Article

Singular topology of optical absorption in biaxial crystals

Institut Néel CNRS/UJF, 25 rue des Martyrs, BP 166, F38402 Grenoble Cedex 9 France.
Optics Express (Impact Factor: 3.53). 10/2009; 17(22):19868-73. DOI: 10.1364/OE.17.019868
Source: PubMed

ABSTRACT We show for the first time that biaxial crystals exhibit continua of directions of propagation where the absorption coefficient is the same for the two associated polarization modes. This statement is supported by both calculations and experimental data obtained in Nd:YCOB.

0 Followers
 · 
75 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Ce travail de thèse concerne de nouveaux développements fondamentaux en optique cristalline linéaire et non linéaire des milieux biaxes. Il s'agit de l'étude de la distribution angulaire du coefficient d'absorption en lumière polarisée d'une part, et de l'auto-doublage de fréquence d'autre part, cette dernière propriété combinant à la fois l'effet laser et la génération de second harmonique dans le même cristal. Ces deux aspects ont été abordés avec le cristal biaxe monoclinique Ca4YO(BO3)3 dopé avec des ions Nd3+ (YCOB : Nd) et usiné en forme de sphère. Grâce à l'étude de la distribution angulaire de l'absorption dans le plan miroir de YCOB : Nd, nous avons montré, pour la première fois à notre connaissance, que dans un cristal monoclinique l'angle entre le repère d'absorption et le repère diélectrique dépend fortement de la transition électronique considérée. Ce résultat fondamental, propre aux cristaux monocliniques et tricliniques, a des conséquences pratiques importantes : en effet, il sera nécessaire de connaître l'orientation du repère d'absorption ou de fluorescence pour chaque longueur d'onde considérée lorsqu'il s'agira de concevoir un laser à partir d'un cristal monoclinique ou triclinique. La mesure de la distribution angulaire de l'absorption dans toutes directions de YCOB : Nd a montré que la topologie correspondante est décrite par deux nappes relatives aux deux modes de polarisation, nappes qui sont en contact selon des lignes continues définissant ainsi un continuum de directions pour lesquelles l'absorption ne dépend pas de la polarisation. Ces directions particulières pourraient trouver un intérêt dans le cadre de la gestion de la thermique vis-à-vis de l'absorption. Ces résultats sont totalement originaux et sont généralisables à tout cristal biaxe, qu'il soit orthorhombique, monoclinique ou triclinique. Conscients de la complexité d'optimiser à la fois les propriétés d'absorption, de fluorescence et d'accord de phase, nous avons conçu une méthode de caractérisation directe des propriétés d'autodoublage de fréquence, le cristal étudié étant usiné en forme de sphère puis placé entre deux miroirs. Dans ces conditions, nous avons montré qu'il est possible de mesurer directement toutes les directions d'accord de phase d'autodoublage de fréquence avec un seul échantillon du cristal à l'étude. C'est aussi la première démonstration, à notre connaissance, d'un laser dont le milieu à gain est sphérique.
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: We numerically depict the complete angular distributions of luminescence and absorption properties in biaxial media, by calculating the imaginary part of the optical index for all directions of propagation. Our simulations show a double-layer surface with specific topology and symmetry properties that greatly differ from those of the refractive index surface. Our calculations show that the two layers intersect and inverse themselves along continuous loci related to polarization-independent luminescence or absorption properties. Specificities related to the orthorhombic, monoclinic and triclinic biaxial crystal systems are discussed. Such theoretical developments should be considered to fully exploit innovating luminescent materials.
    Materials 04/2010; DOI:10.3390/ma3042474 · 1.88 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: We have determined the angular distribution of the fluorescence at 1051 nm wavelength of the Nd3+-doped monoclinic La2CaB10O19 crystal, originating from Nd3+ ions located in the regular La3+ sites, for extraordinary polarization in the XZ principal plane. We have found that the highest emission intensity does not occurs the Z-axis direction but in a −7.1° around the Y = b-axis rotated direction. With a one-pump cavity we obtained simultaneous lasing at 1051 and 1069 nm in X and Z-polarizations from Nd3+ ions located in La3+ and Ca2+ sites, respectively. In the active Q-switch regime the two laser pulses are always simultaneous. With a two-pump setup based on an optical bifurcated fiber we obtained also simultaneous lasing at 1051 and 1069 nm. The relative power of the two laser channels is tuneable with the help of a beam-splitter. An adequate value of the relative pump power of the two channels leads to simultaneous pulses in the active Q-switch regime.
    Journal of Applied Physics 10/2010; 108(9):093101-093101-5. DOI:10.1063/1.3503237 · 2.19 Impact Factor