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Couches Minces & Nanomatériaux :

 

Photonique :

L'activité en photonique est centrée sur l’élaboration et la caractérisation de milieux optiquement hétérogènes présentant des propriétés originales en termes d'interaction lumière matière. Deux aspects ont été privilégiés :

• observer des phénomènes de propagation linéaire et non-linéaire de faisceaux lasers, en particulier leur propagation soliton, dans les cristaux liquides nématiques
• développer des moyens d’en mesurer les paramètres pertinents (non-localité i.e. variations d’indice photo-induite, temps de réponse, stabilité…). Inversement, la propagation type soliton devient un outil d'investigation de matériaux nouveaux tels que les nano- particules dispersées dans une matrice anisotrope.

 

a – Nos résultats récents :

Il y a quelques années, nous avons mis en évidence un régime de propagation laser de type « soliton spatial » dans des cristaux liquides. Ce type de propagation correspond à une collimation du faisceau, due à un effet d’auto-focalisation initié ici par une réorientation moléculaire au sein du cristal liquide. Nous avons mis en place deux techniques de mesure destinées à caractériser cette propagation, l’une basée sur l’utilisation de la spectrométrie Raman et l’autre sur les propriétés de guidage optique propres aux solitons.

 

• La spectroscopie Raman permet de quantifier le caractère fortement nonlocal de la variation d’indice accompagnant la réorientation moléculaire, gage de stabilité pour les solitons spatiaux [P1]. D’autres études complémentaires réalisées par interférométrie sont venues conforter ce résultat (figure 1)

 

a	b
Figure 1 : Interférogrammes correspondant à l’obtention d’un soliton spatial (a : sans laser, b : avec laser, le faisceau se propage de la gauche vers la droite) : la déformation des franges lors de l’application du rayonnement témoigne de la variation non locale d’indice au sein du cristal liquide

 

• La stabilité d’un soliton requiert des conditions sur la non-localité qu'il est donc nécessaire de pouvoir contrôler. Dans nos systèmes à base de cristal liquide, cette non-localité est fortement liée à l'élasticité intrinsèque de ces matériaux et à d'éventuels champs électriques appliqués. Nous avons donc joué sur ces deux paramètres. D’une part en modifiant l'élasticité par l’insertion d’un réseau peu dense de polymère au sein du cristal liquide [P2] et d'autre part en appliquant une tension stabilisatrice dans l’axe du soliton [P3]. Cette dernière approche s’est avérée prometteuse en terme d’amélioration du rapport signal sur bruit associé au couplage optique obtenu entre deux fibres optiques via un soliton (figure 2).

 

Figure 2 : Fonction de couplage obtenu en induisant d’un soliton entre deux fibres optiques conductrices (en pointillés), entre lesquelles une tension stabilisatrice (V= 4 volts) est appliquée (S/N= 8 dB)

 

b – L'avenir :

La propagation soliton étant intimement corrélée aux propriétés du matériau dans lequel il se propage, nous explorons maintenant l’association cristaux liquides/particules inorganiques, dans le but d'une part de compléter notre connaissance de ces interactions lumière-matière et de potentiellement mettre au point des matériaux optiques innovants. Trois pistes sont exploitées :

• Étude et caractérisation de matériaux à base de cristal liquide dont la fonction diélectrique est modifiée par dispersion de nanoparticules à propriétés ferroélectriques.
• Étude et caractérisation de matériaux à base de cristal liquide dont les propriétés réfractives sont modifiées par ajout de nanoparticules métalliques (notion de métamatériaux à indice accordable).
• Recherche de phénomènes de localisation forte de la lumière, liés à l’insertion de particules diffusantes à fort contraste d’indice au sein des cristaux liquides.

Les solitons sont ici utilisés comme un moyen de sonder de manière faiblement invasive les propriétés réfractives et diffusives des mélanges préparés.

 

Publications :

 

• P1. Experimental study of the nonlocality of spatial optical solitons excited in nematic liquid cristal

  J.F. Henninot, J.F. Blach, M. Warenghem
  Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 9 (2007) 20-25.

• P2. Observation of spatial optical soliton launched in biased and bias free Polymer stabilized nematic

  J.F. Blach, J.F. Henninot, M. Petit, A. Daoudi, M. Warenghem
  Journal of the Optical Society of America B 24 (2007) 1122-29.

• P3. The investigation of an electrically stabilized optical spacial soliton induced in a nematic liquid crystal

  J.F. Henninot, J.F. Blach, M. Warenghem
  Journal of optics A : Pure and Applied Optics 10 (2008) 085104.

 

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