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Conjugaison de phase et mélange d'ondes multi-résonnant en phase vapeur, dans le domaine visible et ultra-violet

Anne Amy‐Klein

Published Jan 1, 1990• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Ce travail presente diverses etudes de melanges d'ondes en milieu gazeux resonnant. La plupart des experiences utilisent une source laser ultraviolette continue, monomode et balayable en frequence, obtenue par doublage intra-cavite d'un laser a colorant. Nous etudions d'abord le comportement de saturation du melange resonnant a quatre ondes quasi degenere en frequence avec l'avant: les predictions theoriques, aussi bien que des experiences sur la raie de resonance infrarouge de la vapeur de cesium, montre que dans le cas d'un systeme a deux niveaux le dedoublement Stark est apparent dans les formes de raies. Le comportement se revele analogue dans l'extension au melange multi-ondes. Nous presentons ensuite une experience de spectroscopie par absorption saturee de la raie de resonance u. V. Du magnesium (285 nm), qui fournit une nouvelle determination de l'ecart isotopique. Sur cette meme raie, nous avons egalement obtenu un signal de conjugaison de phase en continu dans l'u. V. Par melange a quatre ondes degenere vers l'arriere. La difficulte de l'experience provient de la puissance limitee de la source signal proportionnel au cube de l'intensite sonde et de l'intensite de saturation relativement elevee de la transition. Nous decrivons aussi des experiences de spectroscopie de saturation et de melange d'ondes sur des systemes resonnants a trois niveaux couplant une transition u. V. Et une transition visible, et analysons les differentes dependances par rapport a l'intensite u. V. Nous discutons finalement des possibilites d'imagerie avec conversion de frequence, et notamment de conjugaison de phase avec doublage de frequence

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Mélanges d'ondes résonnants en milieux gazeux

S. Le Boiteux

Le memoire de these concerne le melange 0 quatre ondes et ses extensions aux ordres superieurs dans les milieux gazeux resonnants basse pression. Une premiere partie presente differentes experiences effectuees en melange degenere (ou les trois faisceaux sont de meme frequence). Apres un rappel des principales proprietes de ce processus physique, nous donnons des resultats experimentaux et theoriques portant sur des effets de saturation en regime continu, induits par des faisceaux incidents intenses dans une decharge de neon. La realisation d'un oscillateur a miroir a conjugaison de phase dans la vapeur de sodium en continu y est presentee. Enfin, une experience de conjugaison de phase realisee dans l'ultraviolet y est decrite. Les deux autres parties concernent les melanges d'onde non degeneres en frequence sur des systemes a trois niveaux couples. La partie ii presente un travail theorique et experimental en geometrie colineaire. La derniere partie presente les effets de saturation en geometrie non colineaire. Nous y developpons un calcul theorique tenant compte de la saturation par l'un ou l'autre des faisceaux. Enfin, nous decrivons une experience realisee sur la vapeur de calcium et abordons le probleme de la conjugaison de phase avec conversion de frequence (visible UV)

•Jan 1, 1990•0 citations

Spectroscopie de réflexion et mélange d'ondes en volume sur la vapeur de césium avec des diodes lasers

Marcos Oriá

Nous presentons des experiences effectuees en vapeur atomique sous faible pression avec des diodes laser resonnantes pour la transition d#2 du Cs. On discute l'optimisation du processus de conjugaison de phase par melange degenere a quatre ondes relativement aux faibles puissances lumineuses disponibles. Une reflectivite de 50% est obtenue avec un laser de 30 mW et on a fait osciller une cavite avec milieu amplificateur a conjugaison de phase. Dans une experience voisine de melange d'ondes quasi-degenere on parvient a observer sur la forme de raie le dedoublement Stark dynamique en utilisant une geometrie vers l'avant; ces resultats sont naturellement etendus au cas du melange multi-ondes. Par ailleurs, on montre que la spectroscopie de reflexion a une interface qui permet de sonder les atomes voisins de la paroi et de mettre en evidence divers effets de l'interaction atome/surface. Grace a une experience d'absorption saturee en ondes evanescentes on donne une estimation du temps moyen d'adsorption d'un atome de Cs sur une fenetre en verre. Sous incidence normale, la reflexion selective lineaire d'un faisceau module en frequence est libre d'elargissement doppler; grâce a cette technique nous observons sur les spectres de reflexion un deplacement et une asymetrie de la resonance atomique typiques de l'interaction de van der Waals entre les atomes de la vapeur et la surface. Un modele theorique permet de reproduire les formes de raies experimentales

