Study of 5%MgO : PPLN and CdSiP2 for infrared parametric generation

• Auteur / Autrice : Pierre Brand
• Direction : Benoît Boulanger, Patricia Segonds
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique non linéaire

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude des propriétés optiques non linéaires de PPLN:5%MgO et CdSiP2, la motivation étant le développement de sources paramétriques optiques dans les seconde et troisième bandes de transmission de l'atmosphère. Ces deux cristaux ont été polis sous forme de sphère pour réaliser des mesures de génération de second harmonique et de génération par différence de fréquences dans toutes les directions en gardant une incidence normale. Les expériences sur sphère de PPLN:5%MgO ont d'abord permis de valider la théorie du quasi-accord de phase angulaire (QAPA), une configuration générale correspondant à une propagation des ondes selon une direction quelconque par rapport au vecteur réseau. Nous avons expérimentalement confirmé que le QAPA permet l'existence d'un domaine spectral plus étendu e et de plus grande acceptance spectrale que l'accord de phase par biréfringence. Toutes ces mesures ont aussi permis d'affiner les équations de Sellmeier de PPLN:5%MgO. Les propriétés non linéaires exhaustives de CdSiP2, un nouveau cristal non linéaire, ont été mesurées sur toute sa fenêtre de transparence. La possibilité de générer des longueurs d'onde au-delà de 8 IJm par différence de fréquences impliquant une onde à 1,064 IJm a été confirmée. Les mesures des directions d'accord de phase de génération de second harmonique de différence de fréquences ont permis d'affiner les équations de Sellmeier. Enfin, le seuil de dommage optique de CdSiP2 a été mesuré et comparé à AgGaS2, qui est son principal concurrent pour la génération dans l'infrarouge au-delà de 8 IJm. Tous les résultats obtenus constituent une solide base pour les prochaines études consacrées à la conception de dispositifs paramétriques optiques pour l'infrarouge.

This work is devoted to the study of the nonlinear optical properties of 5%MgO:PPLN and CdSiP2, the motivation being the development of parametric optical sources in the second and third atmospheric transparency bands. These two crystals were cut as spheres in order to perform second harmonic generation and difference frequency generation in any direction of propagation by keeping normal incidence. Sphere experiments in 5%MgO:PPLN allowed us to validate at first the theory of angular quasi-phase-matching (AQPM), a general configuration corresponding to a waves propagation at any angle with respect to the grating vector. We experimentally confirmed that AQPM enables to provide wider spectral range and acceptance than birefringence phase-matching. Thanks to these measurements, it was also possible to refine the Sellmeier equations of 5%MgO:PPLN. The exhaustive nonlinear properties of CdSiP2, a new nonlinear crystal, were measured over its whole transparency range. The possibility to generate wavelengths above a IJm by difference frequency generation involving a pump wavelength at 1. 064 IJm was confirmed. The measurements of phase-matching directions of second harmonic generation and difference frequency generation allowed the Sellmeier equations to be refined. Finally, the optical damage threshold of CdSiP2 was measured and compared with AgGaS2, which is the main competitor for infrared generation above 8 IJm. Ali the results that were obtained constitute a reliable basis for further studies devoted to the design of new infrared optical parametric devices.