Nanosecond laser damage investigation in nonlinear crystals

Etude de l'endommagement laser dans les cristaux non linéaires en régime nanoseconde

Anne Hildenbrand (1)

1 FRESNEL - Institut FRESNEL

Lasers become more and more powerful and compact. This raises laser induced damage issues in optical components, especially in nonlinear crystals. This thesis deals with nanosecond laser damage investigations in nonlinear crystals used for frequency conversion (KTP, KDP LBO) and electro-optic applications (RTP, KDP). First, due to nonlinear and anisotropic effects of the crystals, the development of a metrology dedicated to laser damage studies of crystals was necessary. This metrology was then applied to the study of KTP and RTP isomorphous crystals, and LBO crystals. The influence of many parameters on the laser damage resistance, such as wavelength, polarization and crystal orientation, was studied allowing a better understanding of the laser damage phenomena in these crystals. Moreover, laser induced damage characterization was realized on these crystals with a high number of shots and in the real operating conditions, showing that the laser damage threshold of the component depends on its use. For example, the coexistence of multiple wavelengths inside the crystal takes a great part in the damage phenomena.

L'émergence de lasers de plus en plus puissants et compacts et le développement de leurs applications engendrent des problèmes de tenue au flux des composants optiques et tout particulièrement des cristaux non linéaires. Dans ce contexte, cette thèse s'attache à l'étude de l'endommagement laser en régime nanoseconde dans les cristaux non linéaires utilisés principalement pour la conversion de fréquence (KTP, KDP, LBO) et les applications électro-optiques (RTP, KDP). Les effets spécifiques aux cristaux liés à leur anisotropie et leurs non linéarités ont imposé le développement d'une métrologie de l'endommagement laser adaptée. Cette métrologie a ensuite été appliquée à l'étude détaillée des cristaux isomorphes de KTP et RTP, et du cristal de LBO. L'influence sur leur tenue au flux laser de multiples paramètres, tels que la longueur d'onde d'irradiation, la polarisation, la direction de coupe du cristal, a pu être étudiée permettant de mieux comprendre les mécanismes responsables de l'endommagement laser dans ces cristaux. L'importance de la caractérisation de la tenue au flux laser de ces cristaux sous irradiation multiple et dans leurs conditions fonctionnelles d'utilisation a été mise en évidence. Par exemple, la coexistence de plusieurs longueurs d'onde au sein du matériau modifie de façon importante la tenue au flux laser du composant

Mots clés: Laser damage; metrology; nonlinear crystals; KDP; silica; <br />optical coating; second harmonic generation (SHG)

Mots clés: Endommagement laser; métrologie; cristaux non linéaires; KTP; RTP; LBO; <br />KDP; silice; couches minces; génération de seconde harmonique

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]; Physique [physics]

Anne Hildenbrand. Etude de l'endommagement laser dans les cristaux non linéaires en régime nanoseconde. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00411083⟩