Introduction à l'optique non-linéaire, qui correspond au régime d'interaction laser-matière que l'on peut explorer à l'aide de lasers intenses, comme par exemple les lasers femtosecondes.
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エコール・ポリテクニーク（École Polytechnique）
シラバス - 本コースの学習内容
週
12時間で修了
De l'optique lineaire à l'optique non-lineaire
Après une brève description de l’origine microscopique de la réponse linéaire d’un matériau, ce chapitre introduira l’origine physique de l’absorption et de l’indice de réfraction. On montrera ensuite comment un régime d’excitation plus élevé impose de sortir du cadre d’une réponse strictement linéaire. Enfin, une introduction au langage Scilab permettra de disposer d’un outil de calcul numérique qui sera utilisé dans toute la suite du cours.
11件のビデオ （合計90分）, 2 readings, 1 quiz
11件のビデオ
Introduction2 分
Modèle simple de la susceptibilité linéaire (1/2)8 分
Modèle simple de la susceptibilité linéaire (2/2)14 分
Absorption et indice de réfraction (1/3)8 分
Absorption et indice de réfraction (2/3)5 分
Absorption et indice de réfraction (3/3)11 分
Introduction à l'optique non-linéaire (1/2)7 分
Introduction à l'optique non-linéaire (2/2)7 分
Calcul numérique avec Scilab (1/3)9 分
Calcul numérique avec Scilab (2/3)6 分
Calcul numérique avec Scilab (3/3)7 分
2件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Programme Scilab10 分
1の練習問題
De l'optique lineaire à l'optique non-lineaire16 分
週
23時間で修了
Transformation de Fourier
On introduira successivement les séries et les transformées de Fourier. L’analyse de Fourier d’un signal sonore nous permettra d’illustrer un certain nombre de propriétés utiles comme par exemple la relation entre largeur temporelle et largeur spectrale, qui sera approfondie en TD. On introduira également des notions importantes comme le retard de groupe et la dérive de fréquence. Enfin, la transformée de Fourier discrète permettra d’illustrer ces notions de manière numérique.
10件のビデオ （合計115分）, 2 readings, 1 quiz
10件のビデオ
Des séries aux transformées de Fourier (2/2)5 分
Analyse de Fourier d'un signal sonore (1/3)7 分
Analyse de Fourier d'un signal sonore (2/3)7 分
Analyse de Fourier d'un signal sonore (3/3)8 分
Quelques propriétés utiles14 分
Calcul numérique: Transformées de Fourier discrètes avec Scilab (1/2)10 分
Calcul numérique: Transformées de Fourier discrètes avec Scilab (2/2)10 分
Transformée de Fourier d'une Gaussienne23 分
Démonstration de la Relation d'incertitudes15 分
2件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Enonces TD: Transformée de Fourier de la Gaussienne et Démonstration de la Relation d'incertitudes10 分
1の練習問題
Transformation de Fourier18 分
週
32時間で修了
Propagation en régime linéaire (domaine temporel)
On établira l’équation de propagation en régime linéaire à partir des équations de Maxwell, puis on discutera plus en détail le cas particulier d’une onde plane. On étudiera ainsi la propagation d’une impulsion brève, dominée par la dispersion chromatique de l’indice de réfraction. Le rôle central joué par la phase spectrale sera illustrée en TD et par des expériences d’interférométrie.
8件のビデオ （合計70分）, 3 readings, 2 quizzes
8件のビデオ
Equation de propagation dans l'espace de Fourier (2/2)8 分
Dispersion d'une impulsion brève (1/3)11 分
Dispersion d'une impulsion brève (2/3)14 分
Dispersion d'une impulsion brève (3/3)10 分
Illustration expérimentale: Mesures de délais4 分
Illustration expérimentale: Mesures de dispersion1 分
Effet de phase spectrale11 分
3件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Illustration Expérimentale 10 分
Enoncé TD3 "Effet de la phase spectrale"10 分
2の練習問題
Propagation en régime linéaire (domaine temporel) (partie 1/2)8 分
Propagation en régime linéaire (domaine temporel) (partie 2/2)10 分
週
41時間で修了
Propagation en régime linéaire (domaine spatial)
Ce chapitre est consacré au cas particulier d’un faisceau monochromatique, ce qui permet d’étudier en détail l’évolution du profil spatial au cours de la propagation dans le cadre de l’approximation paraxiale. On développera notamment l’analogie spatio-temporelle, qui permettra de faire le parallèle entre la diffraction d’un faisceau lumineux et la dispersion d’une impulsion brève.
