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[fre] Résumé: Cette thèse est le fruit de plusieurs années de travail passées à
développer un spectromètre de génération de fréquence somme dans le
laboratoire LASMOS. Ce spectromètre comprend essentiellement deux lasers
accordables, un échantillon non linéaire et un monochromateur. Mélanger les
deux faisceaux laser accordables sur l'échantillon non linéaire résulte en la
génération d'une onde supplémentaire de fréquence égale à la somme des deux
fréquences incidentes (SFG). Détecter le signal SFG et accorder une, ou les deux
fréquences, permettent la caractérisation de la réponse non linéaire de
l'échantillon. Dans notre montage, le premier faisceau laser est accordable dans
l'infrarouge de 2,5 jusqu'à 20 0m et le deuxième est accordable dans la région
visible de 400 à 700 nm. La génération des deux faisceaux laser accordables est
faite par des oscillateurs paramétriques optiques (OPO) qui sont construits
autour de cristaux de LiNbO3, d'AgGaS2 et de BBO. Une étape supplémentaire
de génération de fréquence différence (DFG) étend l'accordabilité de 10 à 20
0m. L'étape de la DFG est basée sur un tandem de cristaux non linéaire de KTP
et de CdSe. Une structure en train d'impulsions est nécessaire pour pomper
optiquement le système de l'OPO. Le train d'impulsions peut être engendré par
la technique de verrouillage des modes. Nous avons focalisé notre travail sur le
verrouillage des modes de l'oscillateur Nd:YAG par le miroir non linéaire à
doublage de fréquence (FDNLM). Cette dernière technique combinée avec un
absorbeur saturable à deux photons (comme une plaquette de GaAs) permet
d'obtenir des impulsions optiques courtes et stables à partir d'un laser Nd:YAG
pulsé et pompé par des lampes flashes à bas taux de répétition. Des impulsions
aussi courtes que 12 ps sont émises à un taux de répétition de 100 MHz. Par ce
résultat, nous nous approchons de la limite physique de la durée de l'impulsion
dans un oscillateur Nd:YAG. Cette technologie " tout d'état solide " présente les mérites suivants: stabilité photochimique, temps de réponse rapide, applicabilité à une gamme spectrale relativement large et simplicité. Une approche théorique complète également notre étude pour déterminer le domaine d'opération de ce dispositif.
[eng] This thesis describes the efforts of several years devoted to developing a
Sum-Frequency Generation spectrometer in the LASMOS laboratory. The Sum-
Frequency Generation spectrometer relies mainly on two tunable lasers, a nonlinear sample and a monochromator. Mixing the tunable laser beams on the nonlinear sample will result in the generation of an additional beam at the sum frequency (SFG) of the incident beams. Detecting the SFG signal and tuning one of the incident frequencies or both frequencies permit the characterization of the nonlinear response of the sample.
In our setup, the first laser beam is tunable in the IR spectral region from 2.5 up to 20 0m and the second one is tunable in the visible spectral
region from 400 to 700 nm. The generation of both tunable laser beams is carried
out by the optical parametric oscillators (OPO) built around a LiNbO3, an AgGaS2
and a BBO nonlinear crystals. An additional difference-frequency generation (DFG) stage based on a tandem of KTP and CdSe crystals is built to extend the tunability up to 20 0m. A pulse-train structure is necessary for pumping the OPO. Pulse trains can be generated by the mode-locking technique. In our work, we focused on the mode locking of the Nd:YAG oscillator using a frequency-doubling nonlinear mirror (FDNLM).
This technique combined with a two-photon saturable absorber (for example: a GaAs platelet) can generate short and stable optical pulses from a
flash-pumped Nd:YAG laser oscillator at a low repetition rate. Pulses as short as 12 ps are generated at 100 MHz repetition rate. With this result, we approach the physical limit of pulse duration in the Nd:YAG laser. This all-solid-state technology presents the following merits: photochemical stability, fast response time, applicability to a wide spectral range, and simplicity. A theoretical model is used to analyze the domain of operation of this device.
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