Modélisation de la propagation non-linéaire dans les fibres creuses et applications

Non-linear propagation simulation in hollow core fiber and applications

• Auteur / Autrice : Amadou Diallo
• Direction : Valérie Blanchet-dean
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Inscription en doctorat le 06/03/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications

Mots clés

Mots clés libres

Equations de Maxwell

Equation de Schrödinger dépendante du temps

Soliton optique

Dynamique non linéaire et ionisation

Maxwell equations

Time-dependent Schrödinger equation

Optical soliton

Non-linear dynamics and ionization

Résumé

Le projet de recherche sera dédié à la modélisation de la propagation non-linéaire d'une impulsion ultra brève (quelques cycles optiques) et intense dans une fibre creuse remplie de gaz et d'étudier la dynamique solitonique conduisant à l'auto-compression de l'impulsion et à la génération d'une onde dispersive dans la gamme spectrale du DUV. Dans un premier temps, nous utiliserons des techniques usuelles se basant sur la méthode spectrale, décrivant explicitement les modes propres de la fibre, afin d'étudier les propriétés spatio-spectrales d'impulsions intenses se propageant dans une fibre creuse remplie de gaz rare. De cette première étape nous construirons un nouveau code pour résoudre numériquement l'équation de Maxwell, dans l'approximation unidirectionnelle, en se basant sur une nouvelle méthodologie développée dans le groupe pour inclure la propagation des différents modes du champ sans les décrire explicitement. Ce code incorporera les processus non-linéaire par une description ad-hoc. Cette approche sera ensuite améliorée en incluant la résolution de l'équation de Schrödinger pour calculer la réponse non-linéaire du système. Une attention particulière sera donnée à l'étude de l'ionisation et de son influence sur la dynamique solitonique en particulier en champ intense (Impulsions d'énergie supérieure à 10^14 W/cm²). Ce code sera appliqué à l'optimisation des paramètres de contrôle expérimentaux pour produire une impulsion DUV intense et brève et d'étudier des configurations pour contrôler l'état de polarisation et le moment angulaire de l'impulsion DUV générée.

The research project will be dedicated to the modeling of non-linear propagation of an ultra-short (few cycle) and intense pulse in a hollow core fiber filled with gas and to study the soliton dynamics leading to the pulse self-compression and the generation of dispersive wave in the DUV spectral range. At a first stage, we will use standard techniques based on spectral representation, describing explicitly the eigenmodes of the fiber, in order to study the spatio-temporal properties of intense pulses propagating in a hollow core fiber filled with rare gas. From this experience we will build a new code for solving numerically the Maxwell equations, in the unidirectional approximation, based a new methodology developed in the group for including the propagation of modes of the fields without describing them explicitly. This code will incorporate the non-linear processes using an ad-hoc description. This approach will then be refined by including the resolution of the time-dependent Schrödinger equation to compute the non-linearity of the medium response. Special attention will be dedicated to the study of the ionization processes and their impact on the soliton dynamics in particular in the strong field regime (Pulse intensity larger than 10^14 W/cm²). This code will be applied to optimize the experimental conditions for producing ultra-short and intense DUV pulses and to study configurations to control the polarization state and the orbital angular momentum of generated DUV pulses.