•Jan 1, 1990•0 citations

Conjugaison de phase dans les plans minces nonlineaires resonants. Utilisation dans le cadre d'un correlateur optique rapide

Emmanuel Le Duc

Ce travail consiste en la realisation d'un correlateur optique ultra-rapide utilisant une diode laser compacte et la nonlinearite de vapeurs de cesium confinees dans une cellule de quelques dizaines de microns d'epaisseur. Au debut de la these, je decris le principe de fonctionnement du correlateur a partir d'un processus de melange a quatre ondes degenere en frequence. Je demontre que le nombre de pixels qui peut y etre traite est inversement proportionnel a l'epaisseur du materiau. J'explique le choix des vapeurs de cesium. Je decris ensuite les diodes laser et les cellules minces utilisees. Je decris enfin le dispositif de controle de la densite de vapeur. La diminution du nombre d'atomes simultanement en resonance avec les trois ondes est a l'origine de la chute de l'intensite du signal de conjugaison de phase lorsque l'angle entre les ondes pompe avant et sonde augmente. Ce signal resulte de la lecture simultanee de deux reseaux (un de reflexion, l'autre de transmission) inscrits dans le materiau. On montre la possibilite d'isoler leurs contributions respectives par un choix convenable de la polarisation de chacun des trois faisceaux. Nous caracterisons le materiau en realisant un correlateur a un pixel. Nous montrons l'existence d'une temperature pour laquelle la reflectivite est maximale. La faible epaisseur de la cellule (20 microns) engendre un signal sur les transitions non cycliques. Conformement aux previsions, le temps de reponse est d'environ 50 nanosecondes. La resolution spatiale mesuree est d'environ 10 microns. En introduisant les images a l'aide d'ecrans a cristaux liquides, nous realisons un vrai correlateur fonctionnant a la cadence video. Nous montrons que le dispositif peut fonctionner jusqu'a une cadence video de 20 kilohertz. La reponse nonlineaire du materiau confere de plus au correlateur des proprietes algorithmiques interessantes. Nous avons montre que ces materiaux presentent une excellente sensibilite et une grande rapidite. Ils pourront servir de reference lors du developpement de nouveaux materiaux nonlineaires utilises pour la correlation

•Jan 1, 1996•0 citations

Melanges d'ondes et interactions non-lineaires dans le milieu laser

A. Brignon

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

•Jan 1, 1996•0 citations

Instabilités crées par mélange à quatre ondes dans une vapeur atomique. Chaos et morphogénèse.

Agnès Maître

Deux ondes électromagnétiques intenses de même fréquence et de même polarisation se propageant dans des sens opposés dans un milieu non-linéaire génèrent au dessus d'une certaine intensité seuil, des nouvelles ondes appelées instabilités qui sont émises spontanément dans des directions différentes de celles des pompes. Ce travail de thèse a consisté en l'étude des instabilités générées dans une vapeur de Rubidium dans deux situations expérimentales différentes. Dans la première expérience, une onde pompe intense se propage dans le milieu non-linéaire, se réfléchit sur un miroir de rétroaction et est alors réinjectée dans le milieu non-linéaire. Pour une intensité suffisante et une fréquence adaptée de l'onde pompe, des instabilités sont émises. Elles pourront se réfléchir sur le miroir de rétroaction et être réinjectées dans le milieu non-linéaire. Leur structure transverse en champ lointain est alors constituée de diverses figures telles que des anneaux concentriques, deux points diamétralement opposés ou des figures comportant un nombre pair de taches réparties sur un cercle et appelées 'marguerites'. L'étude théorique de ces instabilités associée à une étude expérimentale a permis de prédire et de décrire le comportement des différentes instabilités émises en fonction des différents paramètres du système. En particulier ces études ont montré que l'intensité des instabilités pouvait être statique, périodique ou chaotique. La deuxième expérience ne comporte pas de miroir de rétroaction et le faisceau laser est séparé en deux ondes pompes se contrepropageant dans le milieu non-linéaire. En champ lointain, les instabilités transverses sont constituées par un seul anneau, deux points diamétralement opposés ou des hexagones. L'intensité de ces instabilités peut être chaotique et l'étude de ce chaos été réalisée.

