Dans ce travail de thèse nous avons exposé une nouvelle méthode simple et efficace basée sur l'autofocalisation de faisceaux qui permet l'induction de guides optiques au cœur de matériaux photoréfractifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyroélectrique des matériaux ferroélectriques qui permet de générer un effet non linéaire focalisant contrôlé par une augmentation de quelques degrés de la température du matériau. La démonstration expérimentale est réalisée dans les échantillons de LiNbO³ non dopé. Une analyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spatiaux dénommés " pyrolitons ". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes dans le matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/LiNbO³ ont également été observés grâce à cet effet non linéaire contrôlé par la pyroélectricité. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle numérique 3-D qui prend en compte la dynamique de l'effet photoréfractif. La non linéarité optique commandée en température révélée dans ce travail peut faciliter la mise en évidence de nouveaux concepts. En outre, la technique de photo-inscription associée ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de circuits optiques 3-D dans le LiNbO³, matériau de référence pour la photonique.

CETTE THESE PROPOSE UNE MISE EN EVIDENCE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'AUTO-FOCALISATION D'UN FAISCEAU LASER DANS PLUSIEURS ECHANTILLONS DE CRISTAL PHOTOREFRACTIF (BI#1#2TIO#2#0, SR#XBA#1#-#XNB#2O#6 ET BATIO#3). ELLE PROPOSE EN OUTRE D'ETUDIER COMMENT ET DANS QUELLES CONDITIONS L'AUTO-FOCALISATION PEUT CONDUIRE A LA PROPAGATION DE FAISCEAU NON-DIVERGENTS, C'EST-A-DIRE DE SOLITONS SPATIAUX. NOUS AVONS PU, GRACE A DES HYPOTHESES ADAPTEES A LA PROPAGATION DE SOLITONS SPATIAUX, DERIVER DU MODELE DE TRANSPORT PAR BANDE DE KUKHTAREV UNE EQUATION DE PROPAGATION DEPENDANT EXPLICITEMENT DU TEMPS. ELLE PERMET DE DECRIRE LA PROPAGATION DE TOUT PROFIL DE FAISCEAU RESPECTANT LES HYPOTHESES. NOUS AVONS ANALYSE CETTE EQUATION EN MONTRANT QU'ELLE PERMETTAIT LA PROPAGATION DE SOLITONS SPATIAUX, DONT NOUS AVONS ETUDIE LE COMPORTEMENT. NOUS AVONS EGALEMENT PU METTRE EN EVIDENCE DIVERS PHENOMENE QUE CETTE EQUATION DECRIT, TELS QUE LE BRANCHEMENT OPTIQUE. GRACE A LA CONCEPTION D'UN BANC EXPERIMENTAL ORIGINAL, NOUS AVONS OBSERVE LE PHENOMENE D'AUTO-FOCALISATION DANS LES TROIS CRISTAUX MENTIONNE CI-DESSUS, AINSI QUE DES PHENOMENE DE BRANCHEMENT OPTIQUE DANS BATIO#3. L'ANLYSE THEORIQUE CONDUITE CI-DESSUS NOUS PERMET D'AFFIRMER QUE NOUS AVONS OBSERVE LA PROPAGATION DE SOLITONS SPATIAUX PHOTOREFRACTIFS : L'EXPERIENCE A PERMIS DE VALIDER NOTRE MODELE THEORIQUE

Le développement récent des fibres à large cœur quasi-monomodes a permis une montée en puissance rapide des lasers à fibre. En effet, l'utilisation d'un gros cœur permet de limiter les effets non linéaires indésirables et d'augmenter les seuils de dommage. Afin de poursuivre la montée en puissance, nous avons exploré une voie originale utilisant des fibres amplificatrices dopée Ytterbium à très large cœur, donc multimodes, suivies d'interactions non linéaires de remise en forme. Deux concepts ont été étudiés pour la restitution d'un faisceau limité par la diffraction :<br />- le premier réalise la remise en forme par effet photoréfractif dans un cristal de Rh:BaTiO3. Un schéma original a été proposé et validé expérimentalement. Ce convertisseur de mode transforme tout faisceau laser cohérent, dépolarisé et aberrant en un faisceau polarisé et limité par la diffraction,<br />- le second est issu d'une étude théorique et expérimentale détaillée de la rétrodiffusion Brillouin stimulée (SBS) dans des fibres multimodes. S'il est bien connu que des effets de conjugaison de phase ou de nettoyage de faisceau peuvent être observés par SBS dans les fibres multimodes, leurs conditions d'observation le sont moins. Cette étude permet de définir les conditions dans lesquelles les effets de conjugaison de phase (fibre à saut d'indice courte) ou de nettoyage de faisceau (fibres à gradient d'indice) sont attendus. Le schéma original proposé et validé expérimentalement est une cavité Brillouin auto-alignée contenant une fibre multimode à gradient d'indice. La remise en forme est effectuée par réflexion efficace du faisceau multimode vers le mode fondamental de la fibre à gradient d'indice.

