Tesi: "Microscopie à mélange à quatre ondes"

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Bioud, Fatma Zohra. "Microscopie de mélange à quatre ondes résolue en polarisation pour sonder l’ordre moléculaire dans les milieux biologiques". Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4380.

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Abstract (sommario):

Nous avons développé une méthodologie basée sur phénomène de mélange à quatre ondre polarimétrique « Four wave Mixing FWM » et son équivalen résonant la diffusion Raman cohérente anti-Stokes (CARS, Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) polarimétrique et réalisé des mesures sur des systèmes cristallins, simili biologiques : les membranes cellulaires connues sous le nom de « Multilamellar Vesicles MLV » et des échantillons de biologiques : la myeline, et ce, en variant les polarisations des lasers excitateurs, Pompe et Stokes. Le signal anti-Stokes émis est ensuite analysé afin d’en extraire les ordres 2 et 4 de la fonction de distribution angulaire des molécules actives constituant l’échantillon. Pour cela, plusieurs approches sont explorées telles que des algorithmes d’optimisation ou par décomposition en série de fourrier du signal polarimétrique. Ces multiples approches en traitement du signal permettent d’obtenir de manière rapide les coefficients des fonctions de distribution angulaire recherchées, et ainsi d’avoir des informations sur la symétrie des échantillons imagés, allant jusqu’à l’observation d’une symétrie d’ordre 4. La capacité de la microscopie non linéaire résolue en polarisation à sonder des ordres moléculaires est clairement démontrée et ainsi son intérêt dans l’étude de la relation entre la structure et la fonction de systèmes biologiques
The capacity to quantify molecular orientational order in tissues is of a great interest since pathologies (skin lesion, neurodegenerative diseases, etc) can induce strong modifications in proteins’ organization. While numerous studies have been undertaken using polarization resolved second order nonlinear optical microscopy which is only specific to non-centrosymmetric organizations, higher order effects have been less explored. Four-wave mixing (FWM) microscopy and its resonant counterpart coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) can be of a great utility as label free diagnosis tools benefiting from less constraining symmetry rules. In this work, we implement incident polarizations tuning in FWM and CARS microscopy to probe molecular order, using a generic method to read-out symmetry information.Fourier analysis of the polarization-resolved FWM/CARS signal processed with an analytical model provides a fast and direct determination of the symmetry orders of the distribution function of the probed molecules. This method does not require a priori knowledge of the organization structure and provides quantitatively its second and fourth order symmetries. We applied this technique on different systems, from crystalline to less organized (multilamellar vesicles and proteins aggregates). We show that this new approach brings additional and more refined information on supra-molecular structures in complex media

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Munhoz, Fabiana. "Microscopie de mélange à quatre ondes résolue en polarisation: lecture des symétries structurales et vibrationnelles dans les milieux moléculaires". Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557684.

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Abstract (sommario):

One of the greatest challenges in nonlinear optics microscopy is the search for new contrast mechanisms. This is one of the reasons of the increasing interest in polarimetric nonlinear optics in the last couple of decades. In this work we have explored the potential of four-wave mixing in probing vibrational and structural symmetries in molecular media. In particular, we have been concerned with coherent Raman scattering (CRS), either at resonance or not. We have developed a theoretical model allowing to determine the structures of the susceptibility tensors from symmetry considerations, involving both the spatial structure of the medium and the vibration of specific molecular modes. Experimental results on isotropic sample, crystals and biomolecular assemblies were successfully achieved. Polarimetric measurements at resonance provide information on the symmetry of the addressed vibrational modes and on departure from Kleinman symmetry conditions. Nonresonant polarimetric measurements are able to reveal departure from isotropy in cubic crystals and the symmetry order and orientation of molecular distribution in biomolecular assemblies, such as collagen fibers. In particular, we have shown that higher-order molecular symmetries can only be probed by high-order nonlinear optical processes. Finally, this work has demonstrated the great potential of polarimetric four-wave mixing as a powerful contrast mechanism, providing structural selectivity in microscopy imaging. When it is further associated with a resonant process (such as CRS), it provides also chemical selectivity, allowing a complete description of the sample, involving both structural and vibrational symmetries.

