Academic literature on the topic 'Pression de radiation acoustique et optique'

Ces travaux sont consacrés à l'étude de la déformation d'interfaces liquides planes par la pression de radiation acoustique. Deux configurations expérimentales sont étudiées, selon que la vitesse du son du liquide d'où vient l'onde est plus grande ou plus petite que la vitesse du son de la seconde phase liquide. Ces travaux de recherche fondamentale ont pour objectif de comprendre les différentes formes complexes observées : jets, déformations en forme de doigts, tétines. Cela est rendu possible par le développement d'un modèle de couplage entre la propagation de l'onde et la déformation de l'interface. Ce modèle est notamment utile pour la compréhension et la caractérisation de colonnes liquides à la fois créées et stabilisées par la pression de radiation acoustique. Pour chacune des études, un parallèle est fait entre les déformations d'interfaces par un faisceau ultrasonore focalisé et par un faisceau laser continu
Acoustic radiation pressure allows us to remotely create and manipulate liquid objets. Using a highly focused transducer, which emitted field is studied, we can create large aspect ratio and complex liquid interface deformations. This fundamental research aims at understanding these various objects. For this purpose, we developed a theoretical model taking into account the coupling between the wave propagation and the deformation of the interface. This model allows us to predict the characteristics of liquid columns both formed and stabilized by the acoustic radiation pressure. A study of acoustic liquid jets is performed as well. Moreover, we characterize finger-shaped andpacifier-shaped objects as piles of acoustic waveguides. The acoustic wave creates a liquidobject self-adapted to its propagation. For each of these studies, we compare deformationsobtained via the acoustic radiation pressure and the electromagnetic radiation pressurefrom a continuous laser beam

L'optomécanique en cavité est le domaine qui étudie les interactions réciproques entre la lumière et les degrés de liberté mécaniques d'une cavité optique. Ce couplage optomécanique permet de mesurer précisément, mais aussi de contrôler le mouvement d'un résonateur mécanique. Ce travail de thèse concerne l'étude des effets optomécaniques des disques en GaAs. Les disques sont à la fois des résonateurs mécaniques oscillant à la centaine de MHz, et des résonateurs optiques à mode de galerie à haut facteur de qualité. L'interaction optomécanique dans les disques GaAs repose majoritairement sur la pression de radiation, l'électrostriction et l'effet photothermique. Nous formulons un modèle analytique permettant de décrire le couplage optique-mécanique via ces trois vecteurs. Nous présentons le dispositif expérimental permettant de sonder les effets optomécaniques en soulignant les améliorations notables apportées durant cette thèse. Les techniques de fabrication des échantillons et de la fibre effilée sont décrites ainsi que les mesures de mouvement brownien. Dans le but d'améliorer les performances de notre dispositif, nous nous sommes intéressés aux différents mécanismes de dissipation optiques et mécaniques. Ces études, en permettant une meilleure compréhension du système, ouvrent la voie à des améliorations ultérieures. Enfin nous présentons la mise en auto-oscillation du résonateur optomécanique, phénomène rendu possible par les améliorations technologiques mises en place. A haute puissance optique, un phénomène non-linéaire nouveau apparait, baptisé auto-modulation de l'auto-oscillation, mettant en jeu la dynamique de porteurs libres créés par l'absorption à deux photons
Cavity optomechanics is the field that studies reciprocal interactions between light and the mechanical degrees of freedom of an optical cavity. This optomechanical coupling allows us to precisely measure but also control a mechanical resonator displacement. This thesis work deals with the study of optomechanical effects in GaAs disks. These disks are both optical resonators supporting whispering gallery modes and mechanical resonators oscillating at frequencies as high as hundreds of MHz. Optomechanical interactions in these disks rest mainly on radiation pressure, electrostriction and photothermal effects. We formulate an analytical model describing the optomechanical coupling through those three vectors. We present the experimental setup used to probe optomechanical effects, highlighting the significant improvements brought during this thesis. Samples and tapered fiber fabrication techniques are described as well as Brownian motion measurements. In order to improve our device performance, we investigated optical and mechanical dissipation channels. These studies, by allowing a better understanding of the system, pave the way to further improvements. Finally, we present the self-oscillation regime of the optomechanical resonator, a regime achieved thanks to technical improvements in the setup. At high optical power, a new nonlinear phenomenon appears, called self-modulation of the self-oscillation, involving free carriers dynamics, created by two photon absorption

