Propagation non-linéaire d'impulsions laser ultra-courtes dans les milieux transparents

Abstract

réalisée et rédigée au Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) Département de Physique Théorique et appliquée,Bruyères-le-Châtel.We present different aspects of the propagation of ultrashort laser pulses in transparent media. First, we derive the propagation equations starting from the Maxwell equations. We remind of the main physical phenomena undergone by ultrashort and powerful laser pulses. First self-focusing occurs, owing to the Kerr response of the medium. This self-focusing is stopped by plasma generation from the laser-induced ionization of the ambient atoms. The propagation of the wave generates a supercontinuum through self-phase modulation. We recall the main results concerning the simple and multiple filamentations of an intense wave, induced by the beam inhomogeneities and which take place as soon as the beam power is above critical. In a second part, we investigate the influence of high-order nonlinearities on the propagation of the beam and especially on its filamentation pattern. To control the multifilamentation process, we investigate in a third part the propagation of beams with special designs, namely; Gradient- and vortex-shaped beams. We justify the robustness of this latter kind of optical objects. Eventually, we investigate multifilamentation patterns of femtosecond pulses in a fog tube and in cells of ethanol doped with coumarine, for different beam configurations.Nous présentons différents aspects de la propagation d'impulsions laser ultra-courtes dans les milieux transparents. Tout d'abord, après avoir établi les équations de propagation à partir des équations de Maxwell, nous rappelons les principaux phénomènes physiques auxquels sont soumises les impulsions ultra-courtes et de forte puissance se propageant dans un milieu transparent. Celles-ci subissent de l'auto-focalisation causée par la réponse Kerr du milieu. Cette auto-focalisation est stoppée par la création d'un plasma produit par l'ionisation photonique des molécules du milieu. La propagation de l'onde laser génère aussi un supercontinuum par auto-modulation de phase. Enfin, on rappelle les principaux résultats concernant la filamentation simple ou multiple de l'onde provenant des inhomogénéités du faisceau et qui a lieu lorsque la puissance initiale du laser est supérieure au seuil d'auto-focalisation. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à l'influence de non-linéarités optiques d'ordre élevé sur la propagation de l'onde et sur la figure de filamentation créée. Dans une troisième partie, afin de contrôler la filamentation multiple, nous analysons la propagation de faisceaux particuliers: les impulsions optiques femtosecondes avec gradient fort et les vortex. Nous justifions les propriétés de robustesse de ces derniers type d'objets optiques. Enfin, nous examinons la filamentation multiple d'impulsions ultra-courtes à travers une chambre à brouillard, et dans les cellules d'éthanol dopées à la coumarine, pour différentes configurations du faisceau