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Theses Year : 2020

Optimization of light propagation in disordered media : dwell time, temporal dispersion and focusing

Optimisation de la propagation lumineuse en milieux désordonnés : temps de séjour, dispersion temporelle, et focalisation

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Abstract

Tools from adaptive optics have been used to control light transport through disordered opaque media for fifteen yearsnow. For example, the measurement of the transmission matrix enables us to focus light through scattering media or toretrieve an image blurred by this medium. This thesis, both theoretical and experimental, tackles the optimization of threeproperties of light in complex media by wavefront shaping: stored energy, temporal dispersion and transmitted intensity.Firstly, we establish the expression of an operator for the stored energy in an arbitrary dielectric medium. The eigenvaluedistribution of this operator for a strongly disordered medium is studied, both numerically and analytically, unravelingun upper edge for the stored energy. Secondly, we investigate the temporal control of the transmitted signal through ascattering medium. By using a matrix approach, we show numerically that it is possible to find some wavefronts whichenable us to limit temporal dispersion caused by propagation, as well as having control over the mean output time. In thelast part of this thesis, we study experimentally the feasibility of focusing light through an opaque medium in transmissionsolely by carrying out an optimization of the reflected field.
Depuis bientôt une quinzaine d’années, les outils de l’optique adaptative sont utilisés pour contrôler le transport dela lumière à travers des milieux désordonnés opaques. La mesure de la matrice de transmission optique permet parexemple de focaliser la lumière à travers un milieu diffusant, ou de retrouver une image masquée par ce dernier. Cettethèse, théorique et expérimentale, porte sur l’optimisation par contrôle du front d’onde de trois propriétés de la lumièreen milieu complexe : l’énergie stockée, la dispersion temporelle, et l’intensité transmise. Dans un premier temps, nousétablissons l’expression d’un opérateur pour l’énergie stockée dans un milieu diélectrique arbitraire. La distribution desvaleurs propres de cet opérateur en milieu fortement diffusant est étudiée numériquement et analytiquement, révélantl’existence d’une borne maximale au stockage d’énergie. Dans un second temps, nous nous intéressons au contrôletemporel du signal transmis à travers un milieu diffusant. Par une approche matricielle, nous démontrons numériquementl’existence de fronts d’onde qui permettent de limiter la dispersion temporelle induite par la propagation ainsi que decontrôler le temps moyen de sortie. Dans la dernière partie de cette thèse, nous étudions expérimentalement la possibilitéde focaliser la lumière en transmission d’un milieu opaque lorsque seul le flux réfléchi peut être mesuré et optimisé parfaçonnage du front incident.
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Dates and versions

tel-03150119 , version 1 (23-02-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03150119 , version 1

Cite

Mathieu Durand. Optimisation de la propagation lumineuse en milieux désordonnés : temps de séjour, dispersion temporelle, et focalisation. Physique [physics]. Université Paris sciences et lettres, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPSLS023⟩. ⟨tel-03150119⟩
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