Resonant radiation-matter interactions in nonlinear regime: quantum two-level systems and quadratic media - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Resonant radiation-matter interactions in nonlinear regime: quantum two-level systems and quadratic media

Interactions rayonnement-matière résonantes en régime nonlinéaire : systèmes à deux niveaux et milieux quadratiques

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Abstract

In this thesis we were interested in studying different nonlinear phenomena of the radiation-matter interaction and in particular the generation of gap solitons in nonlinear media presenting forbidden band gaps. In the first part we used a semi-classical model of Maxwell- Bloch to describe the interaction of a quantum two-level medium with charges and a classical electromagnetic field, by mediation of the population density, which is actually at the very origin of nonlinearity. The resulting nonlinear coupling possesses particularly interesting consequences (generation of slow-light solitons and effective scattering with charges) at the resonance, when the frequency of the excitation is close to the transition frequency of the two-level medium. The nonlinear dynamic observed numerically is understood by means of a nonlinear Schrödinger model in an external potential related to the charges. The second part of this thesis is focused on the theoretical study of the dynamics of quadratic gap solitons in optical parametric amplifiers (OPA). The equations describing the degenerate three-wave interaction in a nonlinear birefringent crystal are established in presence of transverse diffraction and spatial walk-off. We proposed a method for solving the challenging problem of determining the nonlinear supratransmission threshold in OPA which was generalised to any multicomponent nonintegrable nonlinear systems.
Nous avons consacré cette thèse à l'étude des différents processus non-linéaires de l'interaction rayonnement-matière et en particulier à la génération des solitons de gap dans les milieux non-linéaires à bandes interdites. Dans la première partie nous avons utilisé un modèle semi-classique de Maxwell-Bloch pour décrire l'interaction d'un milieu à deux niveaux quantiques avec charges avec un champ électromagnétique classique à travers la densité de population, qui est à l'origine même de la non-linéarité. Le couplage non-linéaire qui en résulte génère des phénomènes particulièrement intéressants (génération et diffusion des solitons de gap) à la résonance, quand la pulsation du champ appliqué est proche de la fréquence de transition du milieu à deux niveaux. La dynamique non-linéaire observée numériquement est expliquée à l'aide d'un modèle de Schrödinger non-linéaire dans un potentiel lié aux charges du milieu. La deuxième partie concerne l'étude théorique de la dynamique des solitons quadratiques dans les amplificateurs paramétriques optiques (OPA). Les équations décrivant l'interaction à trois ondes dégénérée dans un cristal biréfringent non-linéaire ont été établies en prenant en compte la diffraction transverse et le walk-off spatial. Nous avons proposé une méthode pour résoudre le problème ardu de la détermination du seuil de supratransmission non-linéaire dans les OPA et nous avons généralisé les résultats obtenus à une grande classe de systèmes non-linéaires non-intégrables à composantes multiples.
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Dates and versions

tel-00664992 , version 1 (31-01-2012)
tel-00664992 , version 2 (06-02-2012)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00664992 , version 2

Cite

Petrutza Anghel-Vasilescu. Interactions rayonnement-matière résonantes en régime nonlinéaire : systèmes à deux niveaux et milieux quadratiques. Formation de Structures et Solitons [nlin.PS]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00664992v2⟩
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