Lasers et effets non linéaires guidés dans le niobate de lithium

Lasers and guided non linear effects on lithium niobate

• Auteur / Autrice : Qing He
• Direction : Dan B. Ostrowsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Nice
• Jury : Président / Présidente : Dan B. Ostrowsky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : M. de Micheli
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Papuchon, Jean Botineau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guides d'ondes optiques

Niobate de lithium

Optique intégrée

Optique non linéaire

Lasers

Résumé

Le niobate de lithium dopé terres rares n'est pas seulement un cristal non linéaire, électrooptique, c'est aussi un bon matériau actif pour l'effet laser et l'amplification comme nous le montrons dans ce travail. Ce mémoire porte d'abord sur la réalisation par échange protonique de guides d'excellente qualité optique sur Nd:MgO:LiNbO3. Ensuite, nous avons étudié théoriquement et expérimentalement l'effet laser à 1,085 m en configuration guidée dans Nd:MgO:LiNbO3. Les résultats expérimentaux s'accordent bien aux prévisions théoriques. Pour exploiter également l'effet non linéaire dans LiNbO3, nous avons réalisé un laser auto-double en fréquence. L'harmonique du laser a été observé en deux configurations : guidée et Cerenkov. Le rendement de conversion obtenu en configuration guidée est de 4%/cm#2/mW, ce qui ne peut être amélioré. En configuration Cerenkov, le rendement de conversion est faible dû à la profondeur du guide qui n'est pas optimisée. Pour atteindre les rendements plus importants (100%/cm/mW), il faut optimiser la profondeur du guide en configuration Cerenkov tout en conservant de faibles pertes pour les deux fréquences en interaction, ce qui est possible techniquement. Le dernier chapitre du mémoire décrit une nouvelle technique pour le doublage de fréquence : modulation périodique simultanée des indices et du #2 dans LiNbO3 par échange protonique. Une fois cette technique maîtrisée, nous pourrons envisager de l'utiliser pour réaliser des lasers auto-doubles en fréquence

Rare-earth doped lithium niobate allows to associate the nonlinear characteristics of the crystal with laser and amplifier action as I shall show in this work. I begin by describing the techniques which permit the fabrication of excellent quality waveguides on Nd:MgO:LiNbO3. I then study , both theoretically and experimentally, waveguide lasers realized by these techniques. The experimental results are in agreement with the theoretical predictions. To exploit the nonlinear characteristics of LiNbO3, I have realized a self-frequency doubled waveguide laser. The harmonic has been observed in two configurations: guided and Cerenkov. The conversion efficiency obtained in the guided case is 4%/cm#2/mW, a value which cannot be improved. In the Cerenkov case the conversion efficiency is lower due to the non-optimization of the guide. To attain better efficiencies (100%/cm/mW) it is necessary to reduce the guide depth while maintaining a low-loss configuration, which should possible. The last chapter describes a new technique for frequency doubling : simultaneous periodic modulation of the refractive indexs and the nonlinear coefficient in LiNbO3 by proton exchange. Once mastered, this configuration could be incorporated in a self-frequency doubled laser