L’extension des structures de faisceau laser promet de nouvelles applications laser. L’exploration de la façon dont les structures de faisceau changent au cours des processus de conversion de fréquence non linéaire a suscité un intérêt croissant ces dernières années. La conversion non linéaire est une excellente voie pour la génération de faisceaux structurés et représente un domaine hybride en pleine croissance pour les chercheurs en optique non linéaire et en technologie laser, ainsi que le domaine émergent de la technologie de régulation du champ lumineux.
Pour la génération de faisceaux structurés et la conversion de fréquence non linéaire, les chercheurs ont pris en compte à la fois l’oscillation intracavité et la modulation spatiale de la cavité externe. Pour obtenir des sorties flexibles, des modulateurs spatiaux de lumière peuvent être utilisés pour obtenir des faisceaux structurés à l’intérieur et à l’extérieur de la cavité laser. Mais c’est une méthode indirecte et inefficace. La génération de fréquence non linéaire intracavité de faisceaux structurés offre une méthode directe et efficace qui n’a été que rarement étudiée, jusqu’à récemment.
A l’intérieur d’une cavité laser, un effet dit de « verrouillage en mode transverse » (TML) permet la génération directe des faisceaux vortex ou vortex optiques à partir d’une cavité laser. On sait que les lasers à puce à semi-conducteurs et les VCSEL peuvent produire des sorties assez similaires de modèles de faisceaux TML dans des conditions de pompage à grand nombre de Fresnel. Les motifs transversaux complexes formés par l’effet TML, généralement composés de différents modes de base avec différents coefficients de poids et différentes phases de verrouillage, permettent d’obtenir une information spatiale abondante dans les modes de fréquence fondamentale. La conversion de fréquence non linéaire de ces faisceaux TML générés directement est d’un grand intérêt, mais pas encore bien étudiée.
Comme rapporté dans Photonique avancée, des chercheurs de l’Institut de technologie de Pékin, de l’Université Tsinghua et de l’Université d’État de l’Arizona ont récemment étudié la génération de deuxième harmonique (SHG) intracavité de divers faisceaux laser à commutation Q passive dans les états TML. Ils ont analysé le principe de transformation et de propagation du champ électrique du SHG du mode TML, prédisant avec précision les modèles de faisceaux complexes de champ lointain du faisceau SHG, de la fréquence fondamentale et des modes transversaux. Les faisceaux TML structurés et leurs faisceaux SHG sont générés simultanément par une cavité laser à micropuce de type sandwich qui est passivement déclenchée. L’équipe a observé de nombreux modèles de faisceaux de champ lointain SHG rares et leurs expériences ont montré un bon accord avec les simulations.
L’étude montre que la variation paramétrique (en particulier la différence de phase des modes de fréquence fondamentale) pour les modes TML modifie considérablement les modèles de faisceau en champ lointain du faisceau SHG. Les modèles de faisceau SHG générés varient avec la propagation, de la taille du faisceau à plusieurs fois la longueur de Rayleigh, puis ils restent stables dans le champ lointain. On a observé que les modèles de faisceau SHG avaient des caractéristiques structurelles plus évidentes que celles du faisceau de fréquence fondamentale.
La génération de modes laser TML, en particulier ceux à conversion de fréquence, ouvre de nouvelles voies intrigantes pour obtenir divers faisceaux structurés avec une méthode directe intracavité. Ces travaux contribueront à faire progresser les applications futures des faisceaux structurés, en particulier dans l’impression 3D optique, le piégeage optique de particules et les domaines de communication optique en espace libre.
Zilong Zhang et al, Génération de deuxième harmonique de faisceaux laser dans des états de verrouillage en mode transversal, Photonique avancée (2022). DOI : 10.1117/1.AP.4.2.026002