Cette these a pour cadre l'optimisation de films minces (1-10 microns) polymeres hybrides pour la realisation de composants passifs et actifs de l'optique integree. Nous avons plus precisement etudie la mobilite de molecules d'azobenzene soumises a des excitations electriques et photoniques dans deux types de matrices sol-gel : - dans une matrice faiblement reticulee, le processus de photo-isomerisation conduit a des phenomenes de migration moleculaire pouvant provoquer des deformations de surface spectaculaires (> 1 micron). Notre etude a porte plus particulierement sur la reponse du materiau vis-a-vis du de l'intensite, de la polarisation et des frequences spatiales de la figure d'illumination (franges d'interferences). On decrit aussi la realisation d'un coupleur a reseau, qui constitue l'un des composants passifs de l'optique integree. - dans une matrice fortement reticulee, l'orientation thermo-assistee des molecules d'azobenzene par un champ electrostatique applique au film permet de briser la centrosymetrie du materiau et de lui conferer des proprietes non-lineaires quadratiques. Les mecanismes d'orientation ont ete plus finement etudies en analysant l'influence de la concentration moleculaire sur l'efficacite du doublage de frequence par le materiau. On montre qu'un moyen d'ecranter les interactions dipolaires et ainsi d'augmenter notablement la mobilite des molecules actives est d'incorporer dans le materiau des groupements steriques passifs. Appliquee a des molecules optimisees par l'ingenierie moleculaire, cette strategie supramoleculaire a permis d'obtenir de forts coefficients electro-optiques stables a temperature ambiante et depassant ceux des meilleurs materiaux inorganiques (> 50 pm/v a 832 nm). Si de plus, les groupements steriques presentent des proprietes de photoconduction, on realise un materiau photorefractif. Nous avons analyse les proprietes originales d'un systeme presentant un effet photorefractif sans champ applique. .

Non disponible

Etude des paramètres caractéristiques de l'effet photorefractif dans l'oxyde de bismuth germanium (bi12Ge020) par des expériences de diffraction d'ondes optiques. Ces résultats sont mis a profit pour la réalisation d'un amplificateur d'ondes optiques base sur le couplage dans le matériau. Les principaux paramètres photorefractifs mesures sont: la longueur de diffusion des porteurs de charge; la densité de centres ionises dans le noir; la photoconductivité. L'influence du dopage sur ces paramètres est discutées. Des améliorations des performances du bi12Geo20 sont obtenues en appliquant un champ alternatif créneau au cristal. Nous avons réalise des expériences de couplage d'onde sous champ créneau et en avons développé une description analytique. Cette technique intensifie le transfert d'énergie entre deux ondes

Nous avons démontré que la correction de fronts d'onde de faisceaux lasers impulsionnels (nanoseconde) pouvait être réalisée par mélange d'ondes dans un cristal photoréfractif. Nous avons commence par déterminer le matériau photoréfractif le mieux adapte pour cette application. Pour des raisons d'efficacité photoréfractive et de tenue en puissance, notre choix s'est porte sur le titanate de baryum. Cela a conditionne le choix de la longueur d'onde utilisée (532 nm) pour cette démonstration. Nous avons étudié un premier dispositif de correction base sur le transfert d'énergie d'un faisceau fort vers un faisceau faible qui, par mélange d'ondes photoréfractif, peut être obtenu sans qu'il y ait de transfert de phase. Dans cette étude nous avons mesure les variations de l'amplification en fonction de différents paramètres (cohérence temporelle, rapport des énergies des faisceaux) et observe les variations de l'effet photorefractif en fonction de la densité de puissance dans le titanate de baryum. Nous avons aussi démontré la correction des déformations introduites par un objet de phase et cela pour différentes densités d'énergie incidente. Une deuxième méthode de correction est basée sur la compensation d'un aberrateur de phase par double passage. On a commence par préciser la notion de conjugaison de phase. Puis, nous avons étudié en particulier un miroir a conjugaison de phase auto pompe, l'oscillateur a boucle de réaction, qui fonctionne sur le principe du mélange a quatre ondes dans un cristal photoréfractif. Nous avons montre expérimentalement que des transformations des faisceaux dans la boucle de réaction améliorent la qualite de la conjugaison de phase et nous avons réalisé la compensation d'objets de phase par double passage en régime impulsionnel. La dernière partie est consacrée a l'étude comparative des deux dispositifs tels qu'ils pourront être mis en oeuvre pour la correction dynamique des lentilles thermiques dans les amplificateurs lasers solides.

