Influence de la non-localité sur la formation des singularités d'onde lors de la propagation lumineuse dans les cristaux liquides : Peakon/Cuspon, auto-raidissement & effondrement du paquet d'ondes

par Hélène Louis

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Éric Louvergneaux.


  • Résumé

    Les cristaux liquides nématiques ancrés constituent un milieu propice à l'étude de la propagation non linéaire des faisceaux lumineux - que ce soit en termes d'études fondamentales ou plus appliquées comme le routage de l'information. Ce sont des milieux plus complexes que les systèmes "modèles" usuellement abordés (type équation de Schrödinger non linéaire) pour étudier les comportements non linéaires. En effet, la non-linéarité a une réponse non locale et est beaucoup plus lente que le temps d'évolution de l'onde. Enfin, le milieu est stochastique.Dans ce cadre, cette thèse étudie l'influence de la non-localité sur les singularités d'ondes obtenues lors de la propagation d'un paquet d'ondes optiques dans un cristal liquide nématique. C'est un travail expérimental et numérique. Nous montrons que le type de singularité obtenu est complètement régi par le taux de non-localité du système,- en régime fortement non local, une structure localisée, connue sous le nom de "nematicon", présente un profil d'intensité ultra-piqué (type "point de rebroussement") avec une trajectoire constamment fluctuante- en régime faiblement non local, le paquet d'ondes subit toujours un phénomène de type "effondrement d'ondes". Il est accompagné d'un auto-raidissement de l'enveloppe du paquet d'ondes et d'un profil en double exponentielle au point de compression.Enfin, nous mettons en évidence la présence d'ondes de chocs diffractives dans notre système en appliquant une condition initiale possédant une discontinuité (demi-faisceau Gaussien). C'est la première mise en évidence expérimentale de ce type d'ondes dans un milieu focalisant, stochastique et non local.

  • Titre traduit

    Effects of nonlocality on wave singularities during light propagation in liquid crystals : Peakon/Cuspon, self-steepening & collapse of wavepacket


  • Résumé

    Anchored nematic liquid crystals is a suitable medium and an excellent playground for nonlinear beam propagation studies - for fundamental as well as for applied studies such as optical routing. They are more complex systems than the "ideal" ones that are usually referred to investigate nonlinear phenomena (such as the nonlinear Schrödinger equation). Indeed, our nonlinearity is characterized by a nonlocal response and its response time is much slower than that of the wave. At last, the medium is stochastic.In this context, this thesis deals with the effects of non locality on wave singularities that occur during the propagation of optical wave packets in nematic liquid crystals. The studies are experimental and numerical.We show that the type of singularity that emerges is completely driven by the amount of non locality,• for the highly nonlocal regime, a localized state, known as "nematicon" exhibits an ultra-sharp intensity profile (cusp like) with a continuously fluctuating trajectory.• for the weakly nonlocal regime, the wave packet is always subject to a collapse-like phenomenon. Its envelope self-steepens and its profile depicts an exponential shape where the beam is the most focused.Finally, we evidence diffractive shock waves thanks to an initial condition displaying a discontinuity (half Gaussian beam). This is the first experimental evidence of such phenomenon in a focusing non local and stochastic medium.



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