5件のビデオ （合計39分）, 1 reading, 2 quizzes
5件のビデオ
Propagation d'un faisceau lumineux monochromatique (2/5)9 分
Propagation d'un faisceau lumineux monochromatique (3/5)9 分
Propagation d'un faisceau lumineux monochromatique (4/5)7 分
Propagation d'un faisceau lumineux monochromatique (5/5)3 分
1件の学習用教材
Documents Complémentaires10 分
2の練習問題
Propagation en régime linéaire (domaine spatial) (partie 1/2)8 分
Propagation en régime linéaire (domaine spatial) (partie 2/2)10 分
週
51時間で修了
Propagation en régime non-linéaire
On aborde ici le régime non-linéaire, qui sera traité tout d’abord dans le cas d’une superposition d’ondes monochromatiques. On obtient alors un système d’équations différentielles non-linéaires couplées. Puis, dans le cas d’une impulsion brève, on établira l’équation de propagation non-linéaire dans le cadre de l’approximation de l’onde lentement variable. On discutera enfin de l’influence de la symétrie du matériau sur la nature de sa réponse optique non-linéaire.
5件のビデオ （合計58分）, 1 reading, 1 quiz
5件のビデオ
Impulsions ultrabrèves: approximation de l'onde lentement variable8 分
Equation de propagation non-linéaire dans le domaine temporel16 分
Méthode du pas fractionné12 分
Importance de la symétrie5 分
1件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
1の練習問題
Propagation en régime non-linéaire12 分
週
62時間で修了
Doublage de fréquence
L’optique non-linéaire du deuxième ordre donne lieu à des processus comme l’addition et la différence de fréquences. Ce chapitre porte sur le cas particulier du doublage de fréquence, ou génération de seconde harmonique. On introduira notamment la notion d’accord de phase, qui peut être obtenu par exemple à l’aide d’un matériau biréfringent. La méthode alternative dite du quasi accord de phase sera développée en TD.
9件のビデオ （合計101分）, 2 readings, 2 quizzes
9件のビデオ
Seconde harmonique en régime de faible conversion (1/3)4 分
Seconde harmonique en régime de faible conversion (2/3)8 分
Seconde harmonique en régime de faible conversion (3/3)8 分
Optique linéaire dans les milieux anisotropes (1/2)12 分
Optique linéaire dans les milieux anisotropes (2/2)8 分
Accord de phase par biréfringence12 分
Illustration expérimentale5 分
Quasi accord de phase27 分
2件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Enoncé TD "Quasi accord de phase"10 分
2の練習問題
Doublage de fréquence (partie 1/2)14 分
Doublage de fréquence (partie 2/2)10 分
週
73時間で修了
Mélange à trois ondes
Toujours dans le cadre de l’optique non-linéaire du deuxième ordre, le mélange à trois ondes permet de comprendre l’origine physique du phénomène d’amplification paramétrique, qui permet notamment de concevoir des sources lumineuses accordables sur une très grande gamme spectrale. Les applications en optique quantique seront également brièvement évoquées. Le TD portera sur le doublage de fréquence en régime fort.
