Effets propagatifs d'impulsions lumineuses femtosecondes dans des tunnels optiques : Le cas des opales artificielles inverses de silice. Le cas de l'évaporation quantique

par Benjamin Thomas

Thèse de doctorat en Optique non-linéaire

Sous la direction de Charles Hirlimann.

Soutenue en 2002

à Strasbourg 1 .


  • Résumé

    Deux exemples de tunnels optiques sont étudiés pour leurs propriétés propagatives par des méthodes femtosecondes. Le premier est un cristal photonique aux propriétés analogues dans le domaine optique à celles des semiconducteurs. Il possède une bande interdite photonique (BIP) empêchant la propagation de photons dont l'énergie est dans cette bande. Le second système est un bi-prisme en réflexion totale. La première partie est consacrée aux opales : empilements de micro-sphères de silice. Chaque phase de l'élaboration est en revue. Une description des proprie��tés des cristaux photoniques est faite pour plusieurs structures. On en déduit que les opales n'ont pas de BIP mais une stop-band inhibant la transmission des photons dont la bande d'énergie dépend de la direction. Les caractéristiques structurelles en relation avec les propriétés spectrales sont abordées par des méthodes microscopiques et optiques. Un dispositif de temps de vol utilisant un fenêtrage temporel par absorption à deux photons a été réalisé pour déterminer les propriétés propagatives d'opales sondées par un continuum. Après correction en fréquence et en temps, on dispose du profil de vitesse de groupe. Il est expliqué par un modèle basé sur la relation de Kramers-Krönig qui permet d'associer la stop-band à un système à deux niveaux photoniques. La dernière partie est dédiée à l'étude de la transposition en optique d'un effet prédit dans les conditions de l'effet tunnel : l'évaporation quantique. Il se manifeste par l'augmentation de la transmission d'un paquet d'onde qui se produit en lui transférant à l'instant de la réflexion une quantité de mouvement. Un bi-prisme en réflexion totale séparé par une lame d'air est utilisé pour reproduire ces conditions. Une technique pompe-sonde simule le transfert de moment par effet Kerr. Après analyse et traitement des effets en compétition, nous obtenons des signaux caractéristiques de l'effet recherché. Ceci constitue une présomption de sa première observation.


  • Résumé

    We present two kinds of optical tunnels. We used femtosecond techniques to study their propagatives properties. The first system is an artificial opal. It is a photonic crystal material (PCM) with properties that are similar to semiconductors' ones in the optical domain. PCMs have a photonic band gap (PBG) that forbids the propagation of photons with energy included in this band. The second system is a biprism in total reflection. The first part of this report is dedicated to opals that are made of ordered layers of silica micro-spheres. Each step of the making-of is explained. We also gave a short description of PCMs for many structures. Consequently, we can say that opals don't have any PBG but a stop-band inhibiting transmission of photons which energy band depends on direction. We related their structural characteristics with their spectral properties thank to microscopic and optical methods. A time-of-flight device has been developed using a time-gated two-photons absorption method in the order to determine propagative properties of opals probed by a spectral continuum. Then, frequency and time corrections are done. Finally, we obtain a profile of group velocity that we describe with a Kramers-König model. It allows to identify stop-band with a photonic two-levels system. The last part concerns a study of an optical transposing of a new effect that has been demonstrated in tunneling conditions : the quantum evaporation effect (QEE). It produces an increase of the transmission of a wave packet that occurs when a small momentum is transferred during its reflection on the barrier. A biprism in total reflection shared by a thin air gap is used to validate its conditions. We improved a pump-probe method to simulate the momentum transfer by the way of Kerr effect. Then, we show an analysis of effects that kill the QEE. After data processing, we measure signals that are characteristic of QEE. This work is a presumption of the first observation of this effect.

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Informations

  • Détails : 174 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 159-174

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2002;4002
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