Génération de polarisation croisée et rotation de polarisation elliptique dans des cristaux

Le chapitre 3 est consacré à l’étude de la rotation de polarisation elliptique dans un milieu dont la susceptibilité non linéaire est isotrope (NER). Le chapitre 4 décrit la propagation d’une lumière polarisée linéairement dans des cristaux cubiques dont la susceptibilité non linéaire du troisième ordre est anisotrope, ce qui autorise la génération de polarisation croisée (XPW). Le fluorure de baryum s’est imposé comme un matériau adéquat.  Il paraît ainsi intéressant d’étudier un processus mêlant NER et XPW : la propagation non linéaire d’une polarisation elliptique dans un cristal cubique. Ceci permet de généraliser notre étude concernant les interactions non linéaires dans des cristaux cubiques. De plus, ce nouveau schéma peut être une alternative attractive pour le filtrage non linéaire d’impulsions femtosecondes, en terme de rendement par exemple. rappelle le modèle théorique décrivant les processus non linéaires dans un cristal cubique caractérisé par l’anisotropie σ de sa susceptibilité d’ordre 3. Le paragraphe 3 est consacré aux réalisations expérimentales. Enfin je conclurai quant à l’application des deux systèmes au filtrage temporel d’impulsions femtosecondes. polarisation elliptique incidente et d’autre part une polarisation linéaire. Cette comparaison s’établit en termes de transmission et de dépendance du rendement avec l’orientation du cristal. L’étude comparative est limitée à un système incluant un seul cristal de BaF2.

Deux sources laser ont été utilisées pour ces expériences : le laser à 620 nm présenté au chapitre 4 (p. 81), et le laser kilohertz à 800 nm déjà mentionné (chap. 3, p. 52; chap. 4 p. 88) dont l’énergie est ici limitée à quelques centaines de microjoules. Pour l’étude des phénomènes de conversion, nous utilisons un cristal de BaF2 de longueur L = 2 mm placé au foyer d’une lentille. Il comprend deux polariseurs et deux lames quart d’onde exactement croisés selon les modalités du montage NER présenté au chapitre 3 (p. 53). On appelle α l’angle de la direction de polarisation en sortie du premier polariseur et l’axe rapide de la première λ/4. La deuxième lame et l’analyseur permettent d’éliminer la contribution de la partie de l’impulsion dont la polarisation n’a pas tourné. Si α = 0°, la polarisation incidente sur le cristal est linéaire et le montage est équivalent au dispositif classique de génération de polarisation croisée (figure 5.1(b)). angle α par rapport à la direction de polarisation du premier polariseur. Nous définissons un repère (rℓz) associé à cette lame (figure 5.2 (a)). L’onde est donc décrite par les champs A et B, dirigés respectivement le long des axes r et ℓ. Le cristal de BaF2 est caractérisé par ses axes cristallographiques (xyz) et s’oriente d’un angle β par rapport au repère (rℓz) (fig. 5.2 (b)).

Pour évaluer les rôles des différents processus (automodulation de phase, modulation de phase croisée et mélange à 4 ondes), nous avons tracé systématiquement quelques courbes de transmission théorique en fonction de la valeur de l’angle β (fig. 5.3). J’ai obtenu ces courbes par la résolution des équations couplées (5.1), réalisée numériquement avec l’aide du logiciel Maple. Deux niveaux d’intensité sont considérés (basse intensité : 2 0.3Deux observations s’imposent. D’une part, la périodicité selon β est différente si la polarisation est linéaire (période π/4) ou elliptique (période π/2). La transmission en polarisation linéaire paraît donc essentiellement gouvernée par γ2 alors que si la polarisation est elliptique, les termes en γ1 et γ3 sont prépondérants. D’autre part, la transmission obtenue avec une polarisation incidente elliptique (α = 22.5° ) est meilleure que dans le cas linéaire. Cette dernière remarque n’est plus valide à haute intensité (fig. 5.3(b)). Les transmissions pour les deux valeurs de α considérées sont sensiblement équivalentes. Par contre, la périodicité des courbes est la même qu’à basse intensité. Toutefois, le lobe généré avec une lumière elliptique n’est plus symétrique comme à bas flux. Cette dissymétrie s’explique en « décomposant » le processus.