Etude du role de la dynamique des materiaux en optique non lineaire et analyse de la formation et de la propagation de l'onde conjuguee lors d'une experience de conjugaison de phase realisee avec des champs impulsionnels. Description theorique des melanges a quatre ondes dans le formalisme de la matrice densite. Celle-ci est obtenue par un traitement en perturbation, le milieu etant modelise par n systemes a deux niveaux. Cette etude est le point de depart de l'analyse du melange a quatre ondes en termes de reseaux. Apres avoir donne une expression analytique de l'onde conjuguee, les conditions optimales pour obtenir un reversement d'enveloppe ont ete etablies
Etude du role de la dynamique des materiaux en optique non lineaire et analyse de la formation et de la propagation de l'onde conjuguee lors d'une experience de conjugaison de phase realisee avec des champs impulsionnels. Description theorique des melanges a quatre ondes dans le formalisme de la matrice densite. Celle-ci est obtenue par un traitement en perturbation, le milieu etant modelise par n systemes a deux niveaux. Cette etude est le point de depart de l'analyse du melange a quatre ondes en termes de reseaux. Apres avoir donne une expression analytique de l'onde conjuguee, les conditions optimales pour obtenir un reversement d'enveloppe ont ete etablies
Nous montrons que le milieu laser lui-meme peut etre utilise comme milieu non-lineaire pour realiser des melanges d'ondes. Au cours de ces interactions, plusieurs faisceaux coherents se propagent dans le milieu laser prealablement place en inversion de population. La figure d'interference formee par ces ondes module spatialement le gain de l'amplificateur par le phenomene de saturation du gain. Cette modulation du gain se comporte comme un hologramme de gain dynamique, sur lequel les ondes incidentes peuvent diffracter. Nous analysons tout d'abord le processus d'ecriture d'un reseau dynamique de gain par melange a deux ondes. Les phenomenes d'auto-diffraction et de redistribution energetique entre les faisceaux sont mis en evidence. Puis nous etudions le melange a quatre ondes dans lequel un faisceau conjugue en phase est engendre. Des modelisations originales de tous ces mecanismes non-lineaires en regime transitoire sont presentees. En particulier, ces modeles tiennent compte de la duree et de la forme temporelle des ondes, de l'amplification laser, des interferences de toutes les ondes entre-elles suivant leur polarisation et la modulation du gain qu'elles engendrent. Ces interactions non-lineaires sont demontres experimentalement dans des amplificateurs nd:yag pompes par des flashes avec des impulsions nanosecondes. Nous avons egalement demontre la possibilite de realiser du melange a quatre ondes multi-passages, en regime impulsionnel et continu, dans un amplificateur nd:yvo#4 compact, pompe par des diodes lasers ou par un laser ti:saphir. Nous demontrons que ces interactions non-lineaires dans le milieu laser offrent des possibilites extremement interessantes dans les domaines de l'holographie dynamique et de la conjugaison de phase. Nous presenterons des architectures lasers originales tout a l'etat solide utilisant des processus de melanges a quatre ondes dans l'amplificateur laser pour corriger les distorsions du faisceau
Nous avons consacré cette thèse à l'étude des différents processus non-linéaires de l'interaction rayonnement-matière et en particulier à la génération des solitons de gap dans les milieux non-linéaires à bandes interdites. Dans la première partie nous avons utilisé un modèle semi-classique de Maxwell-Bloch pour décrire l'interaction d'un milieu à deux niveaux quantiques avec charges avec un champ électromagnétique classique à travers la densité de population, qui est à l'origine même de la non-linéarité. Le couplage non-linéaire qui en résulte génère des phénomènes particulièrement intéressants (génération et diffusion des solitons de gap) à la résonance, quand la pulsation du champ appliqué est proche de la fréquence de transition du milieu à deux niveaux. La dynamique non-linéaire observée numériquement est expliquée à l'aide d'un modèle de Schrödinger non-linéaire dans un potentiel lié aux charges du milieu. La deuxième partie concerne l'étude théorique de la dynamique des solitons quadratiques dans les amplificateurs paramétriques optiques (OPA). Les équations décrivant l'interaction à trois ondes dégénérée dans un cristal biréfringent non-linéaire ont été établies en prenant en compte la diffraction transverse et le walk-off spatial. Nous avons proposé une méthode pour résoudre le problème ardu de la détermination du seuil de supratransmission non-linéaire dans les OPA et nous avons généralisé les résultats obtenus à une grande classe de systèmes non-linéaires non-intégrables à composantes multiples.
