Non linéarités optiques dans les matériaux xérogels et polymères dopés. Application a la protection passive de senseurs contre les impulsions laser.
Résumé
The thesis concerns the study of some nonlinear optical properties exhibited by new organic molecules trapped in xerogels and polymers solid matrices. This work is airned to protect detectors like eyes or CCD captors against laser threat. These materials behave like passive optical limiters : the transmitted radiance decreases as an intense laser pulse interacts with the material. The trapped molecules in solid matrices are supposed to remain active during several months or years. We have showed that whatever the solid or liquid medium, the performances of protection are comparable. Arnong the numerous nonlinear mechanisms, we have studied the reverse saturable absorption (RSA) with derivated phtalocyanines and porphyrins chromophores, the nonlinear refiaction (NLR) and the two photon absorption (TPA). The various experiments with pulsed lasers of nanosecond, picosecond and sub-picosecond duration were used to estimate the contribution of the different mechanisms occuring instantaneously : we showed using Z-scan experiments that solid doped with RSA chromophores could also exhibit NLR. Quadripolar organic molecules exhibiting TPA are found to have large absorption cross section of excited states, like RSA. We finally studied induced scattering in a refiaction index matched inhomogeneous medium composed of one porous xerogel and a mixture of nonlinear solvants. To analyse and fit most of experimental results, we developped numerical simulations based on Beam Propagation Method. One isolated mechanism is not always sufficient to achieve an ideal protection. A solution is the combination of several mechanisms in order to increase the efficiency of the optical limiting system and to get a large spectral bandwidth protection.
Ce memoire est consacre a l'etude de certaines proprietes optiques non lineaires de nouvelles molecules organiques piegees dans des matrices solides xerogels et polymeres. Ces travaux concernent divers processus non lineaires presents dans ces materiaux solides dans le but de preserver les detecteurs photoniques tels que l'il ou les capteurs ccd contre l'agression laser. Ces materiaux fonctionnent comme des limiteurs optiques passifs : ils reagissent a la presence d'un rayonnement laser impulsionnel suffisamment intense en affaiblissant la luminance transmise. Parmi les differents mecanismes non lineaires, nous avons etudie les processus : d'absorption saturable inverse (asi) avec des chromophores de la famille des phtalocyanines et des porphyrines, de refraction non lineaire (rnl) et d'absorption a deux photons (adp). L'utilisation de lasers impulsionnels de duree nanoseconde, picoseconde et sub-picoseconde nous a permis d'evaluer la contribution des differents processus mis en jeu grace a un grand nombre d'experiences. Nous avons mis en evidence par des experiences de z-scan que des matrices solides dopees avec des chromophores asi presentent egalement de la rnl. Des molecules organiques du type quadripolaire exhibant le mecanisme adp semblent posseder une forte absorption des etats excites, comme pour les asi. Enfin, nous avons aborde l'etude du processus de diffusion induite dans un milieu inhomogene compose d'une matrice xerogel poreuse adaptee en indice avec un melange de solvants aux proprietes non lineaires. Afin d'expliquer de maniere satisfaisante la plupart des mesures experimentales, nous proposons des simulations numeriques basees sur la technique de la bpm. L'exploitation d'un seul mecanisme n'est pas toujours suffisante pour assurer une protection ideale. On peut alors envisager utiliser une combinaison de plusieurs mecanismes pour accroitre l'efficacite du systeme limiteur optique et pour beneficier d'une protection large bande spectrale.
Mots clés
Physique : domaines classiques de la physique (y compris les applications) physique : etat condense : structure electronique. Proprietes electriques. Magnetiques et optiques etude experimentale
optique non lineaire
materiau optique
propriete optique
absorption 2 photons
refraction onde electromagnetique
simulation numerique
methode propagation faisceau
compose organique
phtalocyanine
porphyrine
procede sol gel
absorption saturable inverse
limitation optique.
limitation optique