Filamentation laser
En optique non linéaire, la filamentation laser est la propagation d'un faisceau laser dans un milieu transparent sans diffraction. Elle est rendue possible par l'effet Kerr optique qui génère une modification de l'indice de réfraction du milieu en présence d'un champ laser intense, résultant en l'auto-focalisation du faisceau. Typiquement, ce régime est obtenu en propageant une impulsion lumineuse délivrée par un laser femtoseconde amplifié.

La filamentation laser dans l'atmosphère a été observée pour la première fois en 1994 par Gérard Mourou et son équipe de l'Université du Michigan . En propageant dans l'air un faisceau laser femtoseconde de puissance térawatt produit par amplification par dérive de fréquence l'équilibre entre l'auto-focalisation par effet Kerr d'une part et  la diffraction, l'ionisation et la dispersion d'autre part, génère des "filaments" qui agissent comme des guides d'ondes, empêchant ainsi le faisceau de diverger.

La filamentation laser femtoseconde dans les gaz

Auto-focalisation 
Un faisceau laser intense traversant un milieu module l'indice de réfraction du milieu selon

où ,  et  sont respectivement l'indice de réfraction linéaire, l'indice de réfraction de second ordre et l'intensité du champ laser se propageant. L'auto-focalisation se produit lorsque le déphasage dû à l'effet Kerr compense le déphasage liée à la divergence du faisceau. Ainsi, pour un faisceau gaussien ayant traversé une longueur  le déphasage lié à la diffraction d'un faisceau vaut

et le déphasage lié à l'effet Kerr vaut
,
où  ,    (longueur de Rayleigh) et  est le rayon du faisceau gaussien. 

Pour atteindre l'auto-focalisation le déphasage lié à l'effet Kerr doit être au moins égale au déphasage lié à la diffraction. On peut ainsi définir un seuil d'intensité pour l'auto-focalisation

.

En considérant un faisceau gaussien de section    on peut ainsi définir une puissance critique d'auto-focalisation

.
avec
.

Notons que pour s'auto-focaliser un faisceau laser doit avoir une puissance crête supérieure à la puissance critique   (quelques gigawatts dans l'air à 800 nm) mais ce n'est pas une condition suffisante. En effet, dans le cas d'impulsions laser infrarouge (IR) de durée nanoseconde ou supérieure, des phénomènes de bremsstrahlung inverse et d'ionisation par avalanche vont apparaître pendant le collapsus du faisceau et générer un claquage optique. Le plasma dense et opaque alors produit empêche l'établissement du régime de filamentation.

Applications de la filamentation laser dans l'air 
De nombreuses applications ont été proposées pour la filamentation laser femtoseconde dans l'atmosphère.

Les principales sont listées ci-dessous.

 LIDAR à lumière blanche.
 Contrôle de décharges électriques par laser.
 Paratonnerre laser.
 Génération d'impulsions térahertz.
 Condensation de gouttelettes dans la perspective provoquer artificiellement la pluie .

Références

Voir aussi

Articles connexes 
 Laser femtoseconde
 Optique non linéaire

Lien externe 
Filamentation.org : portail qui répertorie toutes les publications scientifiques liées à la filamentation laser femtoseconde.

Optique non linéaire
Laser
En optique non linéaire , la filamentation laser est la propagation d' un faisceau laser dans un milieu transparent sans diffraction . Elle est rendue possible par l' effet Kerr optique qui génère une modification de l' indice de réfraction de le milieu en présence d' un champ laser intense , résultant en l' auto-focalisation de le faisceau . Typiquement , ce régime est obtenu en propageant une impulsion lumineuse délivrée par un laser femtoseconde amplifié . La filamentation laser dans l' atmosphère a été observée pour la première fois enpar Gérard Mourou et son équipe de l' Université de le Michigan \ . En propageant dans l' air un faisceau laser femtoseconde de puissance térawatt produit par amplification par dérive de fréquence l' équilibre entre l' auto-focalisation par effet Kerr d' une part et la diffraction , l' ionisation et la dispersion d' autre part , génère de les " filaments " qui agissent comme de les guides d' ondes , empêchant ainsi le faisceau de diverger . La filamentation laser femtoseconde dans les gaz Auto-focalisation Un faisceau laser intense traversant un milieu module l' indice de réfraction de le milieu selon où , et sont respectivement l' indice de réfraction linéaire , l' indice de réfraction de second ordre et l' intensité de le champ laser se propageant . L' auto-focalisation se produit lorsque le déphasage dû à l' effet Kerr compense le déphasage liée à la divergence de le faisceau . Ainsi , pour un faisceau gaussien ayant traversé une longueur le déphasage lié à la diffraction d' un faisceau vaut et le déphasage lié à l' effet Kerr vaut où , ( longueur de Rayleigh ) et est le rayon de le faisceau gaussien . Pour atteindre l' auto-focalisation le déphasage lié à l' effet Kerr doit être à le moins égale à le déphasage lié à la diffraction . On peut ainsi définir un seuil d' intensité pour l' auto-focalisation . En considérant un faisceau gaussien de section on peut ainsi définir une puissance critique d' auto-focalisation . avec . Notons que pour s' auto-focaliser un faisceau laser doit avoir une puissance crête supérieure à la puissance critique ( quelques gigawatts dans l' air ànm ) mais ce n' est pas une condition suffisante . En effet , dans le cas d' impulsions laser infrarouge ( IR ) de durée nanoseconde ou supérieure , de les phénomènes de bremsstrahlung inverse et d' ionisation par avalanche vont apparaître pendant le collapsus de le faisceau et générer un claquage optique . Le plasma dense et opaque alors produit empêche l' établissement de le régime de filamentation . Applications de la filamentation laser dans l' air De nombreuses applications ont été proposées pour la filamentation laser femtoseconde dans l' atmosphère . Les principales sont listées ci-dessous . LIDAR à lumière blanche . Contrôle de décharges électriques par laser . Paratonnerre laser . Génération d' impulsions térahertz . Condensation de gouttelettes dans la perspective provoquer artificiellement la pluie \ . Références Voir aussi Articles connexes Laser femtoseconde Optique non linéaire Lien externe Filamentation.org \ : portail qui répertorie toutes les publications scientifiques liées à la filamentation laser femtoseconde . Optique non linéaire Laser