Academic literature on the topic 'Optique non-Linéaire fibrée'

Ces dernières années, la métropole lilloise s’est imposée comme un pôle de recherche académique incontournable dans le domaine de la photonique. C’est notamment le cas des travaux en optique fibrée, en optique non-linéaire, en topologie ou encore en photonique-Terahertz, qui ont une forte visibilité internationale. En lien étroit avec les grandes universités, le Conseil Régional et des industries implantées en région, ces activités structurent recherche et formation dans la métropole lilloise.

Le projet ALOHA propose une nouvelle génération d’instruments dédiés à l’imagerie haute résolution en astronomie. Celui-ci a pour objectif de relier un réseau de télescopes hectométrique par fibre optique en utilisant conjointement la somme de fréquence pour adapter le rayonnement astronomique à un dispositif optimisé avec des composants fibrés ou guidés issus de la bande télécom. Ce travail a été effectué au laboratoire XLIM et sur ciel à l’observatoire du Mount Wilson (CA USA).

Cet article présente un montage optique compact et transportable illustrant la génération de supercontinuum dans une fibre optique suivie de l’excitation d’un plasmon de surface sur un film d’or. Mis sous la forme d’une valise pédagogique, ce montage est utilisé depuis 2015 (Année internationale de la lumière) comme support lors de visites de laboratoire ou d’expositions au grand public. Grâce à ses multiples facettes et sa richesse scientifique, il permet d’illustrer et d’expliquer de manière efficace et passionnante les phénomènes d’optique non linéaire et la physique des plasmons.

Mon travail de thèse présenté dans ce mémoire a démarré un nouvel axe de recherche au sein du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, et s'inscrit dans le programme "Dispositifs pour le traitement de l'information" du Labex ACTION. Ce consortium de recherche vise l'optimisation de toutes les étapes d'un système de traitement d'information, en s'appuyant sur des matériaux nano-structurés et sur des fonctionnalités non-linéaires. Dans ce contexte, cette thèse relève de la génération de signaux optiques dans le proche infrarouge, puisque l'objectif principal est d'hybrider la photonique intégrée à l'optique des LASER en cavité fibrée. Ces LASER innovants hybridant photonique et optique fibrée offrent, de par leur conception, de nombreux avantages particulièrement recherchés dans le domaine des télécommunications, comme par exemple un taux de répétition élevé, supérieur à la centaine de gigahertz, et des impulsions ultracourtes, de l'ordre de la centaine de femtosecondes.L'élément fondamental de l'approche développée durant ma thèse réside dans l'utilisation de micro-résonateurs gravés sur puce. Le matériau constituant ces structures est le siège de phénomènes non-linéaires qu'il est possible d'exalter afin de générer de nouvelles fréquences. De plus, en insérant la microstructure dans une cavité LASER fibrée, elle peut assurer un verrouillage de mode et donc la génération d'impulsions. Le filtrage par mélange à quatre ondes est alors le mécanisme mis en jeu.Ainsi, pour mener à bien ce nouveau projet, un montage de caractérisation a été conçu. Ce dernier comporte un microscope en champ proche dans le but d'analyser le champ électromagnétique se propageant dans la structure gravée sur puce, et plus particulièrement la propagation non-linéaire des modes guidés. En outre, le développement et l'analyse de microstructures ont été réalisés afin d'optimiser les propriétés linéaires et non-linéaires souhaitées. Pour ce faire plusieurs matériaux tels que le silicium-sur-isolant, les verres de chalogénures et les nitrures de silicium ont été expérimentés au travers d'une trentaine d'échantillons.De surcroît des collaborations intra et inter-laboratoires donnent à ce sujet d'étude pluridisciplinaire une grande richesse. Elles ont permis la démonstration de LASER hybrides générant des impulsions avec un taux de répétition de 250 GHz, ainsi que d'imager par microscopie champ proche un élargissement spectral d'une octave dans un guide de nitrure de silicium replié en spirale
My thesis work presented in this doctoral dissertation has started a new research axis within the Carnot Interdisciplinary Laboratory of Burgundy, and is part of the "Information processing devices" program of the Labex ACTION. This research consortium aims to optimize all the steps of an information processing system, using nano-structured materials and non-linear functionalities. In this context, this thesis focuses on the generation of optical signals in the near infrared, with the main objective of hybridizing integrated photonics with fiber laser cavities. These innovative hybrid LASERs offer, by design, many advantages that are particularly sought-after in the field of telecommunications, such as a high repetition rate, greater than 100 GHz, and ultra-short pulses, of the order of 100 fs.The fundamental element of the approach developed during my thesis is the use of on-chip fabricated micro-resonators. The material constituting these structures is the site of non-linear phenomena that can be exalted to generate new frequencies. In addition, by inserting the microstructure into a fiber LASER cavity, it can ensure mode locking and thus pulse generation. Filter driven-four wave mixing is then the mechanism involved.In order to successfully carry out this new project, a full characterization bench was designed. The latter includes a near-field microscope to analyze the electromagnetic field propagating in the on-chip fabricated structure, and more particularly the non-linear propagation of guided modes. In addition, the development and analysis of microstructures were carried out in order to optimize the desired linear and non-linear properties. To do this, several materials such as silicon-on-insulator, chalcogenide glasses and silicon nitrides were tested on about thirty samples.In addition, intra- and inter-laboratory collaborations give this multidisciplinary study subject a great richness. They allowed the demonstration of hybrid LASERs generating pulses with a repetition rate of 250 GHz, as well as the imaging by near-field microscopy of an octave spectral widening in a spiral-folded silicon nitride guide