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Islam, Md Samiul. "Coherent ultrafast spectroscopy of excitons in Van der Waals materials". Electronic Thesis or Diss., Strasbourg, 2024. http://www.theses.fr/2024STRAE011.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, basée sur un développement original de microscopie de mélange à quatre ondesultrarapide, la première mesure directe de la dynamique de cohérence excitonique dans le disulfurede rhénium a été obtenue. Ces résultats ont démontré une robustesse unique de la cohérenceexcitonique par rapport à d'autres matériaux dichalcogénures de métaux de transition(TMD). Le potentiel de contrôle des propriétés intrinsèques des excitons dans les matériaux van der Waals (vdW) a été exploré dans des assemblages bidimensionnels innovants. En particulier, l'impact du graphène sur l'environnement excitonique d'une hétérostructure et sur les propriétés dynamiques de ces excitons a été étudié. Enfin, une avancée significative vers la compréhension et l'ingénierie des propriétés optiques des défauts émetteurs de photons uniques dans le nitrure de bore hexagonal (hBN) a été réalisée
In this thesis, based on an original development of ultrafast four wave mixing microscopy, the firstdirect measurement of excitonic coherence dynamics in rhenium disulfide was obtained. Theseresults demonstrated a unique robustness of excitonic coherence compared to other Transition metal dichalcogenide (TMD) materials. The potential for controlling the intrinsic properties of excitons in van der Waals (vdW) materials was explored in innovative two-dimensional assemblies. In particular, the impact of graphene in the excitonic environment of a heterostructure on the dynamic properties of these excitons has been investigated. Finally, a significant step towards understanding and engineering the optical properties of single photon emitting defects in hBN has been achieved

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Bonneau, Marie. "Mélange à quatre ondes atomique dans un réseau optique". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00665955.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d'atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d'un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d'optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l'accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d'instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d'un gaz dégénéré d'hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d'un détecteur d'atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d'accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l'on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l'utilisation des paires d'atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d'optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l'effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.

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Le, Bihan Eric. "Mélange à deux ondes et mélange à quatre ondes dans la vapeur de sodium : effets d'auto-oscillation". Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066235.

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Romanelli, Marco. "Mélange à quatre ondes de polaritons dans des microcavités semi-conductrices". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011935.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude d'effets non-linéaires et quantiques dans des microcavités semi-conductrices. La réponse optique de ces dispositifs est décrite en termes de modes mixtes exciton-photon, les polaritons de cavité.
Nous avons d'abord effectué des expériences dans le régime d'oscillation paramétrique de polaritons, dans la configuration d'«angle magique».
Nous avons ensuite mis en évidence un phénomène d'oscillation de mélange à quatre ondes, sous excitation résonnante par deux faisceaux de pompe contrapropageants. L'étude de la polarisation de l'émission non linéaire permet d'avoir accès à la dynamique de spin des polaritons. La mesure du bruit d'intensité de l'émission montre que le processus de mélange à quatre ondes produit deux populations de polaritons fortement corrélées.
Enfin, nous avons effectué une étude théorique du mélange à quatre ondes, afin de préciser les conditions qui permettraient d'observer des polaritons corrélés quantiquement.

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Romanelli, Marco. "Mélange à quatre ondes de polaritonsss dans des microcavités semi-conductrices". Paris 6, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011935.

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Sévigny, Benoit. "Fibres à cristaux photoniques et génération d'ultraviolets par mélange à quatre ondes". Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10176/document.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est, dans un premier temps, d'étudier la génération d'ultraviolets dans les fibres microstructurées par mélange à quatre ondes d'une pompe à 532 nm, en particulier en fonction des fluctuations des propriétés de dispersion dues au procédé de fabrication et en explorant différents régimes de pompage; puis, dans un second temps, le développement d'une méthode versatile de caractérisation du contenu modal. Nous utiliserons le calcul différentiel stochastique pour représenter l'espérance du gain obtenu par mélange à quatre ondes en fonction des fluctuations. Ensuite, de nouveaux schémas de pompages sont étudiés pour générer des UV avec une grand qualité de faisceau. Dans le cadre de l'étude des perturbations du procédé de fabrication, nous avons confirmé que l'invariance de l'accord de phase en fonction des fluctuations d'échelle permet d'obtenir un gain maximum en ces points, et ce même si les fréquences générées sont situées très loin de la pompe.En ce qui concerne la génération d'UV proprement dite, nous avons isolé un schéma de pompage qui consiste à distribuer la pompe sur deux modes d'une fibre microstructurée et d'exploiter l'accord de phase obtenu pour la dispersion de pompe moyenne entre les deux modes. Ce processus permet, comme nous l'avons confirmé expérimentalement, de générer des UV dans le mode fondamental. Enfin, le développement d'une méthode d'analyse statistique multivariée de l'interférence entre les modes a permis de séparer tous les battements inter-modaux et de reconstruire les enveloppes de champ et la distribution modale de puissance, et ce, sans faire appel à aucune des hypothèses propres aux méthodes existantes
The main objective of this thesis is, firstly, to study the generation of ultraviolet light in photonic crystal fibers through four-wave mixing of a 532 nm pump, in particular in the presence of dispersion fluctuations due to the fabrication process and by exploring different pumping schemes; secondly, the aim was to develop a versatile analysis method of the modal content of multimode fibers.We used stochastic calculus to model the expected gain value of four-wave mixing as a function of the fluctuations of the fiber drawing process. Furthermore, alternative pumping schemes were studied to aim at producing high-quality UV beams.While studying the impact of stochastic fluctuations of the fiber drawing process, we confirmed that phase-matching points showing an invariance with respect to scale fluctuations should indeed provide maximum gain at that point, even for very large frequency detunings with respect to the pump. Concerning the generation of UV light with very high beam quality, we have isolated a pumping scheme in which the pump is split across two spatial modes of a photonic crystal fiber and take advantage of the phase-matching condition of the averaged pump dispersion of the two pump modes. We have shown experimentally that this process can produce ultraviolet light in the fundamental mode. Finally, the elaboration of an advanced multivariate statistical analysis method applied to inter-modal interference allowed one to separate, in a semi-automatic fashion, all the interferences and reconstruct the mode envelopes and modal power distribution without any of the hypotheses required by other methods

