Propriétés optiques non linéaires quadratiques des cristaux La3Ga5.5Nb0.5O14 (LGN) et Rb : KTiOPO4 à domaines ferroélectriques alternés périodiquement (PPRKTP)

par Dazhi Lu

Thèse de doctorat en Optique et radiofrequences

Sous la direction de Benoît Boulanger, Patricia Segonds, Huaijin Zhang et de Haohai Yu.

Soutenue le 29-06-2018

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Shandong University (Jinan, Chine) , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Louis Coutaz.

Le jury était composé de François Balembois.

Les rapporteurs étaient Gérard Aka, Antoine Godard.

mots clés

• Optique non linéaire
• Conversion de fréquences
• Croissance de cristaux par Czochralski
• Accord de phase par birefringence
• Quasi-Accord de phase angulaire
• Optique non linéaire
• Ferroélectricité
• Cristallographie
• Biréfringence
• Quasi-accord de phase (optique)

Résumé

L’optique non linéaire qui convertit la gamme de fréquences des sources lasers vers l’ultraviolet, le visible, l’infrarouge ou le térahertz par exemple, joue un rôle crucial pour la médicine, l’industrie, les applications militaires, la recherche etc. L’accord de phase par biréfringence (BPM) ou le quasi-accord de phase (QPM) à partir de processus non linéaires quadratiques, peuvent être utilisés pour la conversion de fréquence dans le domaine de transparence de cristaux non linéaires. Dans ce travail de thèse, un cristal uniaxe de La3Ga5.5Nb0.5O14 (LGN) a été élaboré en utilisant une méthode de Czochralski, puis il a été étudié pour le BPM. Nous avons aussi validé la théorie du QPM angulaire (AQPM), qui correspond à la généralisation du QPM à n’importe quel angle par rapport au vecteur du réseau. Pour cela, nous avons étudié un cristal biaxe de Rb: KTiOPO4 à domaines ferroélectriques alternés périodiquement (PPRKTP) usiné en forme de sphère. Tous ces résultats constituent une base fiable for les études avenir consacrées à la conception de dispositifs pour la conversion de fréquence.

mots clés

• Nonlinear optics
• Frequency conversion
• Czochralski crystal growth
• Birefringence phase-Matching
• Angular quasi-Phase-Matching

Titre traduit

Quadratic nonlinear optical properties of La3Ga5.5Nb0.5O14 (LGN) and periodically-poled Rb : KTiOPO4 (PPRKTP) crystals

Résumé

Nonlinear optics converting the frequency range of laser sources to ultraviolet, visible, infrared or terahertz ranges for example, plays a crucial role in medicine, industry, military applications, research and so on. Birefringence phase-matching (BPM) or quasi-phase-matching (QPM) from quadratic nonlinear processes, can be used for frequency conversion in the transparency range of nonlinear crystals. In this PhD work, a La3Ga5.5Nb0.5O14 (LGN) uniaxial crystal was grown using a Czochralski method and then studied for BPM. We also validated the theory of angular-QPM (AQPM), corresponding to a generalization of QPM achieved at any angle with respect to the grating vector. For that purpose, we studied a periodically-poled large-aperture Rb:KTiOPO4 (PPRKTP) biaxial crystal cut a sphere. All the results provide a reliable basis for further studies devoted to the design of frequency conversion devices.