Cette thèse vise à appliquer et à développer les nouvelles méthodes d'apprentissage automatique spécialement adaptées à l'analyse et à l'interprétation des impulsions lors de leur propagation en un seul passage dans une fibre optique, et sous diverses conditions. En particulier, nous nous concentrerons sur les approches de découverte de modèles guidées par les données qui impliquent l'utilisation de l'apprentissage automatique pour analyser les données du système physique dans le but de découvrir les modèles interprétables et généralisables et de développer les méthodes qui peuvent substantiellement accomplir et/ou compléter l'analyse théorique conventionnelle. À cette fin, les méthodes d'apprentissage supervisé et non supervisé seront utilisées pour approfondir la compréhension des phénomènes non linéaires ultrarapides dans les systèmes de fibres optiques
This thesis aims to apply machine learning methods specifically tailored to the analysis and interpretation of optical pulses as they propagate in a single pass through an optical fiber, and under a variety of conditions. In particular, we will focus on data-driven model discovery approaches that involve the use of machine learning to analyze physical system data with the aim of discovering interpretable and generalizable models and developing methods that can substantially accomplish and/or complement conventional theoretical analysis. To this end, both supervised and unsupervised learning methods will be used to deepen understanding of ultrafast nonlinear phenomena in fiber optics systems

La dissertation explore différentes applications des fibres optiques en ingénierie quantique. Deux thématiques sont développées :d'une part l'utilisation des fibres optiques monomodales en silice pour l'implémentation d'algorithmes et de protocoles de communication quantiques et d'autre part l'utilisation de la non-linéarité de ces fibres pour réaliser des sources de paires de photons corrélés. L'étude est à la fois théorique et expérimentale./ The dissertation explores various uses of optical fibers for quantum engineering. Two topics are developed :first the use of single-mode silica fibers for implementing quantum algorithms and communication protocols, second the use of these fibers for generating correlated photon-pairs.
Doctorat en sciences appliquées
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce mémoire présente les travaux effectués sur le développement d'une source optique servant à des applications d'imagerie biomédicale en général et de diffusion Raman cohérente en particulier. En effet la diffusion de ces dernières est freinée par le verrou technologique que constitue la nécessité de deux impulsions synchronisées et décalées en longueur d'onde. La praticité et les possibilités de conversions de fréquences offertes par l'optique non-linéaire fibrée sont ainsi utilisées pour adresser ce verrou technologique. Tout d'abord, une source simplement réglable en longueur d'onde est générée par l'effet d'auto-décalage en fréquence optique d'un soliton par effet Raman. Une étude des principaux paramètres de fibre aboutit à des décalages de 320 à plus de 500 nm, permettant une imagerie des résonances d'intérêt (≈ 1000-4000 cm-1). Deux applications de ce décalage sont présentées. Ensuite, l'autre impulsion voit sa largeur spectrale réduite de 70 à 10 cm-1 par compression spectrale, qui consiste en un "regroupement non-linéaire de fréquences sans pertes", afin de bénéficier de la résolution spectrale nécessaire. Enfin, la source développée est validée par l'acquisition de spectres CARS de différents échantillons de référence, pour différentes résonances (850 à 1750 cm-1). Une extension de la source à d'autres types d'imagerie est proposée, ainsi qu'une architecture de source quasiment entièrement fibrée exploitant les principes développés au cours de cette thèse

