Propagation de la lumière en milieu complexe : effet Hall de spin optique en présence de désordre et force de Casimir en milieu Kerr

Light propagation in complex media : optical spin-Hall effect in the presence of disorder and Casimir force in Kerr media

• Auteur / Autrice : Tamara Bardon-Brun
• Direction : Nicolas Cherroret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/01/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Pavloff, Alberto Amo Garcia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sergey E. Skipetrov, Patrizia Vignolo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique non linéaire

Ordre et désordre (physique)

Effet Casimir

Hall, Effet

Lumière -- Propagation

Mots clés libres

Optique non-linéaire

Ondes en milieu désordonné

Interaction spin-orbite de la lumière

Effet Hall de spin optique

Fluide de lumière

Force de Casimir

Nonlinear optics

Waves in disordered media

Spin-orbit interactions of light

Optical spin Hall effect

Light fluid

Casimir's force

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions théoriquement la propagation de faisceaux lumineux dans deux types de milieux complexes où une inhomogénéité d’indice non triviale est présente. Le premier est un milieu présentant du désordre spatial dans un plan transverse à l’axe optique. Dans ce système, nous montrons qu’un faisceau collimaté polarisé non paraxial exhibe un effet Hall de spin optique, analogue à celui observé dans les solides pour les électrons sujets à une interaction spin-orbite. Le second est un milieu Kerr dont l’inhomogénéité d’indice est induite par un faisceau lumineux incident présentant de petites fluctuations spatiales dans son profil de champ. Dans cette configuration, nous montrons que les fluctuations initiales sont amplifiées par le milieu Kerr et acquièrent des corrélations à longue portée. Nous décrivons enfin comment ce phénomène peut être avantageusement utilisé pour générer une force de type Casimir, universelle et contrôlable. Ces résultats constituent deux illustrations de la possibilité de réaliser des analogues optiques de phénomènes habituellement rencontrés dans les systèmes de la matière condensée ou dans les fluides quantiques, dans une configuration expérimentale relativement simple.

In this thesis, we theoretically explore the propagation of light beams in two types of complex media where a non trivial refractive-index inhomogeneity shows up. The first one in a medium displaying spatial disorder in a plane transverse to the optical axis. In this system, we demonstrate that a polarized, collimated nonparaxial beam exhibits an optical spin-Hall effect, analogous to the one usually observed in solids for electrons subjected to a spin-orbit coupling. The second one is a Kerr medium where the index inhomogeneity is induced by a light beam exhibiting small spatial fluctuations. In this configuration, we show that the initial fluctuations are amplified by the medium and acquire long-range correlations. We finallly describe how this phenomenon can be used to advantageously generate a universal and tunable Casimir-like force. These results illustrate the possibility to achieve optical counterparts of phenomena usually arising in condensed-matter systems or in quantum fluids, within a relatively simple experimental configuration.