Dynamique spatiale de la lumière et saturation de l’effet Kerr

A study of light dynamics and measurements of the nonlinear optical characteristics of carbon disulphide

• Auteur / Autrice : Valentin Besse
• Direction : Georges Boudebs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance le 12/12/2014
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de photonique d'Angers
• Jury : Président / Présidente : Luc Bergé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Boudebs, Hervé Leblond
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mathieu Chauvet, Abdelmajid Taki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solitons

Théorie de Ginzburg-Landau

Kerr, Effet

Filamentation (physique)

Susceptibilité diélectrique

Optique non linéaire

Mots clés libres

Susceptibilités non-Linéaire

Caractérisation non-Linéaire

Saturation de l’effet Kerr

Équation complexe de Ginzburg-Landau

Soliton dissipatif

Nonlinear optics

Nonlinear susceptibilities

Nonlinear characterization

Kerr effect saturation

Complex Ginzburg-Landau equation

Dissipative soliton

Résumé

Nous présentons une étude de la dynamique de la lumière et des mesures des caractéristiques non-linéaires optiques dans le disulfure de carbone.Dans la première partie, nous calculons dans le cadre d’un modèle classique des expressions des susceptibilités non-linéaires jusqu’au cinquième ordre, en tenant compte des corrections de champ local. Nous formulons différentes hypothèses que nous confirmons ou infirmons par la mesure des indices d’absorption et de réfraction non-linéaires. Celles-ci sont obtenues en combinant deux méthodes de caractérisation des non-linéarités au sein d’un système 4fd’imagerie. L’analyse des données expérimentales utilise une méthode nouvellement développée, qui consiste à inverser numériquement, par la méthode de Newton, les solutions analytiques des équations différentielles qui décrivent l’évolution du faisceau.Dans la deuxième partie, nous observons la filamentation d’un faisceau laser à la longueur d’onde de 532 nm et en régime picoseconde. Puis nous procédons à la mesure de l’indice de réfraction non-linéaire effectif du troisième ordre n2,eff en fonction de l’intensité incidente. Par un ajustement de la courbe de saturation de l’effet Kerr,nous développons un nouveau modèle. La résolution numérique de celui-ci reproduit la filamentation observée.La dernière partie est consacrée à l’étude de la dynamique des solitons dissipatifs au sein de milieux à gains et pertes non-linéaires. La résolution numérique de l’équation complexe de Ginzburg-Landau cubique-quintique est réalisée suivant différentes configurations :soliton fondamental, dipôle, quadrupôle,vortex carré et rhombique.

We present a study of light dynamics and measurements of the nonlinear optical characteristics of carbon disulphide. In the first part, we calculate using the classical model, the nonlinear susceptibilities up to the fifth order taking into account local field corrections. We express different assumptions that we confirm or refute by measuring the nonlinear absorption coefficient and the nonlinear refractive index. The measurements are performed by means of two nonlinear characterization methods combined with an imaging 4f system. We analyse the experimental data using a newly developed method which numerically inverts the analytical solutions of the differential equations which describe the evolution of the beam, using Newton’s method. In the second part, we observe light filamentation at wavelength 532 nm, in the picoseconds regime. Then we measure the effective third order nonlinear refractive index n2,eff versus the incident intensity. By fitting the curve of the Kerr effect saturation, we develop a new model. Numerically solving this model, allows us to reproducethe experimentally observed filamentation. The last part is dedicated to the study of dissipative solitons dynamics. The complex Ginzburg-Landau equation with cubic-quintic nonlineraties is numerically solved in various configurations : soliton fundamental dipole, quadrupole, vortex and square rhombic.