Réseaux de Bragg intracavité en milieu amplificateur

par Aurélie Moreau

Thèse de doctorat en Signal et images

Sous la direction de Robert Frey et de Isabelle Zaquine.

Soutenue en 2006

à Paris, ENST .

mots clés

• Cavité Fabry-Perot
• Traitement optique de l'information
• Réseaux de diffraction
• Holographie

Résumé

Les réseaux de diffraction sont largement utilisés dans le traitement optique de l’information. Toutefois, les applications nécessitent des efficacités de diffraction importantes, d’excellentes résolutions dans le domaine des fréquences spatiales et des temps de réponses appropriés à la fonction recherchée (grande durée de vie pour les mémoires, temps de réponses rapide pour les opérations de traitements de l’information. . . ). Ces qualités étant difficiles à obtenir à l’aide des matériaux existants, une solution consiste à placer le matériau non-linéaire à l’intérieur d’une cavité Fabry-Pérot, avec le double avantage d’obtenir une efficacité de diffraction fortement accrue et une résolution dans le domaine des fréquences spatiales améliorée. Le mémoire rapporte comment l’utilisation d’un milieu intracavité amplificateur permet d’accroître encore davantage la puissance du faisceau diffracté, avec des efficacités de diffraction largement supérieures à l’unité. Les propriétés diffractives des réseaux d’indice et/ou de gain insérés dans un résonateur de Fabry-Pérot amplificateur de longueur supérieure ou égale à l’épaisseur du réseau sont analysées théoriquement et expérimentalement. Un modèle analytique a été élaboré et a permis de montrer l’immense potentiel de tels dispositifs, en terme de sélectivité angulaire et d’efficacité de diffraction, cette dernière pouvant être très largement supérieure à l’unité. Un dispositif expérimental a ensuite été conçu afin de prouver la faisabilité du concept et de valider le modèle analytique. Le milieu non-linéaire intracavité est un cristal de Nd:YVO4. Le réseau est inscrit optiquement par absorption de la figure d’interférence de deux faisceaux d’écriture. La diffraction du signal de lecture est analysée autour de la double résonance de Bragg et de Fabry-Pérot, ainsi qu’à proximité de l’une ou de l’autre résonance séparément, afin de remonter aux propriétés diffractives du réseau. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les calculs numériques issus du modèle analytique. La comparaison avec le réseau de Bragg hors cavité montre l’amélioration significative apportée par la cavité amplificatrice : l’efficacité de diffraction est augmentée d’un facteur 5000 et la sélectivité angulaire d’un facteur proche de 20. Ces résultats sont très encourageants pour une application de ce type de dispositif au traitement optique de l’information, surtout dans le cas où une très forte sortance est nécessaire

Titre traduit

Intracavity Bragg grating in amplifying medium

Résumé

Diffraction gratings are commonly used for optical information processing. However applications require high diffraction efficiencies, excellent spatial frequency resolution and response time fitting the desired function. As these qualities are difficult to obtain with existing materials, a possible solution is to insert the non-linear material in a Fabry-Perot cavity, leading to both a highly improved diffraction efficiency and a better spatial frequency resolution. This manuscript reports on the use of an intracavity amplifying medium in order to achieve an even higher diffracted beam power. We present a theoretical and experimental analysis of the diffractive properties of index and/or gain gratings inserted in an amplifying Fabry-Perot resonator whose length is superior or equal to the grating thickness. An analytical model has been developped and has revealed the huge potential of such devices regarding angular selectivity and diffraction efficiency. This efficiency may even be greater than unity. An experience has been performed to validate the analytical model. Experimental results match the calculation and are very promising for applications where very high fan-out is required.