Modulations d'impulsions et filamentation d'impulsions laser ultra-courtes pour les applications en optique non-linéaire extrême

Pulse shaping and ultrashort laser pulse filamentation for applications in extreme nonlinear optics

• Auteur / Autrice : Antonio Lotti
• Direction : Arnaud Couairon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique en cotutelle avec Como, Università degli studi dell'Insubria

Mots clés

Mots clés libres

Filamentation d'impulsions laser ultra-courtes

Optique non-linéaire

Propagation d'impulsions laser

Génération d'harmoniques d'ordre élevé

Résumé

Cette thèse traite de l'étude numérique des propriétés et des applications des impulsions spatio-temporellement couplées, paquets d'ondes coniques et filaments laser, dans les processus fortement non-linéaires, comme la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Nous étudions la redistribution de l'énergie au sein de ces paquets d'ondes en propagation linéaire et non-linéaire. Le flux d'énergie constitue un diagnostic des couplages spatio-temporels que nous avons appliqué à des résultats expérimentaux réels. Nous analysons l'évolution spectrale des filaments dans un gaz et nous obtenons les conditions pour la génération d'impulsions de quelques cycles dans le spectre UV. Nous étudions la génération d'harmoniques d'ordre élevé par des ondes coniques ultra-courtes. En particulier, nous montrons comment leurs propriétés de propagation influencent le champ généré dans la région X-UV. Nous étudions aussi l'interférence des différents chemins quantiques correspondant aux trajectoires électroniques. Enfin, nous obtenons la forme des faisceaux d'Airy stationnaires dans le régime non-linéaire. Pour chaque sujet, nous présentons des résultats expérimentaux qui ont motivé nos travaux ou ont été motivés par nos simulations.

This thesis deals with numerical studies of the properties and applications of spatio-temporally coupled pulses, conical wavepackets and laser filaments, in strongly nonlinear processes, such as harmonic generation and pulse reshaping. We study the energy redistribution inside these wavepackets propagating in gases and condensed media, in the linear and nonlinear regime. The energy flux constitutes a diagnostic for space-time couplings that we applied to actual experimental results. We analyze the spectral evolution of filaments in gases and derive the conditions for the generation of ultrashort pulses in the UV range. We study high harmonic generation in a gas from ultrashort conical wavepackets. In particular, we show how their propagation properties influence the harmonic output. We also study the interference of different electron trajectories. Finally, we derive the shape of stationary Airy beams in the nonlinear regime. For each topic, we present experimental results that motivated our works or were motivated by our simulations.