v2.10.0 (5004)

Cours - 7B-218-PHO : Non-linear Optics

Domaine > Photonique.

Descriptif

Ce cours est une introduction au domaine de l’optique nonlinéaire qui se manifeste lors de la propagation de faisceaux lumineux suffisamment intenses à travers un milieu matériel. En régime nonlinéaire, la réponse du milieu n’est plus proportionnelle à l’amplitude du champ d’excitation et se développe (en régime perturbatif) suivant une somme de termes en puissances du champ associés aux nonlinéarités d’ordre 2, 3… etc. Les interactions nonlinéaires entre un champ et un milieu matériel donnent lieu à une grande variété de phénomènes et d’applications : génération d’harmoniques pour le doublement ou le triplement de la fréquence d’un laser, amplification et oscillation paramétriques avec la réalisation d’oscillateurs cohérents largement accordables (OPO), génération de peigne de fréquences, de sources superluminescentes, d’automodulation de phase, d’auto-focalisation ou dé-focalisation de faisceaux…

Partant des concepts de base en électromagnétisme, le cours s’attachera à développer des outils utiles à la compréhension des concepts de base et à l’évaluation des efficacités des principaux phénomènes nonlinéaires. 

Objectifs pédagogiques

A l’issue du cours d’optique nonlinéaire, les élèves seront capables de : 

- citer des exemples de processus nonlinéaires d’ordre 2 et 3 en optique, et  décrire pour chacun la manière dont ils se manifestent avec une application associée.

- déterminer, dans une situation donnée (expérimentale ou théorique) faisant intervenir la propagation d’au moins un faisceau lumineux à travers un milieu matériel diélectrique (massif ou guidé), si les effets nonlinéaires peuvent être négligés.

- évaluer l’efficacité d’un processus nonlinéaire d’ordre 2 et 3 faisant intervenir la propagation d’une onde pompe (en régime de non-déplétion), voire de son interaction avec une onde signal, au travers d’un milieu matériel diélectrique dont les caractéristiques sont définies, et optimiser son rendement de conversion.

- à partir d’un cahier des charges donné, de concevoir et spécifier les grandeurs liées aux faisceaux (direction, polarisation, intensité, CW ou pulsé, extension transverse, puissance) et au matériau nonlinéaire (orientation cristalline, susceptibilité nonlinéaire effective, taille) à utiliser pour atteindre les spécifications du cahier des charges. La démarche et les valeurs seront justifiées et présentées dans un compte-rendu écrit ou oral.

21 heures en présentiel
réparties en:
  • Cours magistral : 10
  • Travaux dirigés : 6
  • Examen : 3

Diplôme(s) concerné(s)

UE de rattachement

Format des notes

Numérique sur 20

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée

Vos modalités d'acquisition :

Examen écrit

Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)
  • le rattrapage est obligatoire si :
    Note initiale < 6

Le coefficient de l'UE est : 35

Programme détaillé

I- Introduction à l'optique non linéaire 
  Rappels d'optique linéaire 
  Susceptibilités non linéaires 
 II - Equation de propagation non linéaire 
  Equations de Maxwell 
  Propagation nonlinéaire en régime stationnaire 
III- Nonlinéarités du deuxième ordre 
  Relations de Manley Rowe 
Génération de second harmonique – Accord de phase 
  Amplification et oscillation paramétriques optiques 
  Matériaux à quasi-accord de phase 
IV- Nonlinéarités du troisième ordre 
  Effet Kerr, mélange à quatre ondes 
  Propagation d'impulsions courtes, solitons 
  Diffusion Raman spontanée, et stimulée 
  Diffusion Brillouin spontanée et stimulée

Mots clés

Optique non-linéaire, électromagnétisme, susceptibilités, génération de fréquence, somme de fréquence, amplification paramétrique, oscillateur paramétrique optique, effet Kerr optique, diffusion Raman, diffusion Brillouin
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