L'optique non linéaire est née avec le laser
En focalisant le faisceau de couleur rouge d'un laser sur un cristal de quartz on obtient un rayonnement bleu dont la longueur d'onde est exactement la moitié de celle de la lumière incidente
Dans un milieu naturel,un champ électrique induit des dipôles électrique qu'on décrit globalement par une densité volumique de dipôle c'est à dire une polarisation
Pour des champs électrique faibles ces dipôles sont proportionnel au champ électrique appliqué,pour des champs plus intense des écarts apparaissent
Imaginons que le champ électrique soit celui d'une onde de fréquence w
Tant que ce champ est faible,les dipôles électriques induites oscillent à la même fréquence et l'onde est a la même fréquence
lorsque l'onde lumineuse est plus intense elle oscille aussi à 2w et la fréquence nouvelle est de 2w moitie de la longueur d'onde incidente
Il faut donc opérer dans un milieu non centrosymetrique et pou améliorer l'efficacité les champs des dipoles doit être en phase et se propager à la même vitesse c'est a dire a la même indice optique du matériau
Outre la génération de nouvelle fréquence,l'optique non linéaire induit a d'autre effet spectaculaires.
Dans un milieu linéaire une onde lumineuse,de pulsation et d'amplitude donnée génère des dipôles électrique,c'est a dire une polarisation qui oscille à la même fréquences, l'indice optique du milieu à une fréquence n
Si le milieu est non linéaire et possède une susceptibilité d'ordre 3 la polarisation oscillante à la même fréquence que le champ incident est corrigé par un terme non linéaire,en général faible de sorte que l'indice optique n du milieu dépend de l'intensité lumineuse I et n=n0+n2I
n2 est proportionnel à une susceptibilité d'ordre 3 Ce phénomène est connu sous l'effet Kerr optique
Supposons que le faisceau est plus intense au centre qu'a ses bords il se comporte comme une lentille convergente. Ce processus d'autofocalisation peut être contrarié par la diffraction,dans un milieu non linéaire épais,la section du faisceau se stabilise lorsque les deux effet se compensent
Le faisceau est transformé en un ou plusieurs filament interprété comme une fibre optique considéré comme "soliton spatial" qui se propage sans déformation au cours du temps.
En utilisant une cavité de "Fabry-Perot" constituée de deux miroirs semi réfléchissants et contenant un milieu de kerr,supposons que la fréquence du faisceau incident soit choisie légèrement inférieur à la fréquence de résonance on a une très faible intensité incidente, lorsque l'intensité du faisceau augmente on s'approche de la résonance,la transmission du dispositif s'élève de sorte que la puissance du faisceau transmis croit plus rapidement que le faisceau incident on a donc crée un transistor optique
Faisons que la fréquence du rayonnement soit très écarte de la fréquence de la cavité le système devient bistable ,en augmentant l'intensité du rayon on atteint la résonance d'où transmission si non il y a une faible transmission
ce phénomène connaît une hysteresis d'où possibilité de mémoire optique car cette hysteresis depend de la valeur subit au par avant.
le miroir à conjugaison de phase
le plus original est sans doute le miroir à" conjugaison de phase" c'est un simple milieu non linéaire possédant une susceptibilité non linéaire d'ordre 3,qui est soumis à trois faisceaux différents tous de même fréquence w
Deux faisceaux pompe de directions opposées et un faisceau sonde,cette répartition de dipôles va rayonner une fréquence préférentiellement dans la direction opposée à celle de l'onde sonde,c'est l'onde réfléchie par le miroir,l'amplitude de cette onde est proportionnelle au complexe conjuguée de celle de l'onde incidente,d'où le nom de conjugaison de phase
Notons que l'onde conjuguée a la même dépendances spatiales et temporelle que l'onde sonde,à condition d'inverser le signe du temps.
en d'autre termes,l'onde conjuguée se comporte comme l'onde sonde,suivant le même parcours,mais en sens inverse puisqu'elle "remonte le temps"
Supposons que l'onde initialement plane,ai traversé un objet transparent qui déforme son front d'onde,a sa création,l'onde conjuguée présente le même front d'onde que l'onde sonde avant d'aborder cet objet et elle redevient plane.
Ce comportement est diffèrent pour un miroir normal métallique dans ce cas la déformation du front d'onde est doublée lors du second passage de l'onde réfléchie à travers l'objet transparent.