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Em.Abraham

Description

Sujet de thèse Université Bordeaux 1 - Laboratoire LOMA (ex CPMOH) Titre : Sources THz intenses et optique non linéaire Différentes sources THz (continues et pulsées) ainsi que des bancs de caractérisation ont été installés, conçus et réalisés par les différentes équipes du LOMA travaillant sur la thématique THz. Bien que ces sources permettent de réaliser des expériences pompe optique - sonde THz résolues en temps, la puissance moyenne délivrée (0.01 mW), la faible largeur -1spectrale (ΔΩ~ 2 THz) associée au champ crête (6 kV.cm ) des impulsions THz limitent considérablement leurs domaines d’utilisation. Pour remédier à cela, nous souhaitons aujourd’hui faire évoluer nos bancs THz et démontrer leurs capacités autour d’expériences d’optique non linéaire THz. C’est dans ce cadre que nous proposons le sujet de thèse qui s’articule autour des deux axes suivants : Axe 1 : Développement des sources THz. Cet axe de recherche doit permettre le développement de plusieurs sources THz adaptées à la spectroscopie non linéaire dans le domaine THz. Ces sources THz, au spectre plus ou moins large, seront construites autour des sources femtosecondes amplifiées Ti :saphir fonctionnant au laboratoire. • Nous souhaitons tout d’abord optimiser la source THz à spectre large que nous venons de mettre en place récemment au laboratoire. Elle est basée sur l’interaction avec par deux impulsions laser à la fréquence fondamentale ( ω) et harmonique 1(2 ω) au sein d’un ...

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• Langue: Français

Extrait

Sujet de thèse

Université Bordeaux 1 - Laboratoire LOMA (ex CPMOH)

Titre

: Sources THz intenses et optique non linéaire

Différentes sources THz (continues et pulsées) ainsi que des bancs de caractérisation

ont été installés, conçus et réalisés par les différentes équipes du LOMA travaillant sur la

thématique THz. Bien que ces sources permettent de réaliser des expériences pompe optique -

sonde THz résolues en temps, la puissance moyenne délivrée (0.01 mW), la faible largeur

spectrale (

ΔΩ

~ 2 THz) associée au champ crête (6 kV.cm

-1

) des impulsions THz limitent

considérablement leurs domaines d’utilisation. Pour remédier à cela, nous souhaitons

aujourd’hui faire évoluer nos bancs THz et démontrer leurs capacités autour d’expériences

d’optique non linéaire THz.

C’est dans ce cadre que nous proposons le sujet de thèse qui s’articule autour des deux axes

suivants :

Axe 1 :

Développement des sources THz.

Cet axe de recherche doit permettre le développement de plusieurs sources THz

adaptées à la spectroscopie non linéaire dans le domaine THz. Ces sources THz, au spectre

plus ou moins large, seront construites autour des sources femtosecondes amplifiées Ti :saphir

fonctionnant au laboratoire.

•

Nous souhaitons tout d’abord optimiser la source THz à spectre large que nous

venons de mettre en place récemment au laboratoire. Elle est basée sur l’interaction

avec par deux impulsions laser à la fréquence fondamentale (

ω

) et harmonique

(2

ω

)

1

au sein d’un plasma qu’elles induisent. Aujourd’hui cette source permet de

produire des impulsions THz centrées à 3 THz à spectre large (

ΔΩ

~10 THz) ayant

une énergie de l’ordre de 300 nJ.

•

Nous souhaitons, par la suite, réaliser des sources THz à spectre étroit. Celles-ci

seront basées sur la génération THz par rectification optique d’impulsions

femtosecondes dans un cristal de LiNbO

3

2

. Ce cristal doit nous permettre de

générer des impulsions THz intenses (~4 μJ) dont le spectre est centré à 1 THz et

1

Tie-Jun Wang, Appl. Phys. Lett.

