Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Sétif 1 - Ferhat Abbas
Affiliation
Département de Mécanique de Précision
Auteur
BENCHEIKH, Abdelhalim
Directeur de thèse
BOUAFIA Mohamed (Professeur)
Co-directeur
BOUZID Djamel (Professeur)
Filière
Optique et Mécanique de Précision
Diplôme
Doctorat
Titre
Développement d’une technique d’analyse de la phase dans les lasers et interférogrammes
Mots clés
LASER-pompage optique-micro-ondes
Résumé
Depuis sa création, le LASER à occupé une place de taille dans un vaste domaine technologique allant de la recherche fondamentale à la recherche appliquée. Un des enjeux importants est le contrôle de son émission, sa forme gaussienne, sa propagation et sa détection. Cette caractérisation a connu déjà un parcourt scientifique qui mérite d’être rappelé. La réalisation du laser a vu le jour en 1960, mais cela a été le fruit d’un travail qu’a commencé en 1887 avec la première cavité de Fabry pérot et jusqu’à son apparition. On rappelle que le second point de départ était la découverte de l’émission stimulée par Einstein en 1917. C’est ce processus qui est à la base du fonctionnement du laser. En effet, pour faire fonctionner un laser, on doit produire et entretenir un phénomène d’émission stimulée et d’amplification lumineuse. Pour cela, il fallait d’abord trouver le moyen de maintenir une majorité d’atomes à l’état excité grâce à un mécanisme de " pompage " électrique, chimique ou optique. La technique du « pompage optique », élaborée pour la première fois en 1950, valut à Alfred Kastler le prix Nobel de physique en 1966. En effet, à partir de la date 1950, les trois éléments essentiels pour le fonctionnement d’un laser (la cavité, l’émission stimulée et le système de pompage) sont tous réalisés. Cela a conduit à la réalisation du premier maser en 1953 (acronyme de Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Ce maser utilisait de l’ammoniac et produisait un rayonnement monochromatique à une longueur d’onde de 1,25 cm. Au cours des années qui suivirent, de nombreux autres masers furent fabriqués. Tous fonctionnaient dans le domaine des micro-ondes, le pas vers le domaine de la lumière visible et de ses courtes longueurs d’onde semblant infranchissable. Les expérimentateurs de l’époque entrevoyaient déjà les possibilités d’un maser optique, mais concevaient difficilement comment le construire. Le premier laser optique a été conçu par Theodore Maiman en 1960. Maiman réussit à produire le premier faisceau laser optique en déposant une couche d’aluminium réfléchissant à chaque extrémité de la tige d’un barreau de rubis; la lumière monochromatique ainsi piégée dans le milieu actif est amplifiée à chaque réflexion 2 avant de sortir par un minuscule orifice. On obtient ainsi un faisceau d’énergie monochrome cohérent, concentré et rectiligne. La connaissance des caractéristiques du faisceau laser à savoir sa longueur d’onde, sa phase ainsi que les aberrations introduites au cours de sa propagation, est nécessaire afin de pouvoir réussir les diverses applications. Dans ce sens plusieurs travaux de recherche ont été consacrés à l’évaluation de la phase des faisceaux lasers et aux facteurs qui l’affectent tout en développant des montages pour les mesurer. D’autre part, les concepteurs et les utilisateurs des lasers ont en général souhaité disposer d’un faisceau laser le plus apte à générer de petites tâches focales et donc de fortes intensités pour des applications en microscopie et usinage, etc.… La voie utilisée pour obtenir ces faisceaux est l’utilisation de l’optique diffractive sous la forme d’éléments optiques diffractifs de phase et d’amplitude, binaire ou continue. Ce travail de thèse est composé de trois volets ayant un aspect « études », un aspect « simulations » et un aspect « pratique ». Ces parties ont été réalisées sur les faisceaux lasers, et spécialement sur la phase. D’ailleurs, on propose dans ce travail une nouvelle technique pour le calcul de la phase qui se manifeste sous forme d’une aberration sphérique dans un faisceau laser. Grace à une simulation innovante, on a montré qu’un élément optique diffractif de phase est capable de modifier le profile spatiale de l’intensité d’un faisceau laser, en même temps il a été montré aussi que ces éléments de phase sont en mesure d’améliorer la résolution spatiale 3-D des faisceaux lasers. Ainsi, le manuscrit est composé de quatre chapitres décrivant cette thèse. Il s’agit donc d’un premier chapitre consacré à la théorie des faisceaux lasers et aux phénomènes liés aux interférences et interférogrammes. Ce chapitre est divisé en deux sous-parties théoriques; La première décrit l’essentiel de la théorie des faisceaux lasers, la notion des moments d’intensité et tout ce qui est relatif au facteur de qualité M². La seconde partie a été consacrée à des notions générales sur les interférences et les interférogrammes. Le deuxième chapitre a été réservé à un nouveau développement mathématique qu’on a proposé pour le calcul de la phase de l’aberration sphérique pour le cas des faisceaux lasers gaussiens. Cela a permis de calculer de manière bien fondée le facteur de qualité M² pour le cas des faisceaux lasers affectés par des aberrations. Le troisième chapitre relate l’utilisation des éléments optiques de phase pour transformer des faisceaux lasers d’ordre supérieurs (faisceau Laguerre-Gauss) qui se 3 manifestent sous forme d’anneaux concentriques en une tâche unifie de distribution transversale gaussienne. Cela a conduit nécessairement à des résultats intéressants concernant l’amélioration de la résolution tridimensionnelle des faisceaux lasers. Le dernier chapitre a été consacré conjointement à l’utilisation et l’application des faisceaux lasers, car il s’agit d’utiliser le laser dans l’interféromètre de Sagnac, et d’appliquer ce dernier pour la caractérisation et l’évaluation de la distribution de la cohérence spatiale du faisceau laser utilisé. Enfin, notons que la thèse s’achèvera par une conclusion générale et que la bibliographie a été répartie selon son utilisation à la fin de chaque chapitre.
Date de soutenance
2012
Cote
TH 804
Pagination
98P
Format
CD
Statut
Soutenue