Etude des effets de saturation sur un miroir a conjugaison de phase optique et phenomenes de diffraction d'ordre eleve sur un reseau induit optiquement. Ces etudes d'optique non lineaire ont ete effectuees en milieu gazeux resonnant. L'usage de faisceaux incidents saturants affecte notamment les formes de raie des resonances obtenues, ainsi a l'efficacite du processus. Quoique la technique classique pour obtenir un systeme a conjugaison de phase soit le melange degenere a quatre ondes ou toutes les frequences d'irradiation sont egales (holographie en temps reel), des variantes sont possibles, qui utilisent le melange non degenere a quatre ondes (plusieurs frequences incidentes) multiresonnant. Des phenomenes induits par des coherences a deux photons ont ainsi pu etre observes, qui laissent presager la possibilite d'obtenir de fortes efficacites, grâce a un mecanisme de compensation entre effet Stark et effet Doppler. -Observation d'une oscillation conjuguee. Dans certaines conditions (fortes·densites·atomiques), il est possible d'obtenir en conjugaison de phase, des reflectivites depassant l'unite: un resonateur constitue d'un miroir ordinaire et d'un tel miroir a conjugaison de phase possedant du gain, est donc une cavite auto-oscillante (Laser a conjugaison de phase). Nous avons demontre, et ce pour la premiere fois, qu'une telle oscillation pouvait etre observee sur la vapeur de Sodium a resonance en regime continu. Spectroscopie sans effet Doppler dans une onde evanescente. On sait que dans les conditions de la reflexion totale sur une surface, une onde evanescente est creee dans le milieu ayant la plus faible densite optique. Nous avons etendu les techniques classiques de spectroscopie de saturation sans effet Doppler (absorption et dispersion saturees) au cas des ondes evanescentes. La longueur de propagation d'une onde evanescente etant de l'ordre de la longueur d'onde optique, on peut ainsi etudier le·comportement des atomes au voisinage d'une paroi ou faire de la spectroscopie dans des milieux optiquement epais.
L'objet de ce travail est d'etudier le role des processus de dephasage dans les experiences de melange a quatre ondes (mqo). Dans un premier temps, l'attention est portee sur la mesure de temps de dephasage. La modelisation d'une experience de mqo faisant intervenir deux ou trois impulsions, retardees les unes par rapport aux autres, conduit a une relation implicite reliant la position du maximum du signal, le temps de coherence des impulsions et le temps de dephasage, dans la limite d'elargissements inhomogenes importants. Des simulations numeriques montrent qu'elle demeure valable pour des elargissements au moins egaux a quelques largeurs homogenes. Ces resultats etendent le champ d'application de cette methode a l'evaluation de temps inferieurs au temps de coherence des impulsions. Dans un deuxieme temps, les proprietes optiques non lineaires de molecules polaires sont etudiees. Dans le cas d'excitations stationnaires, l'expression analytique de la polarisation est calculee en perturbation jusqu'au troisieme ordre. Le cas particulier du mqo degenere est envisage, notamment pour des frequences voisines de la demi-frequence de transition pour lesquelles un processus a deux photons est implique. Ce processus est absent des lors que les moments dipolaires permanents sont soit identiques dans les deux configurations electroniques, soit nuls. L'influence des dephasages, de la diffusion rotationnelle de ces molecules et des polarisations des champs est analysee. Finalement, le comportement en champs forts de ces systemes est considere et applique au cas de la conjugaison de phase. Theoriquement, le processus a deux photons peut conduire a des coefficients de reflexion plus eleves que ceux obtenus au voisinage de la resonance lorsque le dephasage pur est faible. Les conditions necessaires a l'obtention d'ondes conjuguees intenses sont discutees
On developpe une approche theorique qui permet d'aborder l'etude de la dynamique des systemes stochastiques, constitues en particulier par des molecules organiques en solution. L'originalite de ce travail reside en ce que, loin de recourir aux methodes de decompositions spectrales largement utilisees dans ce domaine, nous avons etabli systematiquement les solutions formelles des equations d'evolution de la matrice densite. De ce fait, les processus de dephasage ont ete pris en compte, tant pour la contribution qui resulte des relaxations que pour celle associee au dephase pur. Dans un premier temps, nous avons determine l'evolution libre d'un systeme a trois niveaux dont les etats sont couples par des perturbations stochastiques diagonales et non diagonales. Cette etude a ete faite dans le cadre de la limite markovienne ou celle du bruit faiblement colore. Nous avons considere ensuite le cas d'un etat radiant interagissant par le biais de perturbations stochastiques, avec les etats d'une autre configuration electronique inferieure. La encore, nous avons determine l'evolution libre d'un tel systeme. Enfin, on presente une etude dynamique des systemes stochastiques sous champs afin d'interpreter les processus optiques non lineaires. Il nous a semble interessant de savoir si le comportement d'un systeme, dont un etat excite radiant couple stochastiquement a un etat non radiant, differerait notablement de ce qui est obtenu en modulation de frequence. Nous avons etabli que, pour une perturbation stochastique non diagonale, le profil de raie reste toujours lorentzien
L'objet de cette thèse est l'étude de plusieurs applications des processus de mélange à quatre ondes induits dans les vapeurs atomiques. Dans la première partie, les notions de base de l'optique non-linéaire dans les milieux de Kerr sont rappelés. Dans la seconde partie, nous étudions les propriétés des oscillateurs à mélange à quatre ondes en anneau dont le milieu amplificateur est constitué d'une vapeur de sodium soumise à deux ondes pompes ne circulant pas dans la cavité. Les applications de ces oscillateurs comme senseur de rotation et comme générateur de faisceaux jumeaux sont démontrées, les principes de ces deux notions étant rappelées dans leur grande ligne. Dans la troisième partie, nous présentons plusieurs résultats sur le mélange à quatre ondes lorsque les ondes incidentes ont des polarisations linéaires orthogonales. Cette géométrie nous a permis d'observer un processus de mélange à deux ondes, et de réaliser un miroir à contraste de phase et un miroir auto-pompé. Les résultats obtenus expérimentalement dans les vapeurs de rubidium et de sodium sont en accord avec un modèle théorique basé sur les équations du pompage optique, ce modèle permettant d'interpréter sous forme d'activité optique les fortes non-linéarités observées.