Ces travaux de thèse rapportent l'étude des instabilités non-linéaires et des évènements extrêmesse développant lors de la propagation guidée d'un champ électromagnétique au sein de fibresoptiques. Après un succinct rappel des divers processus linéaires et non-linéaires menant à lagénération de super continuum optique, nous montrons que le spectre de celui-ci peut présenterde larges fluctuations, incluant la formation d'événements extrêmes, dont les propriétés statistiqueset l'analogie avec les vagues scélérates hydrodynamiques sont abordées en détail. Nous présentonsune preuve de principe de l'application de ces fluctuations spectrales à la génération de nombres etde marches aléatoires et identifions le phénomène d'instabilité de modulation, ayant lieu lors de laphase initiale d'expansion spectrale du super continuum, comme principale contribution à la formationd'événements extrêmes. Ce mécanisme est étudié numériquement et analytiquement, en considérantune catégorie de solutions exactes de l'équation de Schrödinger non-linéaire présentant descaractéristiques de localisations singulières. Les résultats obtenus sont vérifiés expérimentalement,notamment grâce à un système de caractérisation spectrale en temps réel et à l'utilisation conjointede métriques statistiques innovantes (ex : cartographie de corrélations spectrales). L'excellent accordentre simulations et expériences a permis de valider les prédictions théoriques et d'accéder àune meilleure compréhension des dynamiques complexes inhérentes à la propagation non-linéaired'impulsions optiques.

Ce travail de thèse porte sur les non linéarités dans une cavité photoréfractive et dans un laser à fibre dopée à l'erbium. La cavité photoréfractive est un système possédant la géométrie d'un oscillateur optique semi-linéaire. L'oscillation prenant naissance dans cette cavité peut être étudiée de manière analytique et numérique. Différents régimes de l'oscillation peuvent se présenter : des régimes non dégénérés ainsi que dégénérés. Le fonctionnement du laser à modes bloqués repose sur des dynamiques non-linéaires. En régime fortement dissipatif, la stabilité des impulsions ultracourtes s'appréhende grâce aux concepts et propriétés de solitons dissipatifs. Ces découvertes ont été observées expérimentalement et ont été validées par des simulations numériques fondées sur l'emploi d'un modèle de Ginzburg-Landau complexe cubique-quintique à gestion de paramètres. Une analyse numérique avec un profil vectoriel des champs a été menée afin de déterminer différents points de fonctionnement
This thesis concerns the non linearities in a photorefractive cavity and in a fiber laser doped erbium with a cavity at ring unidirectional. The photorefractive cavity is a system with the geometry of a optical oscillator semi linear. An oscillation, in this cavity, will be studied analytically and numerically. Different states from the oscillation can present itself : no degenerate state and degenerate state. The operation of the laser to modes blocked rests on the strongly non-linear dynamics. In strongly dissipative state, the stability of the ultrashort pulses is apprehended through the concepts and properties of dissipative solitons. These discoveries were observed experimentally and were validated by numerical simulations founded on the use of a model of complex Ginzburg-Landau cubic-quintique with management of parameters. A numerical analysis with a vectorial profile of the fields was carried out

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit concernent la propagation non linéaire d’ondes partiellement cohérentes dans des fibres optiques. En particulier, nous focalisons notre attention sur le cas où le système d’ondes aléatoires est bien décrit par l’équation intégrable de Schrödinger non linéaire. Nous étudions expérimentalement et numériquement l’évolution de la statistique des fluctuations d’intensité en fonction des paramètres fondamentaux tels que le régime de dispersion. Afin de mesurer la statistique de puissances optiques fluctuant avec des échelles de temps de l’ordre de la picoseconde, nous avons développé un dispositif d’échantillonnage optique asynchrone. Nos expériences montrent que la propagation non linéaire influence nettement la statistique du système d’ondes aléatoires qui s’éloigne fortement de la distribution normale. La probabilité des évènements de grandes amplitudes augmente fortement en régime focalisant et diminue fortement en régime défocalisant. Nos simulations de l’équation de Schrödinger non linéaire à une dimension reproduisent quantitativement nos résultats et révèlent l’apparition de structures cohérentes au sein des fluctuations aléatoires. En particulier, en dispersion anormale, il est possible d’identifier des structures voisines de solutions de l’équation modèle utilisée tels que les solitons sur fond continu aujourd’hui considérés comme prototypes d’ondes scélérates. Nos travaux concernent principalement des phénomènes non linéaires stochastiques dans un système proche de l’intégrabilité et contribuent donc à l’étude expérimentale de la turbulence intégrable
This thesis deals with nonlinear propagation of partially coherent waves in optical fibers. We focus our attention on systems of random waves that are well described by the integrable one dimensional nonlinear Schrödinger equation. We study both experimentally and numerically the statistical evolution of power fluctuations of random waves both in normal and in anomalous dispersion regimes. In order to measure statistics of the power fluctuations of partially coherent optical waves with typical time scales in the range of picosecond, we have performed an asynchronous optical sampling method. Our experiments show that nonlinear propagation strongly influences the statistics of wave systems by producing deviations from the normal distribution. The probability of occurrence of extreme events is significantly enhanced in the focusing regime whereas it is strongly reduced in the defocucing regime. Our numerical simulations of the one-dimensional nonlinear Schrödinger equation reproduce experimental results in a quantitative way. Moreover, our results provide evidence of the emergence of coherent structures embedded in the random fluctuations. In the focusing regime, we observe coherent structures similar to solitons on finite background that are now considered as prototypes of rogue waves. From our work about nonlinear propagation of random waves in systems described by nearly-integrable equations, we hope to contribute to the development of the field of integrable turbulence