Nous avons développé un véritable instrument de mesure et de caractérisation en temps réel des réseaux dynamiques photoinduits dans des matériaux holographiques. La technique des réseaux mobiles utilisée ne suppose pas connue la nature du reseau. Elle caracterise les modulations d'indice et d'absorption, a savoir leurs amplitudes et leurs dephasages par rapport au système de franges d'inscription. Il suffit de translater le reseau pendant un temps tres bref perpendiculairement aux franges, et de détecter les variations d'intensité des faisceaux qui les forment. Nous avons évalué les capacités et les limitations de ce dispositif qui fournit, pour la premiere fois, la cinetique de l'ensemble des paramétrés des reseaux. Nous l'avons adapte aux différents types de materiaux étudiés. Dans des matériaux photorefractifs organiques, le déphasage du réseau d'indice mesure indique bien un effet non local, dont les manifestations sont compatibles avec l'effet photorefractif qui serait cree par orientation des chromophores sur la direction du champ total. Nous avons aussi décelé un petit réseau d'absorption en quadrature avec le réseau d'indice majoritaire. Dans les sol-gels mous sik-dr1, nous avons sépare le réseau de surface du réseau de photoisomerisation, et mesure directement pour la premiere fois le déphasage de des réseaux de surface. Mettant un terme a un débat résultant d'expériences indirectes et controversées, cette valeur est en accord avec les modeles de photomigration. Nous avons montre que la variation temporelle quasi linéaire du déphasage des réseaux, observée avec des matériaux sol-gels et des cristaux liquides, est un artefact experimental qui affecte l'analyse de tous les matériaux lents : ce sont les franges d'inscription qui bougent par rapport au réseau photoinduit. Cette derive des franges est a l'origine des phénomènes de transfert d'énergie décrits dans certains de ces matériaux lents.

Ce manuscrit présente l'étude de l'effet photorefractif dans le proche infrarouge et, plus particulièrement, l'étude des matériaux sensibles dans cette gamme de longueurs d'onde. la première partie du travail a consiste a étudier les matériaux existants, provenant de la microélectronique, le GaAs et l'InP. Les études réalisées, tant expérimentales que théoriques, ont permis de comprendre leurs propriétés et de mettre en évidence leurs limitations, notamment pour les applications dans la gamme de longueurs d'onde autour de 1,3 m. au vu de ces résultats, nous avons propose une technique d'optimisation des performances de gaas utilisant l'irradiation électronique. L'irradiation induit une légère variation du niveau de fermi, qui doit favoriser l'effet photorefractif a 1,3 m. Les résultats obtenus ont montre que l'effet attendu était fortement contrebalance par la création au milieu de la bande interdite, d'un défaut d'irradiation. L'influence directe de ce défaut a été établie grâce au développement d'un modèle théorique de l'effet photorefractif prenant en compte deux niveaux de pièges profonds. En parallèle a cette étude de l'effet d'irradiation, nous avons travaille sur les composes ii-vi, comme le CdTe. Les premiers cristaux étudiés présentent des gains photorefractifs intéressants avec des faisceaux de faible puissance. Ces résultats confirment les promesses de ces cristaux pour une extension de l'effet photorefractif vers 1,5 m. Pour finir, nous présentons une technique d'amplification du gain photorefractif qui utilise l'application d'un champ alternatif carre. une augmentation du gain d'un ordre de grandeur est obtenue.