[tel-01101002] Filamentation d'impulsions laser ultra-courtes dans l'air et dans l'eau : étude des processus de transfert d'énergie

Le développement des chaines laser femtoseconde amplifiées a permis de mettre à la disposition des chercheurs des impulsions dont la puissance crête excède quelques Gigawatts. Dans ce régime de puissance, la propagation du faisceau laser est fortement non-linéaire. L'effet Kerr auto-focalise le faisceau qui s'effondre sur lui-même jusqu'à ce que l'intensité soit suffisante pour générer un plasma à effet défocalisant. La compétition dynamique entre l'effet Kerr, l'ionisation et la diffraction permet de conserver une intensité élevée dans le cœur du faisceau sur une grande distance. Dans ce processus, dit de filamentation, l'impulsion lumineuse laisse dans son sillage une mince colonne de plasma faiblement ionisé. Le phénomène de filamentation peut affecter fortement l'impulsion laser et le milieu dans lequel elle se propage. Par le biais de multiples collaborations, je me suis attachée au cours de cette thèse à étudier expérimentalement plusieurs effets liés à la propagation non-linéaire dans les gaz et dans les liquides. Ainsi j'ai réalisé une cartographie des déformations spatio-temporelles de l'impulsion au cours de sa propagation dans l'eau et mis en évidence leurs signatures dans le domaine spatial, spectral, et énergétique. J'ai ensuite caractérisé le dépôt d'énergie dans l'eau liquide et l'onde de choc induite par la relaxation du plasma dans différents régimes de puissance et de focalisation, dans le but d'analyser la génération d'ondes acoustiques par des impulsions laser femtoseconde. Par ailleurs, j'ai étudié le plasma formé à l'intersection de deux filaments dans différents gaz moléculaires et atomiques. J'ai mis en évidence que ses propriétés spatiales et transitoires permettent un filtrage spatio-temporel d'une impulsion incidente, ce qui pourrait constituer une nouvelle alternative aux techniques de filtrage d'impulsions femtoseconde. Enfin, j'ai caractérisé la compression d'impulsions énergétiques dans un guide plan creux et démontré que les impulsions comprimées temporellement pouvaient être utilisées pour la génération d'harmoniques d'ordres élevés, et plus généralement pour la physique de haute intensité.

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