Sources laser accordables et fonctions optiques Sources paramétriques
Dans le domaine des sources laser accordables de pointe, les lasers classiques à colorant se sont vus remplacés par les oscillateurs paramétriques optiques, plus performants, et pour lesquels le département développe depuis plusieurs années un savoir-faire spécifique.
Oscillateurs Paramétriques Optiques
Un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO), est une source optique qui permet, à partir d’un laser de fréquence fixe, dite de pompage, d’obtenir une lumière cohérente et accordable en longueur d'onde. Il est constitué d’un cristal non linéaire placé dans un résonateur optique.
Le choix de la source de pompage et du cristal non linéaire permet de faire varier le domaine de fréquence de travail, ainsi que l’étendue de la bande spectrale. De nouveaux cristaux (PPLN, GaAs, …) permettent aujourd’hui de réaliser des sources très largement accordables couvrant aussi bien le visible que l’infrarouge.
L’Onera est détenteur de brevets sur des sources OPO de type doublement résonnant pour lesquelles le résonateur optique est constitué de deux cavités imbriquées, qui permettent de réduire, à puissance de sortie égale, l’intensité que doit fournir la pompe, tout en assurant une grande finesse spectrale.
Schéma de principe de l'OPO double cavité
Micro-sources
Le développement de micro-OPO, facilement embarquables, de faible largeur de raie pour la réalisation de capteurs de gaz multi-espèces constitue un des principaux axes de recherche du département dans le domaine des sources paramétriques.
Par le choix d’un laser à fibre ou d’un micro-laser (de longueur d’onde 1,06 µm) en tant que source de pompage pour un OPO doublement résonnant, le département a obtenu, au cours de l’année 2008, un synthétiseur optique capable de produire, à volonté, toute longueur d’onde comprise entre 3,8 et 4,3 µm (imposée par le type de cristal utilisé au sein de l’OPO, en l’occurrence du PPLN), avec une précision sur la longueur d’onde produite de 10-8. Cette source a été utilisée pour enregistrer les spectres d’absorption des principaux gaz à effets de serre (CO2, CH4, SO2 et N2O).
Quelques exemples de spectres d’absorption enregistrés avec une seule source paramétrique (longueur d’absorption = 10 cm).
Matériaux semi-conducteurs
Les matériaux semi-conducteurs sont particulièrement prometteurs pour la réalisation, par conversion paramétrique, de sources infrarouges fonctionnant dans la bande III de transmission de l’atmosphère (entre 8 et 12 µm).
Dans le cadre du développement de nouveaux matériaux non linéaires pour l'infrarouge, on peut citer la réalisation d'une source largement accordable dans la bande III par différence de fréquences dans des matériaux semi-conducteurs (GaAs, ZnSe) utilisant une technique de quasi-accord de phase (biréfringence de Fresnel).
La croissance de nouveaux cristaux est actuellement menée en collaboration avec le département Matériaux et Structures composites (DMSC).
Le développement de micro-OPO, facilement embarquables, de faible largeur de raie pour la réalisation de capteurs de gaz multi-espèces constitue un des principaux axes de recherche du département dans le domaine des sources paramétriques.
