Filamentation laser
En optique non linéaire, la filamentation laser est la propagation d'un faisceau laser dans un milieu transparent sans diffraction. Elle est rendue possible par l'effet Kerr optique qui génère une modification de l'indice de réfraction du milieu en présence d'un champ laser intense, résultant en l'auto-focalisation du faisceau. Typiquement, ce régime est obtenu en propageant une impulsion lumineuse délivrée par un laser femtoseconde amplifié. La filamentation laser dans l'atmosphère a été observée pour la première fois en 1994 par Gérard Mourou et son équipe de l'Université du Michigan . En propageant dans l'air un faisceau laser femtoseconde de puissance térawatt produit par amplification par dérive de fréquence l'équilibre entre l'auto-focalisation par effet Kerr d'une part et la diffraction, l'ionisation et la dispersion d'autre part, génère des "filaments" qui agissent comme des guides d'ondes, empêchant ainsi le faisceau de diverger. vignette|401x401px|Illustration du phénomène de filamentation laser femtoseconde. Un faisceau laser intense traversant un milieu module l'indice de réfraction du milieu selon où , et sont respectivement l'indice de réfraction linéaire, l'indice de réfraction de second ordre et l'intensité du champ laser se propageant. L'auto-focalisation se produit lorsque le déphasage dû à l'effet Kerr compense le déphasage liée à la divergence du faisceau. Ainsi, pour un faisceau gaussien ayant traversé une longueur le déphasage lié à la diffraction d'un faisceau vaut et le déphasage lié à l'effet Kerr vaut où , (longueur de Rayleigh) et est le rayon du faisceau gaussien. Pour atteindre l'auto-focalisation le déphasage lié à l'effet Kerr doit être au moins égale au déphasage lié à la diffraction. On peut ainsi définir un seuil d'intensité pour l'auto-focalisation En considérant un faisceau gaussien de section on peut ainsi définir une puissance critique d'auto-focalisation avec Notons que pour s'auto-focaliser un faisceau laser doit avoir une puissance crête supérieure à la puissance critique (quelques gigawatts dans l'air à 800 nm) mais ce n'est pas une condition suffisante.
