Etude de la diffusion optique non linéaire et de sa contribution à la limitation

Nonlinear light scattering in a two component medium : optical limiting application

• Auteur / Autrice : Valérie Joudrier
• Direction : Christos Flytzanis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dan B. Ostrowsky, François Hache, Pierre Bourdon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Albert-Claude Boccara, Georg Maret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Diffusion (physique)

Milieux hétérogènes (physique)

Ondes électromagnétiques

Résumé

Les protections de systèmes d'observation dites auto-activées utilisent les propriétés optiques non linéaires de la matière pour limiter l'intensité transmise par le système, lors d'impulsions laser intenses nanosecondes. Parmi les principaux effets de l'intéraction matière-rayonnement utiles à cette limitation, se trouve une propriété encore peu utilisée dans ce domaine d'application : la diffusion optique non linéaire. La présente étude a pour objet l'élaboration et la caractérisation, a la fois expérimentale et théorique, d'un nouveau type de matériau utilisant, pour la protection, la diffusion par désadaptation d'indice. Le principe repose en effet sur un matériau constitue de deux composants (ici un milieu contenant des particules sphériques en inclusion) rendus optiquement homogènes par accord d'indice, et devenant diffusant du fait des non linéarités induites a haute énergie. Expérimentalement, après la synthèse chimique du matériau, l'étude de la limitation a proprement parler permet de montrer la diffusion non linéaire a l'origine de l'effet observe. Des expériences supplémentaires viennent ensuite compléter la caractérisation de cette diffusion. Ainsi, la mesure des lobes de diffusion définit la répartition spatiale de l'énergie diffusée. Une expérience utilisant une sphère intégrante permet l'estimation de la quantité totale d'énergie perdue par diffusion. Enfin, la dynamique des différents phénomènes mis en jeu dans le processus de diffusion non linéaire est déterminée au moyen d'une expérience pompe-sonde. Un modèle théorique simple de la propagation en régime non linéaire a été développé. Il permet de simuler l'influence sur la limitation des paramètres constituant le matériau (notamment lorsqu'elle est maximale), mais surtout d'avoir une première estimation des non-linéarités suscitées, par confrontation avec les résultats expérimentaux obtenus. D'autres vérifications théoriques indispensables viennent ensuite compléter cette évaluation, suivie par l'interprétation des lobes de diffusion et des résultats de la sphère intégrante. Dans tous les cas, ils permettent d'établir de nouvelles hypothèses sur l'origine des non-linéarités présentes, en quantifiant l'importance relative des différents phénomènes mis en jeu dans le processus de diffusion non linéaire.