Effets propagatifs d'impulsions lumineuses femtosecondes dans des tunnels optiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Effets propagatifs d'impulsions lumineuses femtosecondes dans des tunnels optiques

Résumé

We present two kinds of optical tunnels. We used optical femtosecond techniques to study their propagative properties. The first system is an artificial opal. Opal is a photonic crystal material (PCM) with properties that are similar to the semiconductors' ones in the optical domain. PCM's have a photonic band gap (PBG) that forbids for every direction the propagation of photons with energy included in this band. The second system is a bi-prism used in total reflection.
The first part of this report is dedicated to opals that are made of ordered layers of submicrometric silica spheres. Each step of the making-of is explained. We also gave a short theoretical description of PCM's for many kinds of structures. Consequently, we can say that opals don't have any PBG but a stop-band inhibiting transmission of photons which energy band depends on the direction. We related their structural characteristics with their spectral properties thank to microscopic and optical methods. A time-of-flight device has been developed using a time-gated two-photon absorption method in ZnS crystal in the order to determine propagative properties of opals probed by a spectral continuum. Then, frequency and time corrections are done.
Finally, we obtain spectral profile of group velocity in opals. We describe this profile with a Kramers-Krönig causality model that allows to identify stop-band with a photonic two-levels system. The last part concerns a study of an optical transposing of a new effect that has been demonstrated in tunneling conditions and called quantum evaporation effect (QEE). It produces a drastic increase of the transmission of a wave packet. It occurs when transferring a small momentum to the wave packet during its reflection on the barrier. A bi-prism in total reflection shared by a thin air gap is used to validate the conditions of this effect. We improved a pump-probe method to simulate the momentum transfer by the way of Kerr effect. Then, we show an analysis of every effects that kill the QEE. After data processing, we measure signals that have the characteristics of QEE. This work is a presumption of the first observation in optics of this new effect.
Deux exemples de tunnels optiques sont étudiés par des méthodes de l'optique femtoseconde pour leurs propriétés propagatives. Le premier est une opale artificielle : un matériau de la famille des cristaux photoniques aux propriétés analogues dans le domaine optique à celles des semiconducteurs. Ils possèdent une bande interdite photonique (BIP) empêchant pour toutes les directions la propagation de photons dont l'énergie se trouve dans cette bande. Le second système est un bi-prisme en réflexion totale.
La première partie est consacrée aux opales : empilements réguliers de sphères de silice submicrométriques. Chaque phase de l'élaboration est en revue. Une description théorique des propriétés des cristaux photoniques est faite pour plusieurs structures. On en déduit que les opales n'ont pas de BIP mais une "stop-band" inhibant la transmission des photons dont la bande d'énergies dépend de la direction. Les caractéristiques structurelles, mises en relation avec les propriétés spectrales, sont abordées par des méthodes microscopiques et optiques. Un dispositif de temps de vol a été réalisé pour déterminer les propriétés propagatives d'opales sondées par un continuum en utilisant un fenêtrage temporel par absorption à deux photons dans du ZnS. Après des corrections en fréquence et en temps, on dispose du profil spectral de vitesse de groupe. Celui-ci est expliqué par un modèle basé sur la relation de Kramers-Krönig. Cela permet de décrire la "stop-band" comme un système à "deux niveaux photoniques".
La dernière partie est dédiée à l'étude de la transposition en optique d'un nouvel effet prédit dans les conditions de l'effet tunnel : "l'évaporation quantique". Il se manifeste par l'augmentation drastique de la transmission d'un paquet d'onde. Il se produit en transférant à l'instant de la réflexion une petite quantité de mouvement au paquet d'onde. Un bi-prisme en réflexion totale séparé par une lame d'air est employé pour reproduire les conditions de cet effet. On utilise une technique pompe-sonde qui simule le transfert de moment par effet Kerr. Après analyse des effets en compétition avec l'évaporation quantique, nous observons des signaux qui, une fois traités selon des critères précis, ont les caractéristiques de l'effet recherché. Ceci constitue une présomption de la première observation en optique de ce nouvel effet.
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Dates et versions

tel-00003643 , version 1 (24-10-2003)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00003643 , version 1

Citer

Benjamin Thomas. Effets propagatifs d'impulsions lumineuses femtosecondes dans des tunnels optiques. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003643⟩

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