•Jan 1, 1994•0 citations

Étude de divers processus d'optique non linéaire dans un milieu gazeux résonnant : effet de saturation en conjugaison de phase : absorption et dispersion saturées dans une onde évanescente

Pierre Simoneau

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.

•Jan 1, 1986•0 citations
Ce travail presente diverses etudes de melanges d'ondes en milieu gazeux resonnant. La plupart des experiences utilisent une source laser ultraviolette continue, monomode et balayable en frequence, obtenue par doublage intra-cavite d'un laser a colorant. Nous etudions d'abord le comportement de saturation du melange resonnant a quatre ondes quasi degenere en frequence avec l'avant: les predictions theoriques, aussi bien que des experiences sur la raie de resonance infrarouge de la vapeur de cesium, montre que dans le cas d'un systeme a deux niveaux le dedoublement Stark est apparent dans les formes de raies. Le comportement se revele analogue dans l'extension au melange multi-ondes. Nous presentons ensuite une experience de spectroscopie par absorption saturee de la raie de resonance u. V. Du magnesium (285 nm), qui fournit une nouvelle determination de l'ecart isotopique. Sur cette meme raie, nous avons egalement obtenu un signal de conjugaison de phase en continu dans l'u. V. Par melange a quatre ondes degenere vers l'arriere. La difficulte de l'experience provient de la puissance limitee de la source signal proportionnel au cube de l'intensite sonde et de l'intensite de saturation relativement elevee de la transition. Nous decrivons aussi des experiences de spectroscopie de saturation et de melange d'ondes sur des systemes resonnants a trois niveaux couplant une transition u. V. Et une transition visible, et analysons les differentes dependances par rapport a l'intensite u. V. Nous discutons finalement des possibilites d'imagerie avec conversion de frequence, et notamment de conjugaison de phase avec doublage de frequence
Le memoire de these concerne le melange 0 quatre ondes et ses extensions aux ordres superieurs dans les milieux gazeux resonnants basse pression. Une premiere partie presente differentes experiences effectuees en melange degenere (ou les trois faisceaux sont de meme frequence). Apres un rappel des principales proprietes de ce processus physique, nous donnons des resultats experimentaux et theoriques portant sur des effets de saturation en regime continu, induits par des faisceaux incidents intenses dans une decharge de neon. La realisation d'un oscillateur a miroir a conjugaison de phase dans la vapeur de sodium en continu y est presentee. Enfin, une experience de conjugaison de phase realisee dans l'ultraviolet y est decrite. Les deux autres parties concernent les melanges d'onde non degeneres en frequence sur des systemes a trois niveaux couples. La partie ii presente un travail theorique et experimental en geometrie colineaire. La derniere partie presente les effets de saturation en geometrie non colineaire. Nous y developpons un calcul theorique tenant compte de la saturation par l'un ou l'autre des faisceaux. Enfin, nous decrivons une experience realisee sur la vapeur de calcium et abordons le probleme de la conjugaison de phase avec conversion de frequence (visible UV)
Nous presentons des experiences effectuees en vapeur atomique sous faible pression avec des diodes laser resonnantes pour la transition d#2 du Cs. On discute l'optimisation du processus de conjugaison de phase par melange degenere a quatre ondes relativement aux faibles puissances lumineuses disponibles. Une reflectivite de 50% est obtenue avec un laser de 30 mW et on a fait osciller une cavite avec milieu amplificateur a conjugaison de phase. Dans une experience voisine de melange d'ondes quasi-degenere on parvient a observer sur la forme de raie le dedoublement Stark dynamique en utilisant une geometrie vers l'avant; ces resultats sont naturellement etendus au cas du melange multi-ondes. Par ailleurs, on montre que la spectroscopie de reflexion a une interface qui permet de sonder les atomes voisins de la paroi et de mettre en evidence divers effets de l'interaction atome/surface. Grace a une experience d'absorption saturee en ondes evanescentes on donne une estimation du temps moyen d'adsorption d'un atome de Cs sur une fenetre en verre. Sous incidence normale, la reflexion selective lineaire d'un faisceau module en frequence est libre d'elargissement doppler; grâce a cette technique nous observons sur les spectres de reflexion un deplacement et une asymetrie de la resonance atomique typiques de l'interaction de van der Waals entre les atomes de la vapeur et la surface. Un modele theorique permet de reproduire les formes de raies experimentales
