Modélisation de structure dynamique dans un champ optique

Abstract

Le piégeage optique se présente maintenant, depuis quelques décennies, comme une thématique majeure à l'intersection de diverses disciplines. Depuis les résultats d'Ashkin, de nombreux travaux ont été effectués dans le piégeage et le guidage d'objets physiques (particules, molécules, bactéries, etc.) de toutes tailles. Ces derniers caractériseront alors, devant la longueur d'onde, le domaine optique dans lequel nous nous placerons (Rayleigh, Mie, Optique géométrique).Notre travail porte donc sur l'étude des propriétés de chaînes linéaires périodiques de gouttelettes (huile), placées dans l'eau, et soumises à deux faisceaux laser horizontaux contra-propageants de profil gaussien. Nous démontrons qu'il est possible d'établir un ordre spatial sur un ensemble de grosses gouttes (devant la longueur d'onde) suivant une structure périodique. L'originalité d'un tel système réside dans le fait que la lumière peut alors être refocalisée par l'ensemble des gouttes espacées périodiquement. Cette périodicité peut ainsi, dans certains cas, conférer au faisceau une refocalisation périodique au sein du réseau. Cette première étude, en limite statique, nous permet ainsi de mettre en évidence les conditions de couplage des modes liés aux chaînes de gouttes. En particulier, nous caractérisons la présence de modes de Bloch où le faisceau se propage avec une périodicité équivalente à celle du réseau. Cela nous amène à remarquer que ces conditions modales sont soumises au paramètre de phase gaussien "Thêta" (phase de Gouy). Ainsi, bien que structuré à une échelle largement supérieure, nous mettons en évidence théoriquement des propriétés analogues à celle des cristaux photoniques, conférées par la périodicité des chaînes de gouttes. Ce qui nous permet, en conséquence, de démontrer l'existence de bandes interdites, nous amenant à définir un ensemble de modes guidants/nonguidants de cette chaîne. Cette étude statique est, par la suite, étendue d'un point de vue dynamique en considérant l'effet des forces optiques sur les gouttes. Nous démontrons ainsi qu'il est possible de piéger optiquement de telles gouttes sur des états d'équilibres stables. Au-delà desquels nous mettons en évidence, à travers une étude paramétrique, l'existence de modes oscillants périodiques ou pseudo-périodiques. Enfin, nous prenons en compte les phénomènes de collisions par coalescence, entraînant une réorganisation des répartitions de champs optiques qui peuvent se traduire par de nouvelles configurations de piégeage