Propagation non-linéaire d'impulsions laser ultrabrèves dans l'atmosphère et applications<br />Des filaments blancs pour sonder l'atmosphère

When ultrashort (fs), high-power laser pulses propagate through the atmosphere, extended plasma filaments form and emit white light in a spectral range spanning from the ultraviolet (230 nm) to the infrared (4,5 µm). This strongly non-linear optical phenomenon results from a dynamical balance between respectively focusing and defocusing Kerr- and plasma-lenses, which are formed by a non-uniform, intensity-dependent refractive index across the laser beam profile. My recent work presented here has mainly been dedicated to the study of this non-linear propagation and its applications to atmospheric sciences.Some applications such as white-light LIDAR rely on the white light continuum, which can be observed up to high altitudes and allows multicomponent remote sensing. Other techniques rely on the ability of the filaments to deliver high-intensities and induce non-linear optical effects at remote locations. This property allowed us to remotely identify bioaerosols or solid targets. Furthermore, the ionization of the fs-laser-induced filaments permits to control high-voltage discharges, opening the way to laser lightning rods.Lorsqu'elles se propagent dans l'air les impulsions laser ultrabrèves (fs) et de forte puissance forment des filaments ionisés sur de longues distances, où est produit un continuum de lumière blanche qui s'étend de l'ultraviolet (230 nm) à l'infrarouge (4,5 µm). Ce processus fortement non-linéaire résulte d'un équilibre dynamique entre deux effets dus au profil spatial du faisceau : la focalisation par effet Kerr, et la défocalisation par le plasma issu de l'ionisation multiphotonique de l'air. Mon travail de ces dernières années, présenté ici, est consacré à l'étude de cette propagation non-linéaire, et à ses applications pour la physique de l'atmosphère.Une première catégorie d'applications, comme le Lidar à lumière blanche, repose sur l'exploitation du continuum de lumière blanche, par exemple pour réaliser une télédétection multi-composants dans l'air. Une seconde famille repose sur la capacité des filaments de délivrer à grande distance des intensités suffisantes pour induire in situ des effets non-linéaires à distance. Nous avons utilisé cette propriété pour identifier à distance des simulants d'aérosols biologiques ou des cibles solides. Enfin, l'ionisation de l'air dans le filament nous a permis de contrôler des décharges électriques de haute tension, ouvrant la voie vers un paratonnerre laser