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Grandclement, Didier. "Oscillation de cavités par mélange à deux et quatre ondes en régime continu". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1987. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011859.

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Maitre, Agnès. "Instabilités crées par mélange à quatre ondes dans une vapeur atomique. Chaos et morphogénèse". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011896.

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Abstract (sommario):

Deux ondes électromagnétiques intenses de même fréquence et de même polarisation se propageant dans des sens opposés dans un milieu non-linéaire génèrent au dessus d'une certaine intensité seuil, des nouvelles ondes appelées instabilités qui sont émises spontanément dans des directions différentes de celles des pompes. Ce travail de thèse a consisté en l'étude des instabilités générées dans une vapeur de Rubidium dans deux situations expérimentales différentes. Dans la première expérience, une onde pompe intense se propage dans le milieu non-linéaire, se réfléchit sur un miroir de rétroaction et est alors réinjectée dans le milieu non-linéaire. Pour une intensité suffisante et une fréquence adaptée de l'onde pompe, des instabilités sont émises. Elles pourront se réfléchir sur le miroir de rétroaction et être réinjectées dans le milieu non-linéaire. Leur structure transverse en champ lointain est alors constituée de diverses figures telles que des anneaux concentriques, deux points diamétralement opposés ou des figures comportant un nombre pair de taches réparties sur un cercle et appelées 'marguerites'. L'étude théorique de ces instabilités associée à une étude expérimentale a permis de prédire et de décrire le comportement des différentes instabilités émises en fonction des différents paramètres du système. En particulier ces études ont montré que l'intensité des instabilités pouvait être statique, périodique ou chaotique. La deuxième expérience ne comporte pas de miroir de rétroaction et le faisceau laser est séparé en deux ondes pompes se contrepropageant dans le milieu non-linéaire. En champ lointain, les instabilités transverses sont constituées par un seul anneau, deux points diamétralement opposés ou des hexagones. L'intensité de ces instabilités peut être chaotique et l'étude de ce chaos été réalisée.

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Rougemont, Frédéric de. "Interactions non linéaires intracavité : diffusion raman stimulée et mélange à quatre ondes quasidégénérées en fréquence". Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112102.

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Abstract (sommario):

Diffusion Raman stimulée intra cavité: mise en vente d'un dispositif de compression temporelle d'impulsion laser nanoseconde. Taux de compression de 10. Génération d'impulsions courtes et intenses dans l'infrarouge. - mélange à 4 ondes quasi dégénérées en fréquence intra cavité: utilisation de verre dope au semi-conducteur cassé. Il est possible de décrire un semi-conducteur en interaction avec le champ électromagnétique par un ensemble de systèmes à 2 niveaux identiques. L'application de cette équivalence au calcul de la réflectivité conjuguée a permis de rendre compte des résultats expérimentaux

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Gaudillat, Valentine. "Étude du mélange à quatre ondes sensible à la phase dans les fibres faiblement multimodes". Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS028.

