Génération de 3 ème harmonique (GTH)

Le montage de la figure 31 est légèrement modifié pour le test de génération de troisième harmonique : Un cristal de LBO de dimension 3x3x15 mm3 et taillé en accord de phase non critique de type I (θ = 90°, φ = 0°) est utilisé pour générer le faisceau à 532 nm par GSH. Pou alise l’a o d de phase non critique, le cristal est maintenu dans un four thermostaté à 149,0°C. Un cristal de CBF de dimension 5x5x5 mm3 est ensuite placé directement à la sortie du four, il est taillé en accord de phase de type II (θ = 90°, φ = 72,5°) pour générer un faisceau à 355nm par somme de fréquence 1064 nm(o)+532 nm(e)355 nm(e). Le faisceau à 355nm est ensuite isolé à l’aide de deux miroirs dichroïques et envoyé vers une photodiode. Le cristal de LBO est traité antireflet pour les longueurs d’o de 1064 nm et 533 nm, tandis que le CBF n’est pas t ait a ti eflet.

Les pertes par réflexions pour chaque face d’u istal o t ait a ti eflet peu e t t e estimées par la formule suivant :

� = � − � � = ( ^{− �}_{+ � )} Avec :

 � l’i te sit du fais eau après réflexions  � l’i te sit du fais eau i ide t  � coefficient de réflexion

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Figure 39 : Photo du montage pour la GTH

Dans un premier temps, nous mesurons l’ e gie et le e de e t de o e sio du fais eau vert à 532 nm généré par le cristal de LBO en accord de phase non critique (figure 40). Le rendement de co e sio a i e apide e t e satu atio à pa ti d’u e e gie I‘ à l’e t e de ,16 mJ pour atteindre 56,9%, soit 0,66 mJ de vert. L’ e gie a i ale à nm générée par notre montage est de 1,20 mJ pour un faisceau IR de 2,10 mJ. Idéalement, il faudrait optimiser la longueur du cristal de LBO pour s’app o he d’u rendement de 50%, ’est-à-dire auta t d’ e gie da s le fais eau à nm

u’à nm pour la génération de somme de fréquence 1064 nm+532 nm355 nm. Laser microchip Nd :YAG 1064nm Beam blocker � � � � Photodiode Diaphragme Beam splitter Lame Semi-réfléchissante Lentille L2 355nm 355nm

Figure 38: Schéma de montage pour la génération de 3ème harmonique

CBF Photodiode Lentille L1 Miroir dichroïque LBO non critique Miroir dichroïque Four 1064nm 532nm 1064nm 532nm 355nm Four contenant le LBO ^CBF Miroirs dichroïques Photodiode

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Figure 40 : Rendement de conversion et énergie du faisceau vert à 532 nm obtenus par GSH e fo tio de l’ e gie du faisceau IR à 1064nm pour un cristal de LBO (L=15 mm) taillé en accord de phase non critique de type I (θ=90°, φ=0) à

149,0°C.

Le cristal de CBF utilisé pour la GTH est non traité antireflet, il p o ie t d’u o o istal élaboré en flux LiF (composition 20CBF+80LiF (%mol) par K. Xu lors de ses travaux de thèse [60]. L’ ha tillo , de dimension 3x3x5 mm3, est taillé en conditions d’accord de phase de type II dans le plan XY θ = °, φ = 72,6°) pou la GTH d’u lase Yb : YAG (1030 nm+515 nm343 nm). Il est à noter que le cristal est légèrement désorienté par rapport aux o ditio s d’a o d de phase de t pe II dans le pla XY pou la GTH d’u lase Nd : YAG (1064 nm+532 nm355 ui est de θ = ° et φ = 66,8°. Le cristal de CBF est ensuite placé juste derrière le four thermostaté afi u’il soit le plus p o he du point de focalisation du faisceau IR. L’ e gie a i ale g e à la lo gueu d’o de de est de E355 = 131,4 µJ pour une énergie IR incidente de 2,17 mJ, soit un rendement de conversion de η = 6,1% corrigé des pertes par réflexion (figure 41). Le faible rendement de conversion constaté est en pa tie dû à l’o ie tatio du istal ui est loi d’ t e opti al, ai si u’à des i lusio s e so sei ui diffusent le faisceau laser. Par ailleurs, le e de e t de o e sio ’attei t pas de seuil de saturation comme dans le cas du LBO pour la GSH de 1064 nm à 532 nm, on constate en effet dans la figure 41 u e olutio uasi e t li ai e du e de e t de o e sio , a a t isti ue d’u gi e de o déplétion. Ainsi avec un laser plus puissant et en optimisant la p opo tio de l’ e gie des faisceaux infrarouge et vert, le rendement de conversion du cristal pourrait être plus élevé.

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Figure 41 : Photo du spot laser à 355 à gau he et Cou e de l’ e gie et du e de e t de o ve sio du fais eau à 55 nm en fonction du faisceau IR à 1064 nm (droite)

Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus avec un cristal de LBO de dimension 6x6x14 mm3, soit environ 3 fois plus long, taillé en accord de phase de type II (θ = 43°, φ = 90°) pour la GTH. Ce cristal est généreusement fourni par la société Cristal Laser et il est traité antireflet pour les lo gueu s d’o de de 1064 nm, 532 nm et 355 nm. Ainsi, nous sommes parvenus à obtenir une énergie maximale de E355 = 290 µJ à 355 nm pour un faisceau IR en sortie du laser Nd : YAG de 2,11 mJ, soit un rendement de conversion 13,8% (figure 42).

Figure 42 : Rendement de conversion et énergie UV à 355 o te u e fo tio de l’ e gie du lase Nd :YAG à 1064 nm pour un cristal de LBO de 14 mm taillé en accord de phase de type II dans le plan YZ (θ = 43°,φ = 90°).

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Cristal CBF (plan XY) LBO (plan YZ)

deff (pm / V) 0,45 0,46 Acceptance angulaire (mrad. cm) ^{2 3,45} Walk-off (mrad) 14,5 9,2 Longueur (mm) 5 14 Energie à 343 nm (µJ) 131,4 290 Rendement de co versio η ( 3  343 nm) (%) 6,1 13,8

Tableau 5 : Propriétés non linéaires de CBF et LBO pour la GTH à 1064nm en type II

O e a ue d’ap s le ta leau ue les p op i t s o li ai es du CBF et du LBO so t a p io i assez similaires. La puissance UV plus élevée obtenue avec le cristal de LBO s’e pli ue pa sa lo gueu presque 3 fois plus grande que celle du CBF. De plus, le cristal de CBF est légèrement désorienté par appo t au a gles d’a o d de phase pou la GTH de t pe II da s le pla XY à 1064 nm. Et enfin la qualité cristalline de LBO est bien meilleure que celle de CBF, qui est sujet à des inclusions responsable de la diffusio du fais eau lase . Au ega d de es sultats, ous a o s o espoi de oi e u’u cristal de CBF de même longueur et de qualité similaire aura des performances voisines voire supérieures au LBO pou la GTH d’u lase Nd : YAG à 1064 nm. Ainsi des efforts doivent être poursuivis dans l’opti isatio de la ualit istalli e du CBF qui este le p i ipal o sta le à l’esso de ce matériau.