Mesures physiques

Sources laser accordables et fonctions optiques
Fonctions Optiques

Pour les applications de contre-mesure ou de spectroscopie atmosphérique, les besoins en sources de lumière cohérente accordables dans l’infrarouge sont aujourd’hui de plus en plus variés. La conception et le développement de nouvelles sources laser plus performantes sont donc aujourd’hui des atouts essentiels du département. Dans ce but, celui-ci s’intéresse au développement de nouvelles fonctions optiques, telles que le filtrage spectral, l’amplification paramétrique, ou encore la réflexion à base de miroirs non linéaires.

Filtrage spectral

Le but du filtrage spectral est d’isoler dans une bande de fréquences une ou plusieurs composantes données.

Un bon exemple de filtrage spectral est celui utilisé dans l’OPO doublement résonnant de l’Onéra.

Il faut tout d’abord savoir que pour un OPO classique, l’amplification de l’onde résonnante dans la cavité n’a lieu que pour une bande de fréquence donnée dépendante du cristal choisi : c’est la bande passante du cristal. Cependant cette bande est généralement trop large pour de nombreuses applications.

Pour obtenir un signal de sortie de très faible largeur de raie (idéalement monochromatique), l’OPO doublement résonnant du département utilise la résonance de non pas une, mais de deux ondes dans le cristal. La conversion paramétrique optique implique alors qu’il ne peut y avoir amplification que si la somme de la fréquence des deux ondes est égale à la fréquence de pompe.
On obtient une fréquence de sortie choisie en jouant sur les fréquences de résonance des deux cavités. La bande passante du cristal permet de s’assurer de l’unicité de la fréquence émise.

Fréquences de résonance dans le domaine spectral : isolation de la fréquence visée.

Amplification paramétrique

Un amplificateur paramétrique optique (OPA) est un dispositif constitué d’un laser de pompage et d’un cristal non linéaire qui permet d’amplifier un rayonnement donné.

En pratique, l’Onera utilise des dispositifs OPO/OPA où l’amplificateur se situe en sortie de l’oscillateur. Les spécifications des rayonnements produits dépendent de l’application visée. De tels systèmes peuvent par exemple fournir en sortie un rayonnement de grande pureté spectrale et de forte énergie, utiles pour des détections à grande distance (lidars), ou bien privilégier un fonctionnement à haute cadence avec en sortie un signal multi-longueurs d’onde d’une largeur de raie de plusieurs dizaines de GHz, pour des applications de contre-mesures.

Dans le domaine des lidars, une maquette de laboratoire de type (OPO/OPA) a été réalisée et testée pour la détection de CO2 ; l’énergie par impulsion est supérieure à 10 mJ pour une longueur d’onde d’environ 2µm, et avec une cadence de répétition de 30 Hz. Cette source se caractérise par une très bonne qualité de faisceau et une très grande stabilité de la fréquence émise : +/- 3 MHz.

Miroir non linéaire

Le département étend le principe du miroir non linéaire – proposé pour la première fois par Stankov en 1988 – à une source laser émettant dans l’infrarouge moyen autour de 2-3µm, pour générer des impulsions picosecondes. Un tel dispositif constitue un bon exemple des avantages que l’on peut tirer d’une interaction entre un laser et l’effet paramétrique pour façonner la dynamique temporelle d’une source cohérente.

Principe du miroir de Stankov

Au sein du département, un travail de simulation a permis de montrer la faisabilité d’un tel dispositif pour l’obtention d’impulsions lumineuses courtes (régime picoseconde). Des expérimentations préliminaires de caractérisation du miroir non linéaire (et notamment du mécanisme de reconversion de l’onde à 2 ω vers l’onde à ω), et d’une source laser continue à base de Cr2+:ZnSe sont en cours de réalisation.