Nous avons étudié expérimentalement la statique et la dynamique des déformations d'interfaces fluides induites par la pression de radiation acoustique d'un faisceau focalisé. Deux situations expérimentales ont été plus particulièrement étudiées : – nous avons réalisé un travail de métrologie pour tester pour la première fois la validité de l'expression de la pression de radiation acoustique sur des interfaces acoustiquement transparentes. Ce test a nécessité de mettre au point une technique de mesure de tension interfaciale in situ et sans contact utilisant la pression de radiation acoustique et de modéliser précisément la dynamique de la déformation d'interface. – lorsque l'interface liquide est parfaitement réfléchissante, une cavité acoustique se forme entre l'interface et l'émetteur, qui induit un fort couplage entre la propagation des ondes ultrasonores et la déformation de l'interface. Nous avons montré que ce couplage donne lieu à des phénomènes d'hystérésis, d'atténuation d'ondes capillaires par rétroaction passive, et d'oscillations spontanées de l'interface liquide.

Nous avons étudié expérimentalement la statique et la dynamique des déformations d'interfaces fluides par la pression de radiation acoustique d'un faisceau focalisé. Deux situations expérimentales ont été plus particulièrement étudiées : - Nous avons réalisé un travail de métrologie pour tester pour la première fois la validité de l'expression de la pression de radiation acoustique sur des interfaces acoustiquement transparentes. Ce test a nécessité de mettre au point une technique de mesure de tension interfaciale in situ et sans contact utilisant la pression de radiation acoustique et de modéliser précisément la dynamique de la déformation d'interface. -Lorsque l'interface liquide est parfaitement réfléchissante, une cavité acoustique se forme entre l'interface et l'émetteur, qui induit un fort couplage entre la propagation des ondes ultrasonores et la déformation de l'interface.

On présente une expérience de mesure optique de la position d'un micro-miroir inséré dans une cavité Fabry-Perot de grande finesse, constitué d'un traitement optique présentant peu de pertes déposé sur un résonateur sub-millimétrique en silicium. On a mesuré son bruit thermique sur une large plage de fréquences et étudié les caractéristiques de ses modes propres de vibration qui ont des fréquences de résonance élevées (1 MHz) et des faibles masses effectives (100 µg). Une force électrostatique permet de tester sa réponse mécanique et de le refroidir en utilisant un processus de friction froide. On a aussi démontré un refroidissement par pression de radiation dans une cavité désaccordée, un chauffage et même une instabilité dynamique. Ces techniques, associées à la cryogénie passive, devraient permettre de refroidir suffisamment le micro-résonateur pour observer son état quantique fondamental. On présente enfin une étude expérimentale de l'effet photothermique
We present a very sensitive optical measurement of the mechanical vibrations of a micro-mirror inserted in a high finesse Fabry-Perot cavity, made of a low-loss dielectric coating deposited on a sub-millimetric silicon etched resonator. We have measured the thermal noise of the resonator over a wide frequency range and characterized its eigenmodes which have high frequency resonances (1 MHz) and low effective masses (100 µg). With an electrostatic force, we have tested its mechanical response and cooled it with a cold damping technique. We have also demonstrated a new cooling mechanism, induced by radiation pressure in a detuned cavity, and even observed an optomechanical instability at large intracavity power. These cooling mechanisms, combined with passive cryogenic techniques, may lead to the observation of the quantum ground state of the mechanical oscillator. An experimental study of the photothermal effect follows

