Le cristal non linéaire LBO (Lithium Triborate) avec les 2 faces taillées à l’angle de Brewster monté sur un disque de chauffage thermo-électrique avec une sonde de température pour la régulation de celui-ci. Le pompage peut-être effectué entre 720 et 850nm avec une puissance moyenne de 2W et des pulses de 100fs.
L’accord de phase pour ce cristal est non-critique et la température permet de balayer le spectre entre 1.1 et 1.6 micron et l’idler entre 1.6 et 2.4 micron.
Principe de fonctionnement
Contrairement à un laser classique qui amplifie une transition atomique ou moléculaire, un OPO repose sur un phénomène non linéaire dans un cristal.
Un photon de pompe de fréquence élevée est converti en deux photons :
- Signal (longueur d’onde plus courte)
- Idler (longueur d’onde plus longue)
La conservation de l’énergie impose :
ωp=ωs+ωi\omega_p = \omega_s + \omega_iωp=ωs+ωi
où :
- ωp = fréquence de pompe
- ωs = fréquence signal
- ωi = fréquence idler
En modifiant l’angle ou la température du cristal, on accorde la longueur d’onde de sortie.
Pourquoi cette technologie était révolutionnaire ?
Un laser Ti:Saphir produit généralement :
- 700 à 1000 nm
- impulsions de 50 à 150 fs
Mais de nombreuses expériences nécessitent :
- 1,3 µm
- 1,55 µm
- 2 µm
- 2,5 µm
L’OPAL permet d’obtenir ces longueurs d’onde sans changer de laser.
La couverture indiquée sur votre document :
- Signal : ≈ 1,1 à 1,6 µm
- Idler : ≈ 1,1 à 2,6 µm
était remarquable pour l’époque.
Architecture interne probable
L’ensemble est généralement composé de :
- Laser Ti:Saphir femtoseconde
- Cristal LBO (Lithium Triborate)
- Cavité résonante synchronisée
- Contrôle actif de longueur de cavité
- Contrôle de température
- Séparation Signal/Idler
- Électronique d’asservissement
Le long module visible sur la photo contient vraisemblablement :
- les miroirs de cavité
- le cristal LBO
- les moteurs de réglage
- les détecteurs d’asservissement
Le boîtier électronique séparé assure le verrouillage automatique.
Performances typiques
D’après la documentation Spectra-Physics de cette génération :
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Pompe | Ti:Saphir |
| Durée impulsion | <130 fs |
| Répétition | 76 à 82 MHz |
| Puissance signal | 150 à 500 mW |
| Accordabilité | 1,1 à 2,6 µm |
| Cristal | LBO |
| Stabilisation | Automatique |
Applications
Spectroscopie ultrarapide
Étude :
- des semi-conducteurs
- des nanomatériaux
- des molécules biologiques
sur des échelles de temps femtoseconde.
Télécommunications
Travail autour de :
- 1310 nm
- 1550 nm
bandes télécom classiques.
Génération THz
Le mélange des faisceaux permet la génération d’ondes térahertz.
Recherche non linéaire
- Mélange de fréquences
- Génération d’harmoniques
- Spectroscopie pompe-sonde
Avantages
✅ Large accordabilité
✅ Très faible largeur d’impulsion
✅ Bonne stabilité
✅ Pas de colorant laser
✅ Fonctionnement entièrement automatisé
Inconvénients
❌ Nécessite un Ti:Saphir coûteux
❌ Alignement délicat
❌ Sensible aux vibrations
❌ Rendement relativement faible
❌ Cristaux non linéaires coûteux
Valeur actuelle sur le marché de l’occasion
Aujourd’hui, un système OPAL complet en état de fonctionnement se négocie généralement entre :
- 5 000 € et 20 000 € sans pompe
- 20 000 € à 60 000 € avec un Ti:Saphir femtoseconde associé
La valeur dépend énormément :
- de l’état du cristal LBO,
- de la disponibilité de l’électronique de verrouillage,
- et surtout de la présence du laser Ti:Saphir compatible.
Pour un laboratoire travaillant sur les lasers excimères et l’optique non linéaire comme vos projets précédents, ce type d’OPO reste une excellente source accordable pour pomper des expériences dans l’infrarouge proche ou pour réaliser des chaînes d’amplification paramétrique (OPA/OPCPA). Je peux également détailler le schéma optique interne complet de l’OPAL (cavité, cristal LBO, synchronisation de mode et asservissement de longueur de cavité) si cela vous intéresse.
