"Optical vortices are singularities in phase fronts of laser beams. They are characterized by a dark core whose size may dramatically affect their behavior upon propagation. Previously, only large-core vortices have been extensively studied. The object of the research presented in this dissertation was to explore ways of generating small-core optical vortices (also called optical vortex filaments), and to examine their propagation using analytical, numerical and experimental methods. Computer-generated holography enabled us to create arbitrary distributions of optical vortex filaments for experimental exploration. We used hydrodynamic paradigms to develop an heuristic model which described the dependence of vortex motion on other vortices and the background beam, both qualitatively and quantitatively. We predicted that pair of optical vortex filaments will rotate with angular rates inversely proportional to their separation distance (just like vortices in a fluid). We also reported the first experimental observation of this novel fluid-like effect. It was found, however, that upon propagation in linear media, the fluid-like rotation was not sustained owing to the overlap of diffracting vortex cores. Further numerical studies and experiments showed that rotation angle may be enhanced in nonlinear self-defocusing media. The results presented in this thesis offer us a better understanding of dynamics of propagating vortices which may result in applications in optical switching, manipulation of micro-particles and optical limiting."

No description available.

Les cristaux liquides ont été tout le long un terrain fertile pour la recherche scientifique, des mathématiques à la science des matériaux, à l'optique. Leur utilisation ne se limite pas seulement à l'optique d'afficheurs mais s'étend à l'optique non linéaire, par exemple, à la commutation et au routage de faisceaux optiques. En raison de leur extrême sensibilité aux champs électriques, et ce sur une plage de fréquences allant du continu aux fréquences optiques, ils sont aussi utilises comme milieu non linéaires aptes à générer des faisceaux optiques auto-confinés, appelés solitons spatiaux optiques, à de très faibles puissances. Ces faisceaux ont la propriété de se propager sans diffraction, du fait que cette dernière est compensée par l’auto-focalisation non linéaire du milieu, avec formation de guides d'onde auto-induites. Dans les cristaux liquides nématiques, ces guides d'ondes peuvent à leur tours confiner et guider d’autres signaux optiques et peuvent être reconfigurés, soit optiquement, soit électriquement, du fait que la trajectoire des solitons peut être contrôlée par d'autres champs, ouvrant ainsi la voie à la manipulation tout-optique. Récemment, les cristaux liquides nématiques ont été également utilisés avec succès dans l'optique dite singulière, dans laquelle le paramètre clef est la singularité topologique portée par la phase de l'onde électromagnétique. Dans cette thèse, je rendrai compte de mon travail sur les solitons optiques spatiaux et les singularités optiques dans les cristaux liquides nématiques. / Liquid crystals have been all along a fertile background for scientific research, from mathematics to material science and optics; their use is not limited to displays but extends to nonlinear optics, for instance, to switching and routing of optical beams. Due to their extreme sensitivity to electric fields, and this at frequencies ranging from continuous to optical ones, they are also nonlinear media supporting the generation and propagation of self confined beams, called spatial optical solitons, at very low powers. Spatial optical solitons have the property to propagate without diffraction, since this is compensated by nonlinear self-focusing in the medium, resulting in self-induced waveguides. In nematic liquid crystals, these waveguides can in turn confine and route other optical signals and can be reconfigured, either optically or electrically, as soliton trajectories can be controlled by other fields, paving the way to all-optical manipulation. Nematic liquid crystals have also been recently employed with success in the so-called singular optics, in which the key parameter is the topologic singularity carried by the phase of an electromagnetic wave. In this thesis I will report on my work on spatial optical solitons and optical singularities in nematic liquid crystals.