Instabilités crées par mélange à quatre ondes dans une vapeur atomique. Chaos et morphogénèse.
Résumé
The interaction of two counterpropagating electromagnetic waves of same frequency and same linear polarisation induces the generation of new waves when the intensity of these pump beams exceeds a threshold value. These new waves are called instabilities and are emitted in directions different from the direction of propagation of the pump beams. In this PhD work, the instabilities generated by two counterpropagating beams in a Rubidium vapor are studied in two different experiments. In the first experiment, an intense beam propagates in the non linear medium and is reflected on a feedback mirror so that the reflected field propagates also in the non linear medium. When the intensity exceeds a threshold value and the frequency of the beam is tuned near the D1 transition of Rubidium 85, off-axis instabilities are emitted. They propagate between the non linear medium and the feedback mirror and are reflected by this mirror. Their transverse pattern in far field consists of concentric rings, double spots or of 'Flowers' consisting of an odd number of spots ('petals') distributed on a circle. The theoretical and experimental study of such instabilities makes it possible to predict and observe the number of petals versus the different parameters of the system In particular, these studies show also that the intensity of the instabilities could be either static, periodic or chaotic. In the second experiment, the laser beam is divided in two pump beams conterpropagating in the non linear medium. No feedback mirror is used. The far field patterns consist of rings, double spots or hexagons. This experiment shows important analogies with hydrodynamics.
Deux ondes électromagnétiques intenses de même fréquence et de même polarisation se propageant dans des sens opposés dans un milieu non-linéaire génèrent au dessus d'une certaine intensité seuil, des nouvelles ondes appelées instabilités qui sont émises spontanément dans des directions différentes de celles des pompes. Ce travail de thèse a consisté en l'étude des instabilités générées dans une vapeur de Rubidium dans deux situations expérimentales différentes. Dans la première expérience, une onde pompe intense se propage dans le milieu non-linéaire, se réfléchit sur un miroir de rétroaction et est alors réinjectée dans le milieu non-linéaire. Pour une intensité suffisante et une fréquence adaptée de l'onde pompe, des instabilités sont émises. Elles pourront se réfléchir sur le miroir de rétroaction et être réinjectées dans le milieu non-linéaire. Leur structure transverse en champ lointain est alors constituée de diverses figures telles que des anneaux concentriques, deux points diamétralement opposés ou des figures comportant un nombre pair de taches réparties sur un cercle et appelées 'marguerites'. L'étude théorique de ces instabilités associée à une étude expérimentale a permis de prédire et de décrire le comportement des différentes instabilités émises en fonction des différents paramètres du système. En particulier ces études ont montré que l'intensité des instabilités pouvait être statique, périodique ou chaotique. La deuxième expérience ne comporte pas de miroir de rétroaction et le faisceau laser est séparé en deux ondes pompes se contrepropageant dans le milieu non-linéaire. En champ lointain, les instabilités transverses sont constituées par un seul anneau, deux points diamétralement opposés ou des hexagones. L'intensité de ces instabilités peut être chaotique et l'étude de ce chaos été réalisée.
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