Ce travail consiste en la realisation d'un correlateur optique ultra-rapide utilisant une diode laser compacte et la nonlinearite de vapeurs de cesium confinees dans une cellule de quelques dizaines de microns d'epaisseur. Au debut de la these, je decris le principe de fonctionnement du correlateur a partir d'un processus de melange a quatre ondes degenere en frequence. Je demontre que le nombre de pixels qui peut y etre traite est inversement proportionnel a l'epaisseur du materiau. J'explique le choix des vapeurs de cesium. Je decris ensuite les diodes laser et les cellules minces utilisees. Je decris enfin le dispositif de controle de la densite de vapeur. La diminution du nombre d'atomes simultanement en resonance avec les trois ondes est a l'origine de la chute de l'intensite du signal de conjugaison de phase lorsque l'angle entre les ondes pompe avant et sonde augmente. Ce signal resulte de la lecture simultanee de deux reseaux (un de reflexion, l'autre de transmission) inscrits dans le materiau. On montre la possibilite d'isoler leurs contributions respectives par un choix convenable de la polarisation de chacun des trois faisceaux. Nous caracterisons le materiau en realisant un correlateur a un pixel. Nous montrons l'existence d'une temperature pour laquelle la reflectivite est maximale. La faible epaisseur de la cellule (20 microns) engendre un signal sur les transitions non cycliques. Conformement aux previsions, le temps de reponse est d'environ 50 nanosecondes. La resolution spatiale mesuree est d'environ 10 microns. En introduisant les images a l'aide d'ecrans a cristaux liquides, nous realisons un vrai correlateur fonctionnant a la cadence video. Nous montrons que le dispositif peut fonctionner jusqu'a une cadence video de 20 kilohertz. La reponse nonlineaire du materiau confere de plus au correlateur des proprietes algorithmiques interessantes. Nous avons montre que ces materiaux presentent une excellente sensibilite et une grande rapidite. Ils pourront servir de reference lors du developpement de nouveaux materiaux nonlineaires utilises pour la correlation
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
Deux ondes électromagnétiques intenses de même fréquence et de même polarisation se propageant dans des sens opposés dans un milieu non-linéaire génèrent au dessus d'une certaine intensité seuil, des nouvelles ondes appelées instabilités qui sont émises spontanément dans des directions différentes de celles des pompes. Ce travail de thèse a consisté en l'étude des instabilités générées dans une vapeur de Rubidium dans deux situations expérimentales différentes. Dans la première expérience, une onde pompe intense se propage dans le milieu non-linéaire, se réfléchit sur un miroir de rétroaction et est alors réinjectée dans le milieu non-linéaire. Pour une intensité suffisante et une fréquence adaptée de l'onde pompe, des instabilités sont émises. Elles pourront se réfléchir sur le miroir de rétroaction et être réinjectées dans le milieu non-linéaire. Leur structure transverse en champ lointain est alors constituée de diverses figures telles que des anneaux concentriques, deux points diamétralement opposés ou des figures comportant un nombre pair de taches réparties sur un cercle et appelées 'marguerites'. L'étude théorique de ces instabilités associée à une étude expérimentale a permis de prédire et de décrire le comportement des différentes instabilités émises en fonction des différents paramètres du système. En particulier ces études ont montré que l'intensité des instabilités pouvait être statique, périodique ou chaotique. La deuxième expérience ne comporte pas de miroir de rétroaction et le faisceau laser est séparé en deux ondes pompes se contrepropageant dans le milieu non-linéaire. En champ lointain, les instabilités transverses sont constituées par un seul anneau, deux points diamétralement opposés ou des hexagones. L'intensité de ces instabilités peut être chaotique et l'étude de ce chaos été réalisée.
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.