Bonjour. Dans cette vidéo, nous allons vous montrer une expérience de doublage de fréquence qui illustrera certaines des notions que vous avez vues dans le cours de cette semaine. Comme pour les vidéos sur l'interférométrie spectrale que vous avez vues en semaine trois, dans cette vidéo, vous allez pouvoir visualiser notre dispositif expérimental ainsi que les phénomènes physiques quasiment en direct. Ensuite, vous pourrez effectuer l'exploitation des données expérimentales qu'on aura récoltées pour vous en suivant les conseils sur le site du cours. Voici l'alignement optique que nous allons utiliser pour cette expérience. Dans l'ordre, vous voyez tout d'abord un laser titane:saphir de la société Spectra-Physics qui délivre des impulsions à environ 800 nanomètres avec une durée de 200 à 250 femtosecondes. Ce laser est un oscillateur femtosecondes dont le principe de fonctionnement interviendra en semaine neuf de ce cours d'optique non-linéaire. Pour l'instant, vous avez uniquement besoin de savoir que les impulsions émises par ce laser serviront de faisceau fondamental pour nos expériences de doublage de fréquence. À le sortie du laser, un périscope nous permet d'ajuster la hauteur du faisceau laser dans une ligne optique assez simple dans laquelle vous voyez d'abord une lentille convergente puis les cristaux pour la génération de seconde harmonique et enfin, un miroir qu'on appelle un miroir dichroïque parce qu'il va séparer le faisceau fondamental du faisceau doublé. Ce miroir va transmettre le faisceau fondamental et réfléchir le faisceau doublé, ce sera utile pour nos expériences. Dans un premier temps, nous souhaitons vous illustrer la notion d'accord de phase par biréfringence, que vous avez vue dans le cours de cette semaine. En particulier, vous avez appris que l'intensité de faisceau doublé est maximale quand la condition d'accord de phase est vérifiée, c'est-à -dire quand delta, k est égal à 0. Pour satisfaire cette condition, il nous suffit de tourner le cristal, ce qui, grâce à la réfraction, va modifier la direction de propagation du faisceau fondamental dans le cristal et donc, la valeur du paramètre delta, k. Ici, la rotation du cristal s'effectue à l'aide de cette platine dont on peut contrôler et mesurer finement l'angle de rotation à l'aide du vernier que vous voyez ici et qui est gradué au soixantième de degré. On choisit maintenant la longueur d'onde du faisceau fondamental du laser et, assez arbitrairement, on choisit ici une longueur d'onde de 794 nanomètres. On vient ensuite focaliser ce faisceau dans le cristal mais lorsque le désaccord de phase est grand, et bien, vous ne voyez que très peu de faisceau doublé, de faisceau bleu, en sortie de cristal. C'est par contre, lorsque je tourne la platine, que vous voyez apparaître le faisceau bleu, qui est généré dans le cristal. L'intensité de ce faisceau bleu devient même assez intense et lorsque cette intensité est maximale, et bien, c'est là que la condition d'accord de phase est vérifiée. C'est-à -dire que pour cette direction de propagation, l'onde bleue, à 397 nanomètres, se construit de manière cohérente dans le cristal. On souhaite maintenant quantifier d'avantage cette dépendance angulaire du phénomène que nous venons d'observer. Pour cela, on souhaite tracer la courbe qui donne l'intensité du faisceau doublé en fonction de l'angle de rotation du cristal. Pour chaque angle de rotation du cristal, on va donc mesurer l'intensité du faisceau bleu à l'aide d'une photodiode, ici, en phosphure de gallium, après avoir, évidemment, séparé le faisceau fondamental du faisceau doublé avec notre miroir dichroïque. Et on obtient la courbe que vous voyez à l'écran. La position angulaire qui correspond au maximum de cette courbe est l'angle externe d'accord de phase qu'on cherche à mesurer. Pour une longueur d'onde de 794 nanomètres, vous voyez qu'on obtient 0,3 degré, cet angle étant repéré par rapport à la normale des faces de notre cristal et qui correspond donc à la position 0 degré sur notre courbe que vous voyez à l'écran. Nous allons maintenant illustrer l'une des notions importantes de l'accord de phase d'ordre deux selon laquelle l'onde générée par doublage de fréquence ne partage pas la même polarisation que l'onde incidente. Pour ce faire, je vais donc venir insérer un cube polariseur, ou un cube analyseur, après les cristaux de SHG mais avant le miroir dichroïque. Et vous voyez que j'arrive à éteindre le faisceau rouge, c'est-à -dire le faisceau fondamental, pour cette position horizontale du cube polariseur alors que quand je tourne le polariseur, et bien, je diminue l'intensité du faisceau bleu et c'est pour une position verticale du cube polariseur qu'on éteint bien le faisceau doublé. Vous voyez donc que les polarisations des deux faisceaux, fondamental et doublé, sont donc perpendiculaires et cette simple observation expérimentale doit vous permettre de savoir si on effectue ici une expérience de doublage de type un ou de type deux. Enfin, dans cette dernière partie, on souhaite déterminer la variation de l'angle d'accord de phase avec la longueur d'onde fondamentale du faisceau incident. Parce que tout à l'heure, on avait uniquement considéré une longueur d'onde assez arbitraire de 794 nanomètres, mais à l'aide du laser de la société Spectra-Physics, et bien, on peut tout à fait mesurer l'angle d'accord de phase pour n'importe quelle longueur d'onde entre 780 et 810 nanomètres. Vous voyez que lorsque je tourne cette vis micrométrique, j'arrive à faire varier la longueur d'onde du laser et donc, par pas de deux nanomètres, par exemple, on peut tout à fait mesurer l'angle d'accord de phase par la même procédure que tout à l'heure. Vous voyez que l'angle d'accord de phase diminue lorsqu'on augmente la longueur d'onde du faisceau fondamental et en particulier, vous pouvez remarquer que, pour une propagation perpendiculaire aux faces du cristal, et bien la longueur d'onde fondamentale à l'accord de phase vaut 799 nanomètres. Voila, c'en est tout pour cette expérience de doublage de fréquence, je vous laisse maintenant lire les instructions sur le site du cours, qui vous permettront d'exploiter les données brutes que nous avons récoltées pour vous. Bon courage.
