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Effet non linéaire dû à la pression de radiation
par - 26 janvier 2009
Si on tient compte de l’effet de la pression de radiation sur le miroir mobile dans la cavité, le désaccord entre la fréquence du laser et la fréquence de résonance de la cavité dépend de l’intensité intracavité. Ceci a des conséquences importantes sur l’état stationnaire du champ dans la cavité : pour une intensité incidente suffisante, le système devient bistable.
Cet effet peut se comprendre de la façon suivante. Supposons qu’on augmente de façon régulière la fréquence du laser incident sur la cavité, de façon à s’approcher de la résonance, obtenue pour un désaccord nul. L’intensité intracavité augmente quand on commence à parcourir le pic d’Airy. Le miroir mobile recule alors sous l’effet de la pression de radiation, ce qui allonge la cavité et diminue sa fréquence de résonance : la résonance vient alors au devant de la fréquence du laser, si bien qu’on observe un flanc montant beaucoup plus raide que pour le pic d’Airy habituel. Inversement, une fois la résonance dépassée, la pression de radiation sur le miroir diminue, ce qui augmente la fréquence de résonance de la cavité, qui a alors tendance à suivre celle du laser : le flanc descendant est alors beaucoup moins pentu.
A partir d’une valeur seuil pour l’intensité incidente, le pic d’Airy est suffisamment incliné pour qu’il existe, pour certaines valeurs du désaccord, plusieurs points de fonctionnement de la cavité, qui devient alors bistable.
Evolution de l’intensité intracavité quand on fait varier le désaccord entre le laser et la résonance de la cavité. Le pic d’Airy habituel (en pointillés) est déformé sous l’effet de la pression de radiation qu’exerce le champ sur le miroir mobile. A partir d’une certaine valeur de l’intensité, il peut exister plusieurs états d’équilibre (plusieurs valeurs possibles de l’intensité intracavité pour certaines valeurs du désaccord) : la cavité devient bistable.
Le champ étant sensible à la longueur optique de la cavité, on a ici l’équivalent d’une cavité contenant un milieu non linéaire comme des atomes froids, la non linéarité portant ici sur la longueur physique de la cavité, et non sur l’indice du milieu. Ce couplage optomécanique entre la longueur physique de la cavité et la lumière est de nature extrêmement fondamentale, mais dans la plupart des situations expérimentales, la non linéarité associée est beaucoup plus faible que celle obtenue avec des milieux atomiques.
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