La pression de radiation acoustique est la force moyenne qu'une onde peut exercer sur un obstacle. Initialement, la faible manifestation de cette force ne suggérait pas d'applications potentielles. Néanmoins, avec l'avènement de sources acoustiques de haute puissance, il a rapidement été envisagé de manipuler de petits objets à distance par pression de radiation. Depuis, c'est via l'excitation d'ondes stationnaires dans des cavités que cette méthodologie connait son essor. Parallèlement, la pression de radiation de la lumière a rapidement permis de piéger et de manipuler des petits objets. Grâce à un laser fortement focalisé, la pince optique a donné une grande flexibilité aux techniques de manipulation sans contact et est devenue un outil fondamental pour de nombreuses disciplines scientifiques. Cependant, les faibles forces développées, les importantes intensités lumineuses requises et la petite taille des objets sont d'importantes limites tout particulièrement pour leur application en biologie.A l'heure actuelle, il n'existe pas l'équivalent de la pince optique en acoustique utilisant un unique faisceau. Le travail présenté donne un ensemble d'éléments théoriques et expérimentaux profitables pour la compréhension de la pression de radiation en acoustique et le dimensionnement d'une pince acoustique utilisant un unique faisceau ultrasonore : le vortex acoustique. Ce travail esquisse l'ébauche d'une nouvelle méthode de manipulation sans contact donnant une véritable dextérité de préhension. Les faibles intensités nécessaires associées aux larges forces développées sauront se montrer attractives pour imaginer un large panel de nouvelles applications scientifiques
As an acoustic wave impinges an obstacle, a mean force is exerted on its surface. This so-called radiation pressure arises from the non linear interaction between the wave and the object.The early history of this force did not suggest any application of such a feeble effect. Nevertheless, as technological advances improved the prospects of new powerful sound sources, it was rapidly considered to use the acoustic radiation pressure as a mean of non-contact manipulation of small objects. Ever since, standing wave schemes excited in cavities has been the preferred strategy that is becoming considerably popular.In the same time, the radiation pressure of light was also recognised to trap and manipulate very small objects. Using a single focused laser beam, optical tweezers brought a great dexterity to non contact manipulation techniques and rapidly grew to become a fundamental tool in many scientific fields. However, the minuteness of the force, the high intensities required and the smallness of trappable objects are well-known limitations in particular for biological applications.Although optics and acoustics have shown many similarities, an acoustical analogue to optical tweezers using a single beam is yet to be demonstrated. Theoretical and experimental efforts are presented here and shed light on the underpinning mechanisms of single-beam acoustical tweezers. The analysis of a peculiar beam's radiation pressure, i.e. acoustical vortices, unveiled new characteristics for single-beam trapping. Our experimental demonstration along with the low intensities required and the large forces developed show promise for a wide spectrum of new scientific applications

On présente une expérience de mesure optique ultrasensible des vibrations mécaniques d'un micro-miroir inséré dans une cavité Fabry-Perot de grande finesse. Le micro-miroir est constitué d'un traitement optique présentant peu de pertes déposé à la surface d'un résonateur de taille sub-millimétrique en silicium. On a mesuré le bruit thermique du résonateur sur une large plage de fréquences et déterminé les caractéristiques de ses modes propres de vibration: fréquence, facteur de qualité, masse effective, structure spatiale. Ces modes ont des fréquences de résonance élevées (1 MHz) et des faibles masses effectives (100 µg). On a appliqué une force électrostatique sur le micro-résonateur, ce qui a permis de tester sa réponse mécanique et de le refroidir par contrôle actif en mettant en oeuvre un processus de friction froide.

On a également mis en évidence un effet d'auto-refroidissement dû à la modification de la dynamique par la pression de radiation dans une cavité désaccordée. On a observé selon le désaccord un refroidissement et un chauffage du résonateur, qui conduit à forte puissance à une instabilité dynamique.

Ces techniques de refroidissement combinées à de la cryogénie passive devraient permettre de refroidir suffisamment le micro-résonateur pour observer son état quantique fondamental.

