Thèse soutenue

Propagation non-linéaire des impulsions laser femtosecondes dans la silice

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Auteur / Autrice : Lionel Sudrie
Direction : André Mysyrowicz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique. Optique et photonique
Date : Soutenance en 2002
Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

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Résumé

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L'objet de cette thèse est l'étude de la propagation des impulsions laser femtosecondes dans les solides transparents. La courte durée de ces impulsions (quelques 10-̂15 à quelques 10-̂13 s) fournit de hautes intensités lumineuses pour des énergies modestes. Lorsqu'elles traversent un milieu transparent, ces fortes intensités laser induisent des non-linéarités importantes qui affectent la propagation de l'impulsion. Ces non-linéarités peuvent conduire à une propagation auto-guidée des impulsions laser avec de hautes intensités sur de longues distances. Cette propagation est appelée filamentation laser. En focalisant des impulsions de 2 mJ, 160 fs et de longueur d'onde centrale 800 nm, j'ai formé une filamentation laser dans un échantillon de silice de 2 cm. L'étude expérimentale de cette propagation non-linéaire est la première caractérisation précise et complète d'un filament dans un milieu solide transparent. La comparaison des résultats expérimentaux à ceux d'un code numérique a permis de montrer que la filamentation laser peut avoir lieu dans les milieux solides de la même manière que dans les gaz. L'équilibre entre l'autofocalisation par effet Kerr et la défocalisation par le plasma est l'origine de la filamentation. La défocalisation limite l'intensité laser et évite l'endommagement de l'échantillon. Cette étroite relation entre propagation et endommagement m'a amené à considérer la propagation d'impulsions plus fortement focalisées à l'intérieur de la silice. Ce type de propagation conduit à des densités électroniques élevées qui induisent des dommages irréversibles. Le parallèle entre les résultats numériques et expérimentaux permet de préciser les conditions d'apparition des dommages tout en donnant des quantités physiques inaccessibles expérimentalement. J'ai aussi observé dans la silice un nouveau type de modifications avec une forte biréfringence. Comme application j'ai fabriqué des éléments optiques comme des guides d'onde et des réseaux de diffraction.