Oscillateur paramétrique optique visible à grande longueur de

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Brian Corriveau
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1 Oscillateur paramétrique optique visible à grande longueur de cohérence Oussama Mhibik,, Thu-Hien My, Cyril Drag et Fabien Bretenaker Laboratoire Aimé Cotton, CNRS (Orsay) Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Bâtiment Orsay Cedex, France.

2 Pourquoi des telles sources? Applications à l information quantique (qubits, mémoires quantiques): ions de terres rares (longs temps de cohérence). Manipulation cohérente des ions de terres rares: Praséodyme : 606 nm Europium : 580 nm Besoin de sources visibles, accordables et de faible largeur de raie < 10 khz (ms)

3 Sources visibles ultra-stables (~ khz) Tb 3+ Eu 3+ Pr 3+ Ho nm 500nm 600nm 700nm Diode Laser ou Diode laser doublée Laser à colorant Complexité Asservissement difficile (bruit du jet de colorant) Diode Laser Opt. Expr. 15, (2007) Oscillateurs Paramétriques Optiques pompés par des lasers solides

4 Principe des OPOs POMP E ω p χ (2) cristal SIGNAL ω s COMPLÉMENTAIRE ω c Conservation d énergie :1/λ p =1/λ s +1/λ c r k Condition d accord de phase : (cristal polarisé périodiquement) Gain paramétrique ~ (d eff ) 2 et I pompe p = r k s + r k c k r p + r K k r s k r c K r = 2π Λ

Notre approche pour avoir une source visible stable Pompe λ p χ (2) cristal SIGNAL IDLER Laser solide (Verdi 10 W) : Qualité spatiale, stabilité en puissance Δν p >> 10 1 ère approche SROPO 532 nm

5 Notre approche pour avoir une source visible stable Pompe λ p χ (2) cristal SIGNAL IDLER Laser solide (Verdi 10 W) : Qualité spatiale, stabilité en puissance Δν p >> 10 1 ère approche SROPO 532 nm 606 nm µm ω p = ω s + ω i khz Loin de la dégénérescence, seuil élevé Difficultés pour atteindre 606 nm λ i λ s SROPO Peut-on transferer le jitter de la pompe au faisceau non résonant? Absorption dans le visible (pompe+signal), effets thermiques Opt. Lett. 32, 518 (2007)

6 λ p = 532 nm SROPO + SHG intracavité 2 ème approche On conserve l idée consistant à transférer le jitter de la pompe au faisceau non résonant λ s ~ nm + λ i ~ µm λ SHG ~ nm OPO avec une forte puissance intracavité (~ Watt) Opt. Lett. 32, 400 (2007); Opt. Lett. 32, 2623 (2007) Signal nm SHG M 2 M MgO:PP-SLT nm M étalon 4 M 3 R>99.8%@( µm) T>95%@ 606 nm Complémentaire BBO Pompe 532 nm

7 Effet Raman Puissance intracavité de l idler: plus de 100 W Intensité(dBm) Intensity Idler Stokes 0.77 W 1.5 W Intensité(dBm) Intensity Idler Anti-Stokes Stokes 3W 5W 7W Wavelength (nm) Longueur Wavelength d onde(nm) Longueur d onde (nm) Raie Raman à s = 201 cm -1, pompé par l idler de OPO Seuil du laser Raman: 30 W de puissance intracavité de l idler Le nombre de pics Raman augmente avec la puissance de la pompe Pour éviter l effet Raman: on réduit la puissance Opt. Express. 17, 5912 (2009) intracavité de l idler en utilisant un coupleur

8 SROPO + SHG en fonctionnement

9 Accordabilité Complémentaire : 1170 à 1355 nm ( W intracavité) Signal : 876 à 975 nm (>2W) SHG: 585 à 678 nm Puissance SHG (mw) SHG power (mw) Puissance pompe = 6.5 W 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 0 2,0 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 Longueur SHG wavelenght d onde (µm) SHG(µm) Signal power(w) Wavelenght Longueur d onde (µm) (µm) Puissance signal (W) Idler Signal SHG Temperature ( C) Puissance optimisée vers 600 nm (traitement) Partie rouge : perte introduite par le traitement du BBO Partie bleue : augmentation de la transmission des miroirs

10 Fonctionnement libre de l OPO Puissance du signal (W) Frequency deviation (MHz) Puissance de pompe (W) SHG-SROPO Dye laser Temps (mn) Puissance SHG (mw) Signal SHG (a.u) Temps (s) SHG linéaire avec la puissance de pom stabilité en puissance = 1.2% RMS sur 1 Fluctuations de fréquence de 100 MHz sur 12 min (bien moins qu un laser à colorant commercial) Opt. Lett. 33, 1455 (2008)

11 Asservissement de l OPO sur le flanc d un pic de transmission d un Fabry-Perot mètre F.P confocal ISL=1GHz, F=100 consigne - signal transmis PD - + Consigne Filtre de boucle oscilloscope H. T Résidus de la pompe MgO:PP-SLT Pompe Signal SHG idler étalon BBO PZT

12 Stabilité en fréquence: à court terme Pompe σ ν 400 khz SHG σ ν 4 khz DSP de bruit de fréquence à partir de l analyse de signal d erreur: Largeur du raie de la SHG de l ordre des quelques khz Jitter de la pompe transféré au signal non résonant!

13 Stabilité en fréquence: à long terme 498,1060 SHG 563,67046 Pompe Fréquence (THz) 498, , MHz Fréquence (THz) 563, , , , , , t (mn) t (mn) Dérive thermique de la cavité FP ΔT=2 C 498, , Fréquence (THz) 498, , , MHz Fréquence (THz) 563, , , MHz 498, t(s) , t(s) 60

14 Conclusions SHG-SROPO: Source visible tout solide au niveau du khz Transfert du bruit de la pompe au faisceau non résonant Asservissement sur un flanc de Fabry-Perot

15 Perspectives Améliorer la stabilité long terme de l OPO : stabiliser la cavité F.P en température: Stabilisation en fréquence du SHG-SROPO par Pound-Drever-Hall avec du rouge plus intense (KNbO 3 ) Autre architecture pour le visible : SROPO à somme de fréquence intracavité (continu & impulsionnel) DROPO à cavités duales en CW (collaboration ONERA)

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