Optique non-linéaire : explications simples?

[hervouche]

Bonjour,

Je suis en M2 chimie et confronté à quelques problèmes de compréhension vis-à-vis de l'optique non linéaire.. J'espère donc que quelqu'un puisse m'éclaircir un peu sur la chose! J'ai déjà regardé plusieurs références sur le net mais soit c'est trop peu expliqué soit ça passe par des lignes d'équations incompréhensibles (à mon gout biensûr!). Je comprends que le phénomène découle de l'expression de la polarisabilité du matériaux ou de la molécule, et que l'utilisation d'un laser puissant permet d'atteindre le terme de l'hyperpolarisabilité. La question, que je me pose aussi pour la réfraction de l'optique linéaire, est la suivante : quel est le lien entre le moment dipolaire, la polarisabilité, et la lumière (incidente et résultante)? Je sais que l'élément principal est le champ électrique de l'OEM mais comment interpréter physiquement et simplement les interactions? Aussi accessoirement, pourquoi l'onde et l'onde de fréquence doublée doivent être en accord de phase?! En espérant avoir été clair,

Merci!
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[LPFR]

Bonjour.
Il faut chercher dans le Feynman pour comprendre d'ou vient l'indice de réfraction.
Le champ électrique de l'onde incidente "agite" les électrons du solide (même si c'est une diélectrique). Ces électrons oscillants émettent une onde électromagnétique de même fréquence et polarisation et synchrone avec l'onde incidente. Ils l'émettent dans toutes les directions. Mais, pour un solide étendu, seules les émissions vers l'avant et vers l'arrière donnent une interférence constructive. Nous voyons une onde qui part vers l'arrière (somme de toutes les ondes émisses par tous les électrons externes du solide) que nous appelons "onde réfléchie". Alors qu'elle n'est pas vraiment réfléchie mais "toute neuve".
Les ondes émises vers l'avant, s'additionnent avec l'onde incidente et donnent une onde que nous appelons "onde transmise" qui a un décalage de phase que nous interprétons comme une diminution de la vitesse dans le milieu.
Donc, au lieu de nous emmquiquiner à faire tout le traitement lourd que ce modèle physique impose pour chaque cas, on utilise le modèle mathématique d'onde réfléchie, onde transmise et indice de réfraction. Dans ce modèle on peut même inclure les pertes comme une partie imaginaire dans l'indice de réfraction.

On comprend ainsi que pour un diélectrique très polarisable, l'oscillation des électrons ou des dipôles (dans le cas d'un liquide) détermine l'amplitude de l'oscillation et celle des ondes secondaires émises. Ainsi, l'eau, liquide polaire, a un indice de réfraction très grand aux fréquences radio. Car les molécules suivent le champ et changent (partiellement) d'orientation. Par contre, en haute fréquence, les molécules n'ont pas le temps de suivre, et l'indice de réfraction devient celui d'un liquide non polaire.

On comprend aussi que l'amplitude d'oscillation des électrons devient très grande, on arrive à des non linéarités et leur oscillation n'est plus sinusoïdale. Les ondes émises non plus et on retrouve des harmoniques. Et ces harmoniques sont synchrones avec la fondamentale (Fourier élémentaire).
Au revoir.

[stefjm]

[...]modèle physique [...] modèle mathématique [...]

Modèle de description interne contre modèle de comportement entrée-sortie ?

Je pense que vos termes sont très mal choisis et peuvent enduire d'erreur, avec tout le respect que je vous dois.

[Castep]

Mr.hervouche Bj
pour comprendre tout les parametre optique il faut passe par fonction diélectrique ε(ω)= ε1(ω)+iε2 (ω) qui dua a Sous l’action d’un champ électrique, un milieu diélectrique va être polarisé, c’est-à dire que les barycentres des charges positives et négatives vont être décalés. Ce décalage induit un moment dipolaire P
avec P=εχE Avec ε est fonction diélectrique pour plus d'information http://fr.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A9

et tout les parametre optique l'indice de refraction , coefficient déextanctin .................etc on peut obtenir a partir ε partie réel et imagenaire avec les équatio presdent
L’indice de réfraction n=1/sqart(2) sqart ((sqart(ε1^2+ε2^2)+ε1)
coefficient d'extanction (absorption) K=1/sqart(2) sqart ((sqart(ε1^2+ε2^2)-ε1)

La réflectivité R=(n+iK−1)/(n+iK+1)

[A voir en vidéo sur Futura]

[hervouche]

Merci pour vos réponses!

Je comprends bien le phénomène reliant le "diélectrique" (qu'en chimie on aime bien appeler moment dipolaire!) et la réfraction de la lumière, mais qu'en est-il de la génération de seconde harmonique? LPFR, Comment l'augmentation même non-linéaire, de l'amplitude, peut modifier la fréquence de l'onde résultante pour arriver à l'harmonique? Dans l'esprit de votre explication, ce ne serait pas le dipole qui vibrerait à la fréquence de l'harmonique de l'onde émise?

[damastate]

Bonjour LPFR merci pour ses explications très intéressantes. C'est vrai qu'on ne se pose jamais la question de savoir ce qui se passe vraiment lors d'une réflexion. Vous parliez d'un solide étendue mais que se passe-t-il pour un liquide est-ce la même chose ? Et l'onde transmise, est-ce la même chose que l'onde réfracté ?

[LPFR]

Bonjour LPFR merci pour ses explications très intéressantes. C'est vrai qu'on ne se pose jamais la question de savoir ce qui se passe vraiment lors d'une réflexion. Vous parliez d'un solide étendue mais que se passe-t-il pour un liquide est-ce la même chose ? Et l'onde transmise, est-ce la même chose que l'onde réfracté ?

Bonjour.
Oui. C'est la même chose pour les solides, liquides et gaz. Je n'aurais pas du dire "solide", mais plutôt "diélectrique".
Vous avez de la réflexion et réfraction sur une goutte d'eau ou sur une pellicule d'eau savonneuse.
Dans l'air la réfraction oblige les astronomes à faire des corrections.
Au revoir.