Solitons spatiaux et vortex optiques dans les cristaux liquides nématiques

Spatial solitons and optical vortices in nematic liquid crystals

• Auteur / Autrice : Raouf Barboza
• Direction : Stefania Residori, Gaetano Assanto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/06/2013
• Etablissement(s) : Nice en cotutelle avec Università degli studi Roma Tre
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut non linéaire de Nice - Institut Non Linéaire de Nice Sophia-Antipolis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefania Residori, Gaetano Assanto, Etienne Brasselet, Pasquale Carelli, Giuseppe Schirripa Spagnolo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Brasselet, Pasquale Carelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Solitons

Cristaux liquides

Mots clés libres

Cristaux liquides

Solitons spatiaux optiques

Nématicons

Valves optiques à cristal liquide

Défauts topologiques

Vortex optiques

Singularités de phase

Dynamique des défauts

Liquid crystals

Spatial optical solitons

Nematicons

Liquid crystal light-valves

Topological defects

Optical vortices

Phase singularities

Defect dynamics

Résumé

Les cristaux liquides ont été tout le long un terrain fertile pour la recherche scientifique, des mathématiques à la science des matériaux, à l'optique. Leur utilisation ne se limite pas seulement à l'optique d'afficheurs mais s'étend à l'optique non linéaire, par exemple, à la commutation et au routage de faisceaux optiques. En raison de leur extrême sensibilité aux champs électriques, et ce sur une plage de fréquences allant du continu aux fréquences optiques, ils sont aussi utilises comme milieu non linéaires aptes à générer des faisceaux optiques auto-confinés, appelés solitons spatiaux optiques, à de très faibles puissances. Ces faisceaux ont la propriété de se propager sans diffraction, du fait que cette dernière est compensée par l’auto-focalisation non linéaire du milieu, avec formation de guides d'onde auto-induites. Dans les cristaux liquides nématiques, ces guides d'ondes peuvent à leur tours confiner et guider d’autres signaux optiques et peuvent être reconfigurés, soit optiquement, soit électriquement, du fait que la trajectoire des solitons peut être contrôlée par d'autres champs, ouvrant ainsi la voie à la manipulation tout-optique. Récemment, les cristaux liquides nématiques ont été également utilisés avec succès dans l'optique dite singulière, dans laquelle le paramètre clef est la singularité topologique portée par la phase de l'onde électromagnétique. Dans cette thèse, je rendrai compte de mon travail sur les solitons optiques spatiaux et les singularités optiques dans les cristaux liquides nématiques.

Liquid crystals have been all along a fertile background for scientific research, from mathematics to material science and optics; their use is not limited to displays but extends to nonlinear optics, for instance, to switching and routing of optical beams. Due to their extreme sensitivity to electric fields, and this at frequencies ranging from continuous to optical ones, they are also nonlinear media supporting the generation and propagation of self confined beams, called spatial optical solitons, at very low powers. Spatial optical solitons have the property to propagate without diffraction, since this is compensated by nonlinear self-focusing in the medium, resulting in self-induced waveguides. In nematic liquid crystals, these waveguides can in turn confine and route other optical signals and can be reconfigured, either optically or electrically, as soliton trajectories can be controlled by other fields, paving the way to all-optical manipulation. Nematic liquid crystals have also been recently employed with success in the so-called singular optics, in which the key parameter is the topologic singularity carried by the phase of an electromagnetic wave. In this thesis I will report on my work on spatial optical solitons and optical singularities in nematic liquid crystals.