Études des propriétés optiques non-linéaires des cristaux liquides chiraux

Nonlinear optical studies of chiral liquid crystals

• Auteur / Autrice : Dong Wei
• Direction : Stefania Residori, Zhiping Cai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nice en cotutelle avec Université de Xiamen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conjugaison de phase (optique)

Isomérisation

Systèmes non linéaires

Chiralité

Cristaux liquides

Résumé

Lorsqu’ils sont dopés avec une petite quantité de colorant du type azo-benzene, les cristaux liquides nématiques montrent des grandes linéarités optiques. Dans notre système, les colorants sont hébergés dans une structure nématique chirale, où la distribution hélicoïdale des molécules du cristal liquide inhibe la réorientation optique, tout en laissant aux colorants la possibilité de subir des changements de leur conformation moléculaire sous irradiation laser. Pendant les processus de mélange d’ondes, la photo-isomérisation des colorants, avec le changement de la forme trans à la forme cis, fournit un mécanisme pour l’excitation cohérente d’une résonance de population. En correspondance, une modulation d’absorption est induite dans le milieu. Dans le Chapitre 1, une description générale de cristaux liquides est introduite. Dans le Chapitre 2, nous décrivons les principaux processus pour réaliser les échantillons de cristal liquide employés dans notre étude, ainsi que les différents mélanges de cristaux liquides utilisés et leurs propriétés. Dans le Chapitre 3, nous développons le modèle théorique qui décrit les populations photo-induites d’isomères et les caractéristiques qui en dérivent pour la dispersion du milieu. Dans les chapitres 4 et 5, nous proposons un nouveau mécanisme pour le ralentissement et le stockage des impulsions de lumière, qui est basé sur la création d’une fenêtre de transparence induite par la photo-isomérisation des colorants. Enfin, dans le Chapitre 6, nous montrons que l’on peut obtenir simultanément la conjugaison de phase optique et la lumière lente grâce à un processus de mélange à quatre ondes.

Nematic liquid crystals exhibit large optical nonlinearities when doped with small amount azo-dyes. In our system, the azo-dyes are hosted in a chiral structure, where the helical distribution of the liquid crystal molecules inhibits optically induced reorientation phenomena, while letting the azo-dye molecules to undergo conformational changes under laser irradiation. In the wave-mixing processes, the photo-isomerization of the dyes, with the change from the trans to the cis molecular shape, provides a mechanism for coherent resonance population excitation. Correspondingly, a modulation of the absorption is induced in the medium. In Chapter 1, a general description of liquid crystals is introduced. In Chapter 2, we describe the main process for preparing the liquid crystal cells used in our study, and introduce the different liquid crystal mixtures used and their properties. In Chapter 3, we develop the theoretical model that describes the photo-induced isomer populations and the consequent dispersion characteristics of the medium. In Chapters 4 and 5 we propose a novel mechanism for slowing and storing light pulses, which is based on the photo-isomerization induced transparency of the azo-dye molecules. Finally, in Chapter 6, it is shown that optical phase-conjugation and slow-light are simultaneously obtained in dye-doped chiral nematics via degenerate four-wave mixing.