Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1229-1238 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220100122900

Amplification et émission paramétriques à l'échelle subpicoseconde dans un cristal organique : - application à la spectroscopie infra-rouge

J. Zyss¹, I. Ledoux¹, J. Badan¹, J.L. Oudar¹, J. Etchepare², D. Hulin², A. Migus² et A. Antonnetti<sup>2

1</sup>  Centre National d'Etudes des Télécommunications (LA CNRS 250), 196, avenue Henri-Ravera, 92220 Bagneux, France
²  Laboratoire d'Optique Appliquée, Ecole Polytechnique - ENSTA, 91120 Palaiseau, France

Abstract
High peak power subpicosecond optical pulses have been generated by parametric amplification of a white light femtosecond continuum in a new organic crystal, N-(4-nitrophenyl)-L-prolinol (NPP). The relation between this observation and the structural properties, both at microscopic and macroscopic levels of NPP are exposed. Special emphasis is put on the renewal of the traditional concept of non-critical phase-matching in view of the present requirements linked to the observation of ultrafast subpicosecond nonlinear phenomena. The notions of θ-non critical and λ-non critical phase-matching together with their implications are exposed. A new method for time-resolved luminescence spectroscopy with subpicosecond resolution is simply derived as an extension of the NPP nonlinear measurement set-up where a previously used infra-red emitting continuum water cell is simply replaced by any sample of interest with luminescence in the 1.0-1.6 μm range. This new technique, defined as PASS, a tag for Parametric Amplification and Sampling Spectroscopy, is demonstrated at 1.44 μm in a InGaAs-InAlAs multiple quantum well structure. The future of nonlinear organic materials in infra-red optical signal processing systems is briefly discussed in conclusion.

Résumé
Des impulsions optiques de forte puissance crête et de durée inférieure à la picoseconde sont obtenues par amplification paramétrique d'un continuum de lumière blanche dans un nouveau cristal organique, le NPP (pour N-(4-nitrophényl)-(L)-prolinol). Un lien est établi entre ce phénomène et les propriétés, tant microscopiques que macroscopiques, du NPP. La nécessité d'une révision du concept et de la terminologie traditionnels d'« accord de phase non critique » est démontrée au vu des contraintes spatiotemporelles qu'impose l'observation d'effets non linéaires en régime impulsionnel ultra-rapide. C'est ainsi que sont dégagées les notions mieux adaptées au présent contexte d'« accord de phase λ-non critique » et ses implications discutées. Une nouvelle méthode spectroscopique autorisant une résolution temporelle inférieure à la picoseconde est issue du dispositif de mesure du NPP précédemment utilisé : la cellule d'eau émettant le continuum est simplement remplacée par l'échantillon dont la luminescence peut être étudiée dans l'intervalle 1,0-1,6 μm. Cette technique nouvelle appelée PASS (pour l'anglais « Parametric Amplification and Sampling Spectroscopy »), est appliquée à l'étude d'une structure de type « Puits Quantique Multiple » à 1,44 μm. L'utilisation future de matériaux organiques dans des dispositifs de traitement du signal infra-rouge est évoquée en conclusion.

PACS
4265K - Optical harmonic generation, frequency conversion, parametric oscillation and amplification.
4280W - Ultrafast optical techniques.
7830J - Infrared and Raman spectra in organic crystals.
7847 - Ultrafast optical measurements in condensed matter.
7855K - Photoluminescence in organic materials.

Key words
aluminium compounds -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- indium compounds -- infrared spectra of organic molecules and substances -- luminescence of organic solids -- optical parametric amplifiers -- organic compounds -- semiconductor superlattices -- time resolved spectra -- semiconductor -- parametric emission -- subpicosecond time resolution -- organic crystal -- infra red spectroscopy -- subpicosecond optical pulses -- parametric amplification -- N 4 nitrophenyl L prolinol -- NPP -- structural properties -- noncritical phase matching -- ultrafast subpicosecond nonlinear phenomena -- time resolved luminescence spectroscopy -- PASS -- parametric amplification and sampling spectroscopy -- infra red optical signal processing systems -- 1.44 micron -- InGaAs InAlAs multiple quantum well structure