95

, 131108 (2009) et K. Y. Kim et al, Nat. Photonics

2

, 605 (2008)

2

K.-L. Yeh, J. Hebling, M. C. Hoffmann, K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett.

90

, 171121 (2007).

s’étale sur environ 1 THz. Des impulsions beaucoup plus étroites et accordables en

longueur d’onde seront par la suite générées en modulant la phase spectrale des

impulsions Ti :saphir issues de notre chaine laser

3

.

•

Enfin, nous développerons une source THz fonctionnant à très haute cadence (

~300 kHz). Là encore, cette source sera réalisée par rectification optique dans des

cristaux de LiNbO

3

d’impulsions lasers issues d’un amplificateur Ti :saphir

fonctionnant à haute cadence.

Axe 2 :

Optique non linéaire dans le domaine THz.

Les différentes sources THz développées seront utilisées pour faire de l’optique non linéaire

dans le domaine THz dans les régimes résonnant et non résonnant.

1.

Régime résonant :

•

La source THz à spectre large sera utilisée pour étudier des effets non linéaires

d’ordre deux et trois dans des cristaux de GaP et GaAs en régime non résonnant.

Nous souhaitons notamment réaliser des expériences d’effet Kerr THz. Dans ce

cas, une impulsion femtoseconde de faible puissance viendra mesurer la

biréfringence induite dans les cristaux par une impulsion THz intense. Les

coefficients non linéaires de ces cristaux et les champs électriques associés aux

impulsions THz (~100 kV.cm

-1

) devraient nous permettre de réaliser ces

expériences dans d’excellentes conditions. Notons que contrairement aux

expériences réalisées dans le domaine optique, nous mesurerons directement la

biréfringence induite par le champ électrique, et non de l’enveloppe du champ

électrique, associé à l’impulsion THz

4

. Nous serons donc en mesure de déterminer

la phase et l’amplitude des coefficients non linéaires des cristaux étudiés.

2.

Régime résonant :

Les sources THz à spectre étroit seront également utilisées pour étudier des effets non

linéaires en régime résonnant dans des vapeurs moléculaires et des cristaux cubiques.

•

Nous étudierons notamment l’écho de photon, la transparence auto-induite et la

propagation solitonique dans des vapeurs moléculaires, notamment d’ammoniaque.

•

Nous étudierons également les effets non linéaires d’ordre deux et trois dans un cristal

de ZnTe. Dans ce cristal on peut exciter des phonons par l’absorption d’impulsions

3

S. Vidal, J. Degert, J. Oberlé, E. Freysz, J. Opt. Soc. Am. B

27

, 1044 (2010).

4

M. C. Hoffmann, N. C. Brandt, H. Y. Hwang , Ka-Lo Yeh, K. A. Nelson, Appl. Phys. Lett.

95

, 231105 (2009)

THz. Les effets non linéaires résultent alors de l’excitation résonnante de ces phonons.

L’impact de ces différentes résonances sur les coefficients non linéaires nécessitera de

mettre en place un montage dédié

3

. Ce montage devrait nous permettre de

cartographier l’évolution de la phase et de l’amplitude des coefficients non linéaire de

ce cristal dans le domaine THz.

Ce travail sera encadré par deux maîtres de conférence de l’université Bordeaux 1 (E.

Abraham et J. Degert). Il bénéficiera de l’expertise optique et laser du groupe auquel sont

rattachés ces deux chercheurs. Ce travail sera en grande partie réalisé dans le cadre de la

plateforme COLA du laboratoire. L’étudiant bénéficiera donc également de l’aide de

l’ingénieur de recherche attaché au fonctionnement de cette plateforme.

Ce travail fait l’objet d’une demande de financement par la région Aquitaine et la

DGA.

Contacts :

-

E. Abraham, 05 40 00 31 22,

[e-mail]

-

J. Degert : 05 40 00 89 97,

[e-mail]

-

E. Freysz, 05 40 00 83 13,

[e-mail]