Génération de seconde harmonique

La génération de seconde harmonique (aussi nommé 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, par conséquent avec le double de la fréquence ou la moitié de la longueur d'onde des photons initiaux.

Uniquement sous certaines circonstances, le taux de conversion de photons en photons qui plus est haute énergie est significatif. Les deux conditions principales 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 envisageable d'obtenir plus de 50% d'efficacité de conversion (quelquefois même plus de 80%) en focalisant un faisceau laser intense dans un cristal non-linéaire. Cette technique est beaucoup utilisée, surtout 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 principale (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 fluctue selon la longueur d'onde à cause de la dispersion de l'indice de réfraction. Dans certains cristaux non-linéaires, une combinaison spécifique de l'orientation du crystal et sa température fait en sorte que, à cause de la biréfringence, la lumière principale et celle de seconde harmonique sont confrontés au même indice de réfraction et restent par conséquent en phase en se propageant. Dans d'autres matéraiux non-linéaires, où ce phénomène n'est pas envisageable, 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 largement 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 principale de certains lasers :

• Lumière principale à 806 nm : LiIO₃.
• Lumière principale à 860 nm : KNbO₃.
• Lumière principale à 980 nm : KNbO₃.
• Lumière principale à 1064 nm : phosphate de monopotassium (KH₂PO₄), triborate de lithium (LiB₃O₅), CsLiB₆O₁₀ et borate de baryum (β-BaB₂O₄).
• Lumière principale 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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