Génération de second harmonique

Génération de second harmonique

Génération de seconde harmonique

La génération de seconde harmonique (GSH; également appelé doublage de fréquence) est un processus d'optique non-linéaire dans lequel des photons interagissant avec un matériau non-linéaire sont combinés pour former de nouveaux photons avec le double de l'énergie, donc avec le double de la fréquence ou la moitié de la longueur d'onde des photons initiaux.

Seulement sous certaines circonstances, le taux de conversion de photons en photons de plus haute énergie est significatif. Les deux conditions fondamentales pour une conversion efficace sont que l'intensité du faisceau pompe soit grande sur une certaine longueur de propagation et que le faisceau à convertir conserve une certaine relation de phase sur cette même longueur (on parle de condition d'accord de phase). Sous des conditions correctement optimisées, il est possible d'obtenir plus de 50% d'efficacité de conversion (parfois même plus de 80%) en focalisant un faisceau laser intense dans un cristal non-linéaire. Cette technique est largement utilisée, notamment pour générer de la lumière verte à 532 nm à partir d'un laser Nd:YAG infrarouge à 1064 nm. Certains pointeurs laser verts utilisent cette technique.

Tel que mentionné plus haut, une grande efficacité de conversion demande que la lumière fondamentale (à convertir) et la lumière de seconde harmonique (convertie) soient en phase. Ceci n'est pas le cas sans certaines mesures spéciales, car la vitesse de la lumière dans un matériau varie selon la longueur d'onde à cause de la dispersion de l'indice de réfraction. Dans certains cristaux non-linéaires, une combinaison particulière de l'orientation du cristal et sa température fait en sorte que, à cause de la biréfringence, la lumière fondamentale et celle de seconde harmonique sont confrontés au même indice de réfraction et restent donc en phase en se propageant. Dans d'autres matériaux non-linéaires, où ce phénomène n'est pas possible, on utilise une technique consistant à faire des couches de ces matériaux biréfringents avec différentes orientations pour garder les ondes approximativement en phase. Cette technique augmente grandement les possibilités de doublage de fréquence à des températures et des longueurs d'ondes variées.

Matériaux non-linéaires utilisés pour la génération de seconde harmonique

Voici quelques matériaux non-linéaires utilisés pour doubler la fréquence de la lumière fondamentale de certains lasers:

  • Lumière fondamentale à 806 nm  : LiIO3.
  • Lumière fondamentale à 860 nm  : KNbO3.
  • Lumière fondamentale à 980 nm  : KNbO3.
  • Lumière fondamentale à 1064 nm  : phosphate de monopotassium (KH2PO4), triborate de lithium (LiB3O5), CsLiB6O10 et borate de baryum (β-BaB2O4).
  • Lumière fondamentale à 1319 nm  : KNbO3, BBO (β-BaB2O4), phosphate de monopotassium (KH2PO4), LiIO3, LiNbO3, et phosphate de potassium et de titanyle (KTiOPO4).
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