Étude de phénomènes non linéaires d'ordre deux en volume et en surface dans le régime femtoseconde

Study of some bulk and surface second order non­linear optical phenomena in the femtosecond regime

• Auteur / Autrice : Sandrine Cussat-Blanc
• Direction : Éric Freysz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers et matière dense
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Bordeaux 1

Résumé

Ce manuscrit, divisé en trois parties distinctes, porte sur l'étude de quelques phénomènes non linéaires d'ordre deux en surface et en volume dans le régime femtoseconde. La première partie est dédiée à l'étude de l'influence du phénomène de cascade sur le spectre de l'onde harmonique, d'une impulsion femtoseconde, généré dans un cristal taillé pour un accord de phase de type I. Les résultats expérimentaux obtenus confirment la validité de l'approche théorique proposée. Cette technique permet de mesurer avec une grande précision le X⁽²⁾eff du cristal utilisé. La deuxième partie est consacrée à l'étude des performances théoriques et expérimentales d'un amplificateur paramétrique optique (OPA) femtoseconde infrarouge utilisant un cristal de KTP, KTA ou KNbO₃. L'analyse des potentialités théoriques de ces trois cristaux souligne les performances remarquables du cristal de KNbO₃. L'OPA infrarouge réalisé est injecté par un continuum de lumière blanche et pompé par un amplificateur régénératif Titane-Saphir. Les impulsions générées, avec un bon rendement (~ 12%), sont caractérisées à la fois spectralement, temporellement et spatialement. Elles sont quasiment limitées par transformée de Fourier et couvrent continûment le domaine spectral 1 à 4,6 μm. L'étude de la propagation en régime paramétrique des différentes ondes décrit la structure spatiale annulaire des impulsions générées. La dernière partie est dédiée à l'étude de la sommation de fréquences (GFS) à une interface d'impulsions femtosecondes visible et infrarouge accordable. On montre théoriquement que la GFS résolue en temps de telles d'impulsions permet de déterminer les espèces présentes à l'interface. Le montage expérimental mis en place est présenté : un soin particulier a été consacré à la détection utilisant une photodiode à avalanche. Les premiers résultats obtenus dans le cas d'interfaces quartz-air, silice-OTS-air et silice-air sont présentés et discutés.

This manuscript, divided in three parts, reports on the study of some bulk and surface second order nonlinear optical phenomena in the femtosecond regime. The first part is dedicated to the study of the effect of the cascade phenomenon on the second harmonic spectrum, of femtosecond pulses, generated in a crystal cut for type I phase matching. The experimental results confirm the proposed theoretical model. This technique also allows a simple and direct measurement of the X⁽²⁾eff of the used crystal. The second part is devoted to a theoretical and experimental study of the performances of a femtosecond infrared optical parametric amplifier (OPA) using KTP, KTA or KNbO₃ crystal. The theoretical analysis of the performances of these three crystals underline the remarkable behavior of KNbO₃ crystal. The realized infrared OPA is seeded by a white light continuum and pumped with a Ti:Sapphire regenerative amplifier. The pulses, generated with a good conversion efficiency (~ 12 %), are spectrally, temporally and spatially characterized. These almost Fourier transform limited pulses are continuously tunable from 1 to 4. 6 µm. The study of the propagation of the waves in the parametric regime describe the ring-shaped structure of the generated pulses. The last part is dedicated to the study of sum frequency generation (SFG) of visible and tunable infrared femtosecond pulses at an interface. We theoretically show that time­ resolved SFG of such pulses allows to determine the species present at the interface. The realized experimental set-up is presented: particular attention is paid to the development of the detection using avalanche photodiode. The first results, obtained on quartz-air, silica­OTS-air and silica-air interfaces, are presented and discussed.