Études sur la filamentation des impulsions laser ultrabrèves dans l’air

Filamentation of ultrashort laser pulses in air

• Auteur / Autrice : Rami Salamé
• Direction : Jean-Pierre Wolf, Jérôme Kasparian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/07/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Natalia Del Fatti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : John Michael Dudley
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christoph Hauri, Ludger Wöste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation

Foudre

Filamentation (physique)

Lasers femtoseconde

Mots clés libres

Laser

Filamentation

Condensation

Nuage

Femtoseconde

Ultrabrèves

Foudre

Laser

Filamentation

Ultrashort

Lightning

Condensation

Laser pulses, Ultrashor

Résumé

La propagation des impulsions laser ultra brèves dans l’air se fait sous la forme de structures d’une centaine de micromètres de diamètre appelées filaments, qui ont entre autres les propriétés d’être autoguidées, de se propager sur plusieurs centaines de mètres, de générer un continuum de lumière blanche, etc. Ces propriétés originales trouvent de nombreuses applications dans le domaine de la télédétection des polluants par mesures lidar, le déclenchement et le guidage de la foudre par laser, le LIBS à distance, etc.Au cours de mon travail de thèse, nous avons mené de nombreuses expériences de laboratoire et sur terrain dans le cadre du projet Tera mobile. Nous avons en particulier étudié la géométrie de la filamentation, sa robustesse dans une région de turbulence étendue, la propagation verticale d’un faisceau d’impulsions ultra brèves dans un régime multi joules, et des applications atmosphériques de la filamentation. Nous avons par exemple caractérisé la distribution angulaire de l’émission conique dans le visible et dans l’ultraviolet. Nous avons également prouvé que la turbulence atmosphérique n’est pas un facteur limitant de la propagation des filaments qui arrivent même à garder leurs propriétés spectrales nécessaires aux applications atmosphériques. Enfin nous avons illustré une méthode de déclenchement et de guidage de foudre par laser et réalisé une expérience de condensation de gouttelettes d’eau assistée par laser en laboratoire ainsi que dans une atmosphère réelle.

Ultrashort laser pulses propagate in the air in the form of structures of one hundredmicrons of diameter called “filaments”, which have the properties of self-guiding, propagatingfor hundreds of meters, white light generation, etc. These original properties find severalapplications in the domain of remote sensing of pollutants by non-linear Lidar measurements,lightning control, remote LIBS, etc.During my PhD work we have performed several laboratory experiments and field campaignwithin the context of Teramobile project. In particular we have studied the geometry offilamentation, its robustness in an extended region of turbulent air, the propagation ofultrashort pulses beam in multijoules regime, and atmospheric applications of filamentation.For example, we have characterized the angular distribution of the conical emission in thevisible and ultraviolet spectral bands. In another series of experiments, we have proved thatatmospheric turbulence is not a limiting factor of filaments propagation, which also keep theirspectral properties useful for atmospheric applications. Finally, we have illustrated a methodof laser triggering and guiding of lightning and realized laser induced condensation of waterdroplets in laboratory as well as in a reel atmosphere.