Sur l'étude du processus de filamentation laser dans les gaz rares en modèle de champ fort : des influences de la génération de troisième harmonique et de la proximité de résonances dans l'ultraviolet

On the study of the laser filamentation process in rare gases under the strong field model : impacts of third harmonic generation and of the vicinity of resonances in the ultraviolet

• Auteur / Autrice : Julien Doussot
• Direction : Olivier Faucher, Pierre Béjot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] / LICB
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Kasparian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Boutou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Couairon, Eric Cormier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génération de troisième harmonique

Filamentation (physique)

Kerr, Effet

Mots clés libres

Effet Kerr

Champ fort

Filamentation

Kerr effect

Strong field

Filamentation

Résumé

Le processus de filamentation découle de la balance dynamique de plusieurs effets linéaires et non-linéaires, permettant l'auto-stabilisation du faisceau laser sur des distances de propagation significativement supérieures à celles prédites par la théorie des faisceaux gaussiens. Cette thèse s'attache à décrire ce phénomène dans les gaz rares en modèle dit de champ fort, par opposition au modèle usuel, utilisé dans le cadre de la théorie des perturbations et s'appuyant sur l'approximation du champ faible. L'influence des harmoniques, jusqu'ici négligée, est alors revisitée tant au niveau microscopique qu'à l'échelle d'une propagation. Il est montré, expérimentalement et par l'appui de simulations numériques, qu'il suffit d'une faible proportion de troisième harmonique pour que la dynamique de la filamentation soit fortement impactée, notamment à travers le processus d'ionisation. Egalement, la proximité d'une résonance peut mener à de fortes modifications du mécanisme d'auto-guidage: lorsqu'un champ fondamental centré à 400nm et sa troisième harmonique interagissent avec du krypton, il est montré que le processus de modulation de phase croisée est renforcé et qu'il peut alors endosser un rôle défocalisant de manière non-négligeable. Une autre situation - à 300nm dans le krypton - amène à un renforcement résonant de la filamentation, se traduisant par l'allongement de la longueur du filament par rapport au cas hors-résonance.

Filamentation originates from the dynamic balance between linear and nonlinear effects, allowing the laser beam autostabilization over distances significantly greater than those predicted by linear optics laws. The aim of this thesis is to describe this phenomenon on rare gases under the strong field model, contrary to the commonly used perturbation model based on the weak field approximation. The influence of harmonics, so far neglected, is then revisited both at the microscopic level and at a propagation scale. It is shown, experimentally and with the support of numerical simulations, that a weak proportion of third harmonic is sufficient to strongly impact the filamentation dynamics, especially through the ionization process. Also, the vicinity of a resonance can lead to strong modifications of the self-guiding mechanism: when a fundamental field centered at 400nm and its third harmonic interact together with krypton, it is shown that the cross-phase modulation process is enhanced and can participate to the beam defocusing. Another situation - at 300nm in krypton - leads to resonantly enhanced filamentation, i.e. to longer filaments compared to the non-resonant case.