Développement des procédés de mesure de déphasage optique : applications aux non linéarités induites par effet Kerr dans certaines molécules organiques

Development of optical phase shift measurement methods : applications to non-linearities induced by the Kerr effect in certain organic molecules

• Auteur / Autrice : Christophe Cassagne
• Direction : Georges Boudebs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance le 19/04/2018
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de photonique d'Angers - Laboratoire de Photonique d'Angers / LPhiA
• Jury : Président / Présidente : Anne Humeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hassan Akhouayri, Dominique Leduc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réfractométrie

Interférométrie

Optique non linéaire

Mots clés libres

Susceptibilité du troisième ordre

Z-Scan

Dark Field Z-Scan

D4σ Z-Scan

Déphasage

Absorption non linéaire

Indice de réfraction non linéaire

Nonlinear optics

Third order susceptibility

Z-Scan

Dark Field Z-Scan

D4σ Z-Scan

Interferometry

Phase shift

Nonlinear Absorption

Non-Linear refraction index

Résumé

Notre étude concerne la mesure du déphasage optique non linéaire (NL) d’ordre trois. Deux catégories de procédés seront abordées : i) la technique interférométrique à décalage de phase qui permet la caractérisation de la phase avec une bonne résolution spatiale, ce qui est crucial pour un faisceau focalisé dans le milieu non linéaire. Cette technique utilise le critère des moindres carrés associé à plusieurs interférogrammes. Mise en œuvre à l'aide d'un modulateur spatial de lumière, elle fournit un calibrage pratique pour chaque déphasage considéré. La fiabilité de la méthode proposée est vérifiée par comparaison directe avec la méthode de transformation de Fourier ; ii) les méthodes innovantes de type Z-scan combinées avec un montage imageur. Elles seront ici appliquées aux mesures des coefficients NL d’ordre trois et d’ordres supérieurs. Nous montrerons que la flexibilité d’emploi d'une caméra CCD permet un meilleur pointage et suivi en temps réel du faisceau. Enfin nous nous intéresserons au montage Dark-field Z-scan bénéficiant des avantages de la microscopie à champ sombre à fort contraste. Ces améliorations ouvrent potentiellement un nouveau champ d’exploration microscopique pour l’investigation et la cartographie des effets non linéaires.

Our study concerns the measurement of the nonlinear (NL) optical phase shift of order three. Two categories of methods will be addressed: i) the phaseshift interferometric technique that allows phase characterization with good spatial resolution, which is crucial for a focused beam in the non-linear medium. This technique uses the least squares criterion associated with several interferograms. Implemented using a spatial light modulator, it provides a practical calibration for each phase shift considered. The reliability of the proposed method is verified by direct comparison with the Fourier transformation method; ii) innovative Z-scan methods combined with an imager assembly. They will be applied here to measurements of the NL coefficients of order three and higher. We will show that the flexibility of using a CCD camera allows for better pointing and real-time tracking of the beam. Finally, we will focus on the Dark-field Z-scan setup, which benefits from the advantages of high contrast dark field microscopy. These improvements potentially open up a new field of microscopic exploration for the investigation and mapping of non-linear effects.