La recherche en optique non linéaire s'est graduellement développée durant ces trois dernières décennies avec, en particulier, la découverte d'une multitude de phénomènes non linéaires dans les fibres optiques soumises à de fortes excitations lumineuses. Ce champ de recherche s'est récemment amplifié suite à l'avènement de nouvelles fibres optiques qui présentent un arrangement périodique de plusieurs centaines de canaux d'air parallèles le long de la fibre. Ces fibres, dénommées « fibre à cristal photonique » ont permis de convertir un faisceau laser monochromatique en un continuum de lumière blanche sur plus de 2 octaves en fréquence (c-à-d. , un laser arc en ciel allant de l'ultraviolet à l'infrarouge). De part leur propriété de brillance unique, ces nouvelles sources laser révolutionnent actuellement les applications en métrologie, en rendant possible des mesures absolues de fréquences optiques avec une précision sans précédent, mais aussi en optique biomédicale et en microscopie. Le cadre général dans lequel s'insère ce travail de thèse est celui de l'étude des phénomènes non linéaires et la génération de supercontinuum (SC) dans les fibres optiques hautement non linéaires et microstructurées. Dans un premier temps, nous démontrons analytiquement, et par le biais de validations numériques et expérimentales, que le phénomène d'instabilité modulationnelle présente une brisure de symétrie spectrale au voisinage de la longueur d'onde de dispersion nulle, due principalement à l'émission d'ondes dispersives induite par la fission de solitons instables. Puis nous décrivons une nouvelle méthode de mesure des coefficients de dispersion d'une fibre optique, jusqu'à l'ordre quatre, à partir de l'étude de ces deux processus. Nous étudions également des processus multiples de mélanges à quatre ondes à partir d'une onde pompe incohérente. Puis à partir de l'étude de ces phénomènes, nous développons une source SC entièrement fibrée, dont le spectre s'étend sur plus de 1000 nm autour de 1. 5 [micron], à l'aide d'une fibre optique hautement non linéaire et d'un laser à impulsions nanosecondes. Enfin, nous étudierons expérimentalement la génération de SC dans une fibre microstructurée présentant deux zéros de dispersion, en utilisant respectivement une excitation à une puis deux pompes. Nous montrons en particulier la génération de bandes doubles d'instabilité modulationnelle au voisinage du second zéro de dispersion, en accord avec no~ prédictions analytiques, ainsi qu'une cascade Raman anti-Stokes, puis la génération de SC de 1400 nm à 1700 nm. Enfin, nous réalisons un double pompage de la fibre optique par doublage de la fréquence du laser nanoseconde, afin d'accroître la bande du SC vers le domaine visible de 550 orna 1950 nm
Supercontinuum light generation is one of the most spectacular outcome of modem nonlinear optics as it possesses the spatial properties of a 'laser combined with an ultra-broad bandwidth spanning more than two octaves. Ln particular, small core microstructured fibres combined with femtosecond laser pulses have proven to be the most efficient way for supercontinuum generation. This thesis pro\ides a comprehensive review of the different physical mechanisms leading to the generation of these spectra in optical fibres, paying a special attention to the nanosecond and continuous-wave (cw) pumping scheme. We then investigate both numerically and experimentally cw modulation instability in the zero-dispersion wavelength region of conventional optical fibres. Our results reveal a symmetry breaking dynamics in the modulation instability spectra associated with the generation of dispersiVe waves that are a consequence of soliton fission. We then describe a novel convenient technique to allow the accurate measurement of the dispersion coefficients till fourth-order of single-mode optical fibres. The proposed method is based on a careful spectral analysis of modulation instability occurring in both normal and anomalous dispersion regime and the associated dispersive waves. We then demonstrate a 1000-nm wideband all fibre-format supercontinuum source by use of a highly nonlinear fibre and a self-Q- switched fibre laser. Besides we experimentally study a new regime for supercontinuum generation in the nanosecond pulsed regime using a microstructured optical fibre with two zero-dispersion wavelengths. Pumping at 1535 nm around the second zero dispersion yields a nearly fiat SC over 1350-1700 Dm. The interplay between the effects of modulation instability and stimulated Raman scattering are described through simple phase- matching relations. Cascaded anti-Stokes Raman generation due to phase-matching allowed by the group- velocity dispersion is also reported. We finally report visible and infrared supercontinuum generation by dual nanosecond pumping near the two zero dispersion wavelengths of the same microstructured fibre. The resulting spectrum extends from 550 nm to wavelengths higher than 1950 nm

