Optique non-linéaire dans le domaine des fréquences.

Ernotte, Guilmot (2016). Optique non-linéaire dans le domaine des fréquences. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 89 p.

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Résumé

L’optique non-linéaire repose sur l’interaction entre un champ électrique intense et la matière. Cette interaction crée de nouvelles fréquences, permettant d’atteindre des régions spectrales inaccessibles par l’optique linéaire. Un champ électrique intense peut être obtenu via l’utilisation d’impulsions ultra-brèves, de l’ordre de la femtoseconde. Cependant, la relation temps-fréquence montre que ce type d’impulsions possède un spectre large. Il devient alors difficile de conserver toutes les propriétés spectrales d’une impulsion dû à la nature non-linéaire des opérateurs en jeu, en particulier dans le cas de l’amplification paramétrique optique et pour la génération de seconde harmonique. Ce mémoire présente une nouvelle approche pour l’optique non-linéaire qui divise cet opérateur non-linéaire sur des bandes spectrales plus étroites de façon parallèle afin de conserver toutes les propriétés spectrales de l’impulsion. Pour ce faire, un montage 4-f est utilisé et l’interaction non-linéaire se réalise sur un spectre dispersé spatialement. Plus particulièrement, un amplificateur paramétrique optique été construit de cette façon et a permis d’amplifier une impulsion très large-bande de trois cycles optiques à 1.8 µm jusqu’à 13 mJ avec 79 mJ de pompe sans aucune perte au niveau de la largeur du spectre. De plus, un montage de génération de seconde harmonique a été construit dans un 4-f et les propriétés de l’impulsion de seconde harmonique sont comparées `a celles d’un montage conventionnel. Il a été observé que la génération dans un 4-f annule le couplage fréquentiel et permet d’obtenir un spectre de seconde harmonique qui a une relation avec le spectre fondamental linéaire en phase et quadratique en amplitude, alors que le montage conventionnel utilisant l’espace temporel ne respecte pas ces relations.

Nonlinear optics is performed by interacting an intense electric field with matter. This interaction generates new frequencies, which are inaccessible by linear optics. Intense electric field can be obtained by using ultrashort pulses that are in the order of the femtosecond. However, time-frequency relation shows that this type of pulse has a large bandwidth. Hence, it becomes difficult to conserve all spectral properties of the laser pulse due to the nonlinear nature of the operator, in particular in the case of optical parametric amplification and second harmonic generation. This master thesis presents a new approach for nonlinear optics which divides this operator on multiples shorter bandwidth in a parallel manner to conserve all spectral properties. To do so, a 4-f setup was built and nonlinear propagation is realized in a plane where the spectrum is dispersed on a spatial axis. In particular, an optical parametric amplifier was built in this manner to amplify a three cycles bandwidth at 1.8 μm to 13 mJ with the use of 79 mJ of pumping without losing any spectrum. Moreover, a second harmonic generation setup was built in a 4-f and is compared with a regular setup. It will be shown that the generation in the 4-f setup suppresses the frequency coupling during the nonlinear propagation thus the second harmonic spectrum has a relation with the fundamental spectrum that is linear in phase and quadratic in amplitude, while the conventional setup in the temporal domain did not conserve these properties.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Légaré, François
Mots-clés libres:	optique non-lin éaire; optique ultra-rapide; optique de Fourier; amplificateur non-linéaire; génération de seconde harmonique; non-linear optics; ultrafast optics; Fourier optics; laser; non-linear amplifier; second harmonic generation
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	09 avr. 2019 21:12
Dernière modification:	30 sept. 2021 19:46
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/8021

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