Inscription optique d`un réseau de Bragg dans un cristal liquide

Inscription optique d’un réseau de Bragg
dans un cristal liquide intracavité
Jean-Michel Melkonian
Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications
(Paris)
 Forte vocation de recherche
 Recherche expérimentale
Robert Frey et Isabelle Zaquine
Département Traitement du Signal et des Images
Groupe Audio, Acoustique et Ondes
Filtrage reconfigurable
Lame semi
RÉSEAU DE
DIFFRACTION
Faisceau
polychromatique
Dispersion
Δλ ⇒ Δθ
λ1
λ3
λ2
λ1
Longueur d’onde
sélectionnée par le pas Λ
du réseau intracavité
θ3
Λ
ajustable
θ2
RÉSEAU DE
BRAGG
INTRACAVITÉ
θ1
Sélectivité
angulaire
Plan
I.
Principe de la diffraction intracavité
II. Présentation de l’échantillon
III. Inscription optique d’un réseau
d’indice dans un cristal liquide
IV. Premiers résultats
Diffraction de Bragg intracavité
Condition de Bragg :
sin(θBB) = λ/2Λ
L
R
ésonance FabryPerot :
Résonance
Fabry-Perot
2 n L cos(θBB) = p λ
Λ
ER
ET
Bragg
Fabry-Perot
Bragg Intracavité
1.0
EDT
θB
EI
EDR
R1
R2 ≅1
Inorm
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.010
I. Principe de la diffraction intracavité
-0.005
0.000
0.005
Δθ (rd)
0.010
Présentation de l’échantillon
36 µm
Cristal liquide
Substrats en silice
(λ/80)
Miroirs diélectriques
R1 = 0.8
R2 ≅ 1
@ 750 nm
II. Présentation de l’échantillon
a) Propriétés optiques du cristal liquide
ne
Uniaxe positif
no = 1.53 ne = 1.75
 Forte non linearité
 Forte biréfringence :
Phase nématique
Δn = nee-noo = 0.22
Configuration planaire
II. Présentation de l’échantillon
b) Changement d’indice du cristal liquide
ne
EL
θ
EL { ne(θ) }
no
Champ
d’alignement
n e (θ ) =
no ne
Δ n = ne (θ )− ne
n o2 sin 2 (θ ) + n e2 cos 2 (θ )
Δ n = α 2 I op
Effet Kerr Optique
€
II. Présentation de l’échantillon
Inscription optique d’un réseau d’indice
r
K
x
n(x)
Interférences à 2 ondes :
I (x ) = I 0 (1 + m cos[K x ])
k1
θEext
r r
2π
K = k1 − k 2 =
⋅ 2 n sin(θ E )
λE
θE
θE
m=
2 I1I 2
I1 + I 2
k2
2π
λE
Λ=
=
K
2 n sin(θ E )
III. Inscription optique d’un réseau d’indice
€
a) Choix du faisceau d’écriture
Test du filtrage reconfigurable :
Quel faisceau choisir pour créer un réseau d’indice en un temps raisonnable ?
Laser pulsé picoseconde
(YAG
(YAG xx 2,
2, λλ == 532
532 nm,
nm, Δτ
Δτ == 30
30 ps)
ps)
 Le réseau d’indice s’établit en ~ 100 ns *
 Evite des effets thermiques trop importants
(convexion,
(convexion, turbulences,
turbulences, destruction
destruction étendue
étendue du
du CL
CL …)
…)
* R. MacDonald, H.J. Heichler, « Fast Liquid Crystal Optics in Light-Induced Dynamic Gratings », in The Optics of Thermotropic
Liquid Crystals, édité par Steve Elston et Roy Sambles.
I.C. Khoo & al., « Dynamics of picosecond laser-induces density, temperature, and flow-reorientation effects in the mesophases of
liquid crystals », J. Appl. Phys, 69 (7), 1991.
III. Inscription optique d’un réseau d’indice
b) Densité d’énergie nécessaire
Effet non linéaire dans un cristal liquide :
 δn dépend de Iop
E/S ~ 127 mJ/cm2 => δn ~ 10-3
*
E ~ 0.25 mJ => w ~ 250 µm
* R. MacDonald, H.J. Heichler, « Fast Liquid Crystal Optics in Light-Induced Dynamic Gratings », in The Optics of Thermotropic
Liquid Crystals, édité par Steve Elston et Roy Sambles.
III. Inscription optique d’un réseau d’indice
c) Rôle de la polarisation des faisceaux
532 nm
• Molécules orientées selon Oy :
E
⇒ La composante Ey du faisceau
d’écriture doit être non négligeable
EL
750 nm
Ey
• Changement d’indice n e → n e (θ ) < n e
⇒ Polarisation initiale du faisceau de
lecture parallèle aux molécules
€
III. Inscription optique d’un réseau d’indice
Mesure de la finesse du Fabry-Perot
Ti : Saphir
EL
Continu
EL
θ
λ ~ 750 nm
Signal
Fibre optique
+
collimateur
Polariseur
L1
L2
Référence
Transmission = Is / Iref (λ, θ)
IV. Premiers résultats
Fabry-Perot
Finesse du Fabry-Perot
F = ISL / Δλ
Φ = 2 mm
F=4
750
755
760
no
ne > no
765
770
775
780
785
790
λ (nm)
750
755
Φ = 0.1 mm
F = 12
760
765
770 775
λ (nm)
780
785
Mise en évidence
de la biréfringence du CL
750
755
760
765
770
775
780
785
790
λ (nm)
IV. Premiers résultats
Parallélisme du Fabry-Perot
insuffisant
790
Mesure du changement d’indice
Nd :Yag x 2
E
τ = 30 ps
f = 10 Hz
Wp ~ 1 mJ
LH
LV
Référence
du vert
532 nm
E
Ti : Saphir
Continu
P ~ 5 mW
EL
ER
750 nm
Photodiode
à avalanche
Signal
Fibre optique
+
collimateur
Polariseur
L1
L2
Référence
IV. Premiers résultats
Fabry-Perot
à la résonance
Conclusions et perspectives
Mesures :
 Bir
éfringence du CL
Biréfringence
 Finesse du FabryPerot 
élisme insuffisant
Parall
Fabry-Perot
 Parallé
Parallélisme
insuffisant des
des miroirs
miroirs
Réalisations :
 Conditions exp
érimentales nnécessaires
écessaires au ph
énomène
expérimentales
phénomène
 Conception des voies laser pour ll’inscription
’inscription
Pas de changement d’indice dans le CL ?
 Recherche de probl
èmes exp
érimentaux
problèmes
expérimentaux
 Essai de nouvelles voies
Conclusions et perspectives