9件のビデオ （合計121分）, 2 readings, 2 quizzes
9件のビデオ
Addition et différence de fréquences (2/2)17 分
Amplification paramétrique (1/2)10 分
Amplification paramétrique (2/2)11 分
Accord de phase par biréfringence (1/2)9 分
Accord de phase par biréfringence (2/2)10 分
Brève incursion dans le monde de l'optique quantique15 分
Illustration expérimentale: Amplification Paramétrique Optique4 分
SHG en regime fort24 分
2件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Enonce TD: SHG en regime fort10 分
2の練習問題
Mélange à trois ondes (1/2)10 分
Mélange à trois ondes (2/2)8 分
週
82時間で修了
Effet Kerr optique
L’optique non-linéaire du troisième ordre donne lieu à une très grande variété de phénomènes physiques, dont l’effet Kerr optique constitue un exemple emblématique résultant de la variation de l’indice de réfraction avec l’intensité lumineuse. On étudiera ici les conséquences dans le domaine spatial (autofocalisation) et spectro-temporel (génération de continuum spectral). Le TD portera sur l’effet Kerr optique effectif résultant d’une cascade de deux effets du second ordre.
9件のビデオ （合計101分）, 2 readings, 1 quiz
9件のビデオ
Equation de propagation non-linéaire (1/2)10 分
Equation de propagation non-linéaire (2/2)7 分
Domaine spatial11 分
Domaine temporel12 分
Equation de Schrödinger non-linéaire (1/3)10 分
Equation de Schrödinger non-linéaire (2/3)10 分
Equation de Schrödinger non-linéaire (3/3)12 分
Cascading16 分
2件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
Enonce TD: "Cascading"10 分
1の練習問題
Effet Kerr optique18 分
週
92時間で修了
Autres effets non-linéaires du troisième ordre
Ce chapitre porte sur la saturation d’absorption, l’absorption à deux photons, la fluorescence par excitation à deux photons et la génération de troisième harmonique. Les applications de certains de ces phénomènes à la microscopie non-linéaire d’objets biologiques seront illustrées par des résultats expérimentaux obtenus au Laboratoire d’Optique et Biosciences.
8件のビデオ （合計100分）, 1 reading, 1 quiz
8件のビデオ
Absorption à deux photons9 分
Fluorescence par excitation à deux photons11 分
Génération de troisième harmonique (onde plane)12 分
THG en géométrie focalisée (1/3)8 分
THG en géométrie focalisée (2/3)16 分
THG en géométrie focalisée (3/3)10 分
Illustration expérimentale: Microscopie non-linéaire18 分
1件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
1の練習問題
Autres effets non-linéaires du troisième ordre16 分
週
101時間で修了
Lasers femtosecondes
Ce dernier chapitre introduit le phénomène à l’origine du fonctionnement stationnaire d’un laser femtoseconde, qui est un effet de type soliton permettant une compensation parfaite entre la dispersion de vitesse de groupe et l’effet Kerr optique. Les applications en métrologie à l’aide de peignes de fréquences seront également évoquées, de même que l’amplification à dérive de fréquence.
8件のビデオ （合計79分）, 1 reading
8件のビデオ
Principe de base d'un oscillateur femtoseconde (2/2)9 分
Relation avec les solitons (1/2)10 分
Relation avec les solitons (2/2)7 分
Peignes de fréquences (1/2)13 分
Peignes de fréquences (2/2)9 分
Systèmes amplifiés (1/2)13 分
Systèmes amplifiés (2/2)6 分
1件の学習用教材
Documents Complémentaires 10 分
週
111時間で修了
Examen final
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3 quizzes
3の練習問題
Partie 1/312 分
Partie 2/318 分
Partie 3/316 分
講師
Manuel Joffre
DR CNRS et Professeur associé à l'Ecole polytechniqueDépartement de Physique
Vincent Kemlin
Chargé d'enseignement à l'Ecole polytechniquePhysics
エコール・ポリテクニーク（École Polytechnique）について
L’École polytechnique associe recherche, enseignement et innovation au meilleur niveau scientifique et technologique mondial pour répondre aux défis du XXIe siècle. En tête des écoles d’ingénieur françaises depuis plus de 200 ans, sa formation promeut une culture d’excellence scientifique pluridisciplinaire, ouverte dans une forte tradition humaniste.
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