Un oscillateur paramétrique optique (OPO) est une source de la lumière cohérente et monochromatique. À partir d'une onde laser de pompe de fréquence ωp, un OPO produit deux ondes de fréquences inférieures : le signal à ωs et le complémentaire à ωc (parfois appelé idler). La conservation de l'énergie impose que ωp = ωs+ωc. La conversion de fréquence de la pompe vers les deux ondes générées se fait au travers d'une interaction optique non linéaire. La lumière émise par les OPO peut s'étendre de l'ultraviolet au lointain infrarouge, de façon continue ou selon des impulsions de durées variables (de la microseconde à la femtoseconde). Les OPO sont principalement utilisés pour produire des longueurs d'onde là où les lasers font défaut, où lorsqu'une très grande accordabilité est nécessaire.
Un OPO est constitué de deux éléments essentiels :
un milieu non-linéaire, à l'origine de la conversion de fréquence effectuée par l'OPO. Ce milieu créé un gain non-linéaire pour les ondes signal et complémentaire. Ce milieu est souvent un cristal non-linéaire, comme le niobate de lithium.
une cavité optique, généralement constituée de deux miroirs hautement réfléchissants (dans le cas continu) situés de part et d'autre du milieu amplificateur. Le rôle de la cavité optique est de faire osciller le rayonnement, et donc de permettre son amplification par passages successifs dans le milieu non-linéaire. D'autre part, cette cavité introduit nécessairement des pertes pour les ondes oscillantes.
Une des caractéristiques principales d'un OPO est son accordabilité. En effet, les fréquences des ondes générées peuvent être ajustées de manière continue en changeant l'accord de phase entre les trois ondes. En pratique, cela revient à tourner un cristal non-linéaire autour d'un axe particulier, ou bien à changer sa température.
Une autre caractéristique particulière des OPO est la cohérence et la largeur spectrale des ondes générées. En effet, un OPO ne peut être pompé que par un faisceau optique cohérent, en pratique celui d'un laser ou d'un autre OPO, et le transfert d'énergie se fait de façon instantanée. La pompe transfère donc une partie de sa phase et de ses caractéristiques spectrales aux ondes générées. Dans un OPO simplement résonnant, l'onde qui oscille peut ainsi posséder une largeur spectrale très fine (quelques kHz), les impuretés étant transmises à la deuxième onde. D'autre part, en dessous ou près du seuil d'oscillation, les ondes générées ont des propriétés quantiques intéressantes...
Les OPO sont souvent utilisés pour produire des longueurs d'onde inaccessibles avec les lasers existants, en particulier dans l'infrarouge moyen (vers 4 μm) ou lointain (vers 10 μm). Les OPO sont également intéressants lorsque la longueur d'onde doit pouvoir être changée en temps réel sur une large gamme (10 nm ou plus).
L'OPO de COHERENT est le model XPO-UV issus du laser COHERENT INFINITY qui permet d'obtenir toutes les longueurs d'onde entre 210 et 600nm en le pompant avec du 337nm issus d'un laser à azote de 1 MW. Le moteur linéaire encodé (ORIEL) permet de varier l'angle du BBO aisi que des miroirs formant une cavité à double passage au moyen du système complexe de biellettes. Cette expérience se fera bientôt !
