L'optique non-linéaire regroupe l'ensemble des phénomènes optiques se produisant lorsque la réponse du milieu d'interêt cesse d'être linéaire avec le champ électrique de la lumière.

=Réponse d'un matériau à l'exitation optique= Lorsqu'un matériau est éclairé par une onde lumineuse, sa réponse va avoir pour conséquence de modifier la polarisation du champ lumineux. Cette polarisation s'écrit sous la forme :

$P(E)=\backslash epsilon\_0\; \backslash chi(E)\; E\; \backslash ,$
où :

• P est la polarisation,
• $\backslash epsilon\_0\backslash ,$ est la permittivité électrique du vide,|
• $\backslash chi(E)\backslash ,$ est le tenseur de susceptibilité,
• E est le champ électrique (champ lumineux).

D'une manière générale, l'expression de la polarisation peut s'écrire, par développement du tenseur, sous la forme :

$P(E)=\backslash epsilon\_0\; \backslash left(\{\backslash chi^\{(1)\}E+\backslash chi^\{(2)\}E^2+\backslash chi^\{(3)\}E^3+\backslash ldots\}\backslash right)\; \backslash ,$
Le terme noté 1 correspond à l'optique linéaire, les autres correspondent à l'optique non-linéaire.

=Classification des effets non-linéaires= En fonction des matériaux utilisés, et donc des termes entrant en jeux dans l'expression de la polarisation, on classe les effets non-linéaires suivant leur ordre.

Effet du premier ordre

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Il s'agit de l'optique linéaire classique.

Effet du second ordre

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On peut notamment citer les effets suivants :

• Génération de la fréquence somme, dont un cas particulier est la génération de seconde harmonique (Lasers doublés en fréquence),
• Mélange paramétrique (Oscillateur paramétrique optique),
• Effet Pockels (modulation de la lumière).

Effet du troisième ordre

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On peut citer les effets suivants :

• Mélange paramétrique à quatre ondes, dont un cas particulier est la génération de troisième harmonique (laser UV),
• La diffusion Raman et Brillouin,
• L'effet Kerr.

=Quelques dispositifs nés de l'optique non-linéaire=

• Oscillateur Paramétrique Optique
• Amplificateur Paramétrique Optique
• Cristal doubleur de fréquence

=Matériaux non-linéaires utilisés pour la génération de seconde harmonique=

Voici quelques matériaux non-linéaires utilisés pour doubler la fréquence de la lumière fondamentale de certains lasers:

• Lumière fondamentale à 806 nm : LiIO₃.
• Lumière fondamentale à 860 nm : KNbO₃.
• Lumière fondamentale à 980 nm : KNbO₃.
• Lumière fondamentale à 1064 nm : KDP (KH₂PO₄), LBO (LiB₃O₅), CLBO (CsLiB₆O₁₀) et BBO (β-BaB₂O₄).
• Lumière fondamentale à 1319 nm : KNbO₃, BBO (β-BaB₂O₄), KDP (KH₂PO₄), LiIO₃, LiNbO₃, et KTP (KTiOPO₄).

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