Abstract EN:

Ce travail de thèse a pour sujet le développement du modèle appelé modèle d’inde X (X-wave model) pour la filamentation d’impulsions laser ultra-courtes. La filamentation a été découverte pour la première fois au début des années 1960 et a beaucoup attiré l’attention depuis, en raison des nombreux phénomènes physiques non-linéaires impliqués et des applications possibles des filaments. Le modèle d’onde X propose une vision de la filamentation qui, en fait, n’est pas complètement nouvelle, dans le sens que c’est une évolution de l’idée originale de propagation stationnaire et de type solitonique, proposée par Townes et collaborateurs. Maintenant il est bien connu que le filament ne peut pas être identifié avec un soliton ou un paquet d’onde réellement stationnaire, mais plutôt à un état extrêmement dynamique continuellement en évolution, donnant lieu à une cassure temporelle de l’impulsion (splitting), une recombinaison éventuelle des sous impulsions, et à un fort élargissement spectral. Le modèle d’onde X est basé sur l’hypothèse que, malgré tout, la dynamique globale est dominée par l’évolution spontanée de l’impulsion vers un état stationnaire linéaire. Cet état stationnaire a été identifié avec l’onde X, une onde (paquet d’onde) conique particulière dans laquelle un flux d’énergie se propage sur une surface conique, remplissant continuellement un pic central intense. Les ondes X étant stationnaires dans les deux régimes, linéaire et non linéaire respectivement (se distinguant ainsi des solitons), la dynamique du filament peut être décrite comme une diffusion continue d’états d’ondes coniques stationnaires. Pour pouvoir étudier les détails de ce processus, il faut nécessairement considérer la nature complète du couplage en espace et en temps de la filamentation. Pour cette raison, nous avons développé une nouvelle technique de diagnostics spectraux, décrite dans le chapitre 3, qui dépasse certaines limites propres aux méthodes traditionnelles de caractérisation d’impulsions laser. Cette caractérisation spectrale, combinée avec une interprétation basée sur la description en tant qu’ondes X des impulsions qui interagissent dans le système, apporte une compréhension profonde des nombreux processus associés à la filamentation, comme par exemple la séparation temporelle de l’impulsion (pulse splitting), l’émission conique, la génération super continuum, et les vitesses de groupe de l’impulsion inférieures ou supérieures à la vitesse de groupe de référence du milieu. La partie finale de ce travail de thèse est dédiée à l’étude de l’interaction entre filaments et une impulsion plus faible (seed) qui ne filamente pas. L’effet de la modulation de phase croisée (cross-phase-modulation) domine l’interaction entre les impulsions et entraîne l’émission conique de l’impulsion de faible énergie (seed). Cette émission conique a une vitesse de groupe qui est en accord avec celle de l’impulsion de pompe en forme de filament ; cette découverte a des conséquences importantes. En accordant la longueur d’onde du seed sur celle de la composante Stokes de l’effet Raman, on peut observer la formation de ce que nous avons appelé les ondes X Raman, une amplification extrêmement efficace qui a lieu grâce à la réduction du désaccord entre la vitesse de groupe de la pompe et la composante de Raman. Ces idées sont enfin étendues au cas de réseaux de filaments, confirmant la compréhension unique que le modèle d’ondes X nous apporte, et la possibilité d’exploiter les interactions non-linéaires où intervient la filamentation pour de futures applications.