C'est également
à partir de cette diffusion amplifiée que fonctionnent certains dispositifs, comme les cavités à
gain photoréfractif que nous présenterons dans le paragraphe 5.4, et comme les miroirs à
conjugaison de phase autopompés que nous verrons dans le chapitre 6 [113].
5.4.2.2 Réflexions sur les faces
A l'état stationnaire. l'amulitude de l'oscillation outiaue décrite ci-dessus ne déuend uas de la
quantité de lumière'diff&e. Elle ne dépend q u e d û gain photoréfractif dans îa direction de
l'oscillation et des pertes dues à l'absorption du cristal et à la transmission des deux faces. Ces
oscillations ont été observées dans différents matériaux tels que Bi12SiOzo sous champ
appliqué, BaTiOg, LiNbOg ... Une technique pour les éliminer consiste à traiter l'échantillon
anti-reflet ou/et à tailler en prisme l'échantillon de sorte que ses faces d'entrée et de sortie ne
soient plus parallèles.
Si le produit gainx pertes de la cavité est inférieur à 1, l'oscillation ne démarre pas. Les
réflexions peuvent néanmoins être extrêmement gênantes. Par exemple sur les figures 20.e, f,
nous voyons des franges apparaître. Elles proviennent des interférences entre le faisceau
image directement transmis par le cristal et celui qui a subi deux réflexions avant de ressortir.
Le second faisceau, bien qu'initialement' plus faible, est plus amplifié que le premier (voir
figure 23). L'amplification augmente donc la modulation de ces franges d'interférence.
faisceau amplifié 3 fois
faisceau amplifié 2 fois
faisceau amplifié 1 fois
Figure 23 : Illustration schématique de la dégradation par les réflexions multiples de l'image amplifiée
Le même phénomène peut être observé avec le montage utilisant le cristal de BaTiOg
traité anti-reflet ayant servi aux acquisitions des images de la figure 19. En attendant un
temps long devant le temps d'établissement du transfert d'énergie, on observe dans l'image
l'apparition dun double de cette image (voire dun triple etc.). Ces images apparaissent après
l'amplification du faisceau directement transmis. On peut montrer que cela vient du facteur
d'amplification qui est alors plus élevé pour ces images. Si on attend suffisamment
longtemps, l'image initiale peut être complètement brouillée par ces images parasites.
Pour d'autres échantillons photoréfractifs, des oscillations peuvent apparaître à l'intérieur
d'une cavité en anneau formée par les quatre faces de l'échantillon perpendiculaires au plan
d'incidence. I1 suffit à nouveau que pour cette cavité le produit gainxpertes soit supérieur à
l'unité. Les pertes sont dues à l'absorption de l'échantillon et aux pertes par réflexions. Cette
absorption peut être très faible de même que les pertes par réflexion qui peuvent être
négligeables si la géométrie de la cavité correspond à des réflexions internes totales qui ne
peuvent donc pas être éliminés par un traitement anti-reflet. Dans ce cas, même un gain
photoréfractif modeste entraîne une oscillation. Pour éliminer ces réflexions une solution