Ce mémoire de thèse porte sur la fabrication, la caractérisation et l'utilisation de microfibres de verres en optique. Les microfibres sont des fibres optiques étirées à chaud par un procédé contrôlé en température et en contrainte, de manière à réduire leurs sections jusqu'à des valeurs inférieures à la longueur d'onde. Ces dimensions réduites confèrent aux microfibres des caractéristiques particulières, telles qu'un fort confinement du champ électromagnétique conduisant à une exaltation du coefficient non linéaire effectif ou une grande fraction de champ évanescent. Ces propriétés sont étudiées en première partie, puis les techniques expérimentales de fabrication et de manipulation de ces microfibres sont décrites. Dans un deuxième temps, les expériences cherchant à exploiter la grande non linéarité de ces microfibres sont présentées et interprétées. En particulier, on note la possibilité de générer un signal visible à partir d'une pompe à la longueur d'onde télécom par triplage de fréquence avec accord de phase. Afin d'obtenir des effets plus importants, l'opportunité de réaliser des microfibres en verres hautement non linéaires est discutée, ainsi que la faisabilité d'un laser basé sur des microfibres en verres dopés aux ions terres rares. Enfin, l'aspect champ évanescent est discuté dans le dernier chapitre, avec l'imagerie par microscopie en champ proche des microfibres.

Les principaux objectifs de cette thèse étaient de développer des fibres optiques de borophosphate riche en niobium avec une qualité optique améliorée ainsi que de tirer profit de leur haute non linéarité pour des applications comme dispositifs de guides d'ondes dans le proche infrarouge. Les travaux exposés dans cette thèse traitent d’aspects théoriques et pratiques en science des verres. Ils s’articulent autour du système vitreux borophosphate riche en niobium : (100-x) [(0,95 NaPO3 + 0,05 Na2B4O7)] - x Nb2O5 ; avec x le taux (mol %) de Nb2O5 dans le verre. Dans un premier temps, une étude détaillée portant sur les propriétés thermiques, rhéologiques et sur l’étirage des préformes a été réalisée. Grâce à cette étude une corrélation entre la composition et la capacité de fibrage des verres a pu être mise en évidence. La relation entre la méthode de synthèse du verre et les pertes optiques a ensuite été étudiée. Nous avons montré qu’une approche ne nécessitant pas la coulée du verre permet l’obtention de fibres avec des pertes significativement plus faibles. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la haute non linéarité de ces verres. Nous avons démontré la faisabilité du traitement de polarisation thermique (poling) sur des fibres de sections rectangulaires pour la génération de seconde harmonique. D’autre part, les effets de propagation des impulsions laser intenses dans des fibres d’architectures cœur/gaine rectangulaire ont été explorés, montrant à terme la capacité de ces verres à générer des sources supercontinuum allant jusqu’a 2.5 µm
The main objectives of this thesis were to develop niobium-rich borophosphate optical glass fibers with improved optical quality and to take advantage of their high nonlinearity for their potential use as waveguide devices in the near infrared. The work presented in this thesis deals with theoretical and practical aspects of glass science. It is based on the niobium-rich borophosphate glass matrix : (100-x) [(0,95 NaPO3 + 0,05 Na2B4O7)] - x Nb2O5 ; where x is the Nb2O5 content (mol%) in the glass. First, a detailed study of the thermal/rheological properties and the drawing of the preforms has been performed. Thanks to this study, a correlation between the composition and the drawing ability of the glasses could be demonstrated. Then the relationship between the glass synthesis method and the optical losses has been studied. We have shown that a new approach eliminating the casting step allows to obtain fibers with significantly lower losses. In a second step, one is interested in exploiting the high nonlinearity of these glasses. We have demonstrated the feasibility of thermal poling treatment on fibers with rectangular cross sections for second harmonic generation. On the other hand, the effects of intense laser pulses propagation in fibers of rectangular core/cladding architectures were investigated, leading to show the ability of these glasses to generate supercontinuum sources up to 2.5 µm