OPTIQUE NON LINÉAIRE
INTÉRÊT ET APPLICATIONS DES SEMICONDUCTEURS EN OPTIQUE NON LINÉAIRE

Résumé
Les semiconducteurs ont joué un rôle important dans le développement de l'optique non linéaire. On montre que l'étude théorique et expérimentale de ces matériaux à grandement contribué à la meilleure compréhension de l'origine et de la nature des non-linéarités optiques en examinant comment ont été élaborées les principales théories des susceptibilités non linéaires du deuxième ordre. On distingue trois sortes de modèles : les modèles basés sur le formalisme des bandes, les modèles moléculaires et les modèles simplifiés issus de la théorie diélectrique de Phillips et Van Vechten. Dans chaque cas, les hypothèses sont précisées et les résultats théoriques confrontés avec les valeurs expérimentales. La décomposition d'un cristal en liaisons indépendantes est une bonne approximation pour les semiconducteurs à structure tétraédrique ; elle peut être généralisée à l'étude d'autres familles de matériaux. Elle permet d'autre part de mieux interpréter les phénomènes optiques non linéaires en fonction des propriétés physiques et chimiques des cristaux. On examine brièvement les possibilités offertes par les semiconducteurs à grande bande interdite pour la réalisation de mélangeurs de fréquences ou d'oscillateurs paramétriques et on envisage l'emploi de quelques matériaux nouveaux, notamment les composés ternaires. En raison des problèmes posés par la condition d'accord de phase, la situation apparaît sensiblement différente pour les applications des interactions paramétriques de volume et pour les dispositifs faisant intervenir des guides de lumière.

Abstract
Semiconductors are an important class of materials for nonlinear optics. This paper aims to demonstrate the considerable contribution made by studying theoretically and experimentally the nonlinear susceptibilities of wide band gap semiconductors in understanding the origin of optical nonlinear phenomena and their relations with other physical and chemical properties. The attention is restricted to the lowest order optical nonlinear susceptibilities in the electric dipole approximation. A short review is made of the numerous theoretical models which are divided in three groups. The energy-band models, the molecular models and the models based on the Phillips-Van Vechten dielectric theory are consecutively considered and compared to experiment. It is shown that the decomposition of a crystal in independent bonds has been successfully applied for tetrahedrally coordinated semiconductors and can be extended to other classes of materials. Use of wide band gap semiconductors in frequency mixers or optical parametric oscillators is briefly discussed with special attention to new materials such as ternary compounds. As a consequence of phase matching conditions, nonlinear interactions in optical waveguides have to be considered separately.