On présente enfin une étude expérimentale de l'effet photothermique et une mesure des dilatations induites par l'échauffement lié à l'absorption de lumière dans les traitements optiques.

Nous étudions les possibilités qu'offre une cavité à miroir mobile pour mesurer de très petits déplacements. L'utilisation d'une cavité optique de grande finesse permet d'observer le bruit thermique des miroirs, qui constitue une limitation importante des mesures de très grande sensibilité. Le miroir est également susceptible de se déplacer sous l'effet des fluctuations quantiques de la pression de radiation, ce qui mène à une Limite Quantique Standard dans une mesure de position. Nous présentons les résultats obtenus dans notre expérience, où un faisceau laser est envoyé dans une cavité à une seule entrée-sortie, dont le miroir arrière est déposé sur un résonateur mécanique. Nous avons observé le mouvement Brownien de ce miroir avec une très grande sensibilité (2,75 x 10^-19 m/√Hz). Nous avons également étudié la possibilité de refroidir le miroir à l'aide de la pression de radiation d'un second faisceau modulé en intensité. Au voisinage de la résonance mécanique. on applique une force visqueuse supplémentaire sans bruit additionnel (friction froide). Nous avons observé une réduction du bruit thermique aussi bien à la fréquence de résonance mécanique qu'à basse fréquence. Une application potentielle d'un tel processus de refroidissement aux interféromètres gravitationnels est discutée.

Nous etudions les possibilites qu'offre une cavite a miroir mobile pour mesurer de tres petits deplacements. L'utilisation d'une cavite optique de grande finesse permet d'observer le bruit thermique des miroirs, qui constitue une limitation importante des mesures de tres grande sensibilite. Le miroir est egalement susceptible de se deplacer sous l'effet des fluctuations quantiques de la pression de radiation, ce qui mene a une limite quantique standard dans une mesure de position. Nous presentons les resultats obtenus dans notre experience, ou un faisceau laser est envoye dans une cavite a une seule entree-sortie, dont le miroir arriere est depose sur un resonateur mecanique. Nous avons observe le mouvement brownien de ce miroir avec une tres grande sensibilite (2,75 10 - 1 9 m/hz). Nous avons egalement etudie la possibilite de refroidir le miroir a l'aide de la pression de radiation d'un second faisceau module en intensite. Au voisinage de la resonance mecanique, on applique une force visqueuse supplementaire sans bruit additionnel (processus de friction froide). Nous avons observe une reduction du bruit thermique aussi bien a la frequence de resonance mecanique qu'a basse frequence. Une application potentielle d'un tel processus de refroidissement aux interferometres gravitationnels est discutee.

Ce manuscrit présente une étude de la pression de radiation acoustique induite par la propagation d'une onde ultrasonore. L'objectif de cette thèse est d'étudier expérimentalement et d'analyser les conditions d'existence d'une pression quasi-statique induite par la propagation non linéaire d'un train d'ondes émis dans un liquide (eau) non confiné. A l'aide d'un modèle en ondes planes, nous interprétons la composante quasi-statique du déplacement auto-démodulé comme la valeur moyenne temporelle du déplacement. Cette démarche montre qu'en champ proche, une composante quasi-statique s'ajoute à la pression auto-démodulée historiquement introduite et qu'elle s'identifie à la pression de radiation de Rayleigh, usuellement introduite dans le cas d'une onde harmonique émise dans un fluide confiné. Celle-ci existe et peut être interprétée comme un effet de « champ proche ». En champ lointain, la pression de radiation est celle de Langevin.
Dans un solide mou (tissus biologiques) la pression de radiation est utilisée pour engendrer localement une onde de cisaillement. Etant donné leur très faible vitesse (quelques m/s), la propagation de ces ondes donne lieu à des phénomènes non linéaires très importants. Ceux-ci sont observés et mesurés, à l'aide du dispositif d'imagerie ultra-rapide développé au laboratoire pour les applications médicales (élastographie)