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Lectures

Introduction à l'Optique Non Linéaire

Résumé : Ce cours est une initiation au domaine de l'Optique Non Linéaire. Son propos est de présenter précisément les mécanismes de ses phénomènes les plus courants, de la façon la plus simple possible. Les faisceaux lumineux sont continus (i.e. non pulsés) ; la matière est décrite classiquement par sa densité de polarisation, prenant naissance sous l'influence de la lumière. Après de brefs rappels d'électromagnétisme dans la matière et d'Optique linéaire, le chapitre I aborde la nouveauté essentielle de la théorie de l'Optique Non Linéaire : lorsque le champ électrique optique est intense, la densité de polarisation du milieu doit être développée au-delà de l'ordre un en champ. Les susceptibilités non linéaires d'ordres deux et trois sont introduites. Finalement, est dérivée l'équation d'onde non linéaire suivie par le champ électrique optique. Pour la simplicité de l'exposé à venir, une version scalaire de cette équation d'onde non linéaire est également présentée, accompagnée d'une configuration expérimentale dans laquelle elle se justifie. Le chapitre II est une première présentation de phénomènes optiques non linéaires, dans un régime où ils ne sont simplement qu'une perturbation à l'Optique linéaire. Sont exposés des effets non linéaires d'ordre deux – génération de second harmonique, conversion de fréquences optiques – et d'ordre trois – effet Kerr optique, mélange à quatre ondes. Sur l'exemple de la génération de second harmonique, est mise en évidence la nécessité que soit réalisée une condition d'accord de phase pour que l'effet non linéaire en question se révèle. Afin de dépasser le cadre perturbatif précédent pour décrire les phénomènes optiques non linéaires, le chapitre III présente la théorie d'ondes couplées de l'Optique Non Linéaire, dans laquelle les faisceaux optiques, initiaux et générés, sont en interaction forte. Dans cette nouvelle description, sont revisités les phénomènes de génération de second harmonique, de conversion de fréquences optiques, et de mélange à quatre ondes. Est également exposé le fonctionnement d'un oscillateur paramétrique optique, système permettant d'obtenir un faisceau de fréquence optique accordable à partir d'un faisceau intense de fréquence fixe. L'importance de la réalisation d'un accord de phase a été signalée au chapitre II ; sa réalisation effective dans un milieu anisotrope uniaxe est examinée au chapitre IV, où l'équation d'onde non linéaire complète, vectorielle, est utilisée. Après quelques rappels d'Optique linéaire dans un milieu anisotrope, les conditions de réalisation de l'accord de phase sont détaillées sur l'exemple de la génération de second harmonique. Le cas de la conversion de fréquences optiques est également présenté. On observe en outre, notablement, que les équations régissant l'évolution des ondes optiques en interaction sont celles qui ont déjà été obtenues dans le cadre de la théorie scalaire utilisée au chapitre précédent.
Document type :
Lectures
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https://hal-sfo.ccsd.cnrs.fr/sfo-00407290
Contributor : Frederick Bernardot <>
Submitted on : Friday, July 24, 2009 - 1:38:27 PM
Last modification on : Tuesday, May 14, 2019 - 10:23:10 AM
Long-term archiving on: : Tuesday, June 15, 2010 - 6:37:40 PM

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  • HAL Id : sfo-00407290, version 1

Citation

Frédéric Bernardot. Introduction à l'Optique Non Linéaire. Master / M1. 2004. ⟨sfo-00407290⟩

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