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Abstract (sommario):

Au cours des dernières années, le besoin en débit des télécommunications a considérablement augmenté. Pour maintenir une avance significative, il est essentiel d’améliorer les réseaux existants et de développer de nouvelles infrastructures plus performantes. Ainsi, les réseaux du futur pourraient être constitués de fibre faiblement multimode afin d’augmenter le nombre de canaux indépendants dans une même fibre. Il faudrait alors transférer les fonctions optiques déjà démontrées dans les réseaux actuels telles que la conversion de fréquence ou la régénération de phase. Cette thèse étudie numériquement et expérimentalement le mélange à quatre ondes sensible et insensible à la phase dans les fibres faiblement multimodes. Les simulations présentées dans cette thèse sont basées sur l’équation non-linéaire de Schrödinger multimode implémentée par une méthode de split-step Fourier. Les simulations ont démontré que la régénération de phase intra- ou inter-modale serait possible. Expérimentalement, la fibre utilisée n’a pas permis de mettre en œuvre du mélange à quatre ondes suffisamment efficace pour réaliser cette fonction optique. Cependant, pour la première fois à notre connaissance, nous avons démontré expérimentalement du mélange à quatre ondes sensible à la phase dans les modes LP01 et LP11 d’une fibre faiblement multimode
In recent years, the demand for bandwidth in telecommunications has significantly increased. To maintain a considerable lead, it is essential to improve existing networks and develop more efficient new infrastructures. Consequently, the networks of the future could be composed of few-mode fibers to increase the number of independent channels within the same fiber. It would then be necessary transferring optical functions, already demonstrated in current networks such as frequency conversion or phase regeneration. This thesis studies both numerically and experimentally phase-sensitive and phase-insensitive four-wave mixing in few-mode fibers. The simulations presented in this thesis are based on the multimode nonlinear Schrödinger equation implemented by a split-step Fourier method. The simulations have shown that intra- or inter-modal phase regeneration could be possible. Experimentally, the fiber used did not allow efficient implementation of four-wave mixing to perform this optical function. However, for the first time to our knowledge, we have experimentally demonstrated phase-sensitive four-wave mixing in the LP01 and LP11 modes of a few-mode fiber

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Loubignac, Eric. "Etude du mélange à quatre ondes résonnant à deux couleurs dans les milieux en combustion : application aux composés azotés". Dijon, 2003. http://www.theses.fr/2003DIJOS024.

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Abstract (sommario):

L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de mesure de la concentration de NO2 et N2O de façon non intrusive dans un milieu en combustion. L'utilisation des processus de mélange à quatre ondes résonnant à deux couleurs crée deux signaux qui ont des propriétés très différentes : un signal de type TC-RFWM (Two-Color Resonant Four-Wave Mixing) et un signal de type LITG (Laser-Induced Thermal Grating). Les propriétés du signal de TC-RFWM et la faisabilité du dosage de la molécule N2O en utilisant cette technique dans l'infrarouge ont été étudiées théoriquement. La sensibilité de mesure de cette technique a été estimée dans ce cas particulier. Une étude paramétrique des propriétés du signal LITG et une étude expérimentale consacrée au dosage de la molécule NO2 à froid et en flamme ont été réalisées. Le comportement du signal LITG a été caractérisé vis-à-vis de nombreux paramètres. Un seuil de détectivité de 20 ppm à 800 K a été obtenu dans une flamme de diffusion CH4/air
The aim of this thesis is to study the feasability to measure the concentration of NO2 and N2O by non intrusive techniques in combustion media. The application of two-color resonant four-wave mixing (TC-RFWM) processes is investigated to probe these molecules. Two kinds of signals with very different properties are observed : a TC-RFWM signal and a LITG signal (Laser-Induced Thermal Grating). The properties of the TC-RFWM signal and the feasability of measuring the concentration of N2O by using this technique in the infrared range have been studied numerically. The sensibility of this technique is estimated in this particular case. A parametric study of the properties of the LITG signal and an experimental study devoted to the measurement of NO2 concentration at room temperature and in flames have been done. The behavior of LITG signal has been characterized versus many parameters. A sensibility of 20 ppm at 800 K has been obtained in a CH4/air diffusion flame

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Ben, M'Sallem Yousra. "Commutation de packets optiques avec reconnaissance des étiquettes de poids-2 par mélange à quatre ondes". Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25914/25914.pdf.

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Gosset, Christophe. "Mélange à quatre ondes dans les structures semi-conductrices actives et ses applications à la regénération". Paris, ENST, 2002. http://www.theses.fr/2002ENST0035.

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Abstract (sommario):

La croissance du trafic de données a conduit à la généralisation des transmissions sur fibre optique dans les réseaux interurbains et transcontinentaux. Face à la montée en débit occasionnée, on assiste actuellement au développement du traitement tout-optique de l'information pour apporter une solution alternative au traitement électronique. La régénération " 3r " (reamplifying, reshaping and retiming) des signaux est un des éléments photoniques clés pour le traitement du signal à très haut débit. Les milieux à semi-conducteurs, de par leurs non-linéarités et leur temps de réponse rapide, apparaissent comme des candidats intéressants pour la réalisation de telles fonctions. Les propriétés du mélange à quatre ondes dans ces structures sont étudiées et appliquées à la réalisation de sous-fonctions optiques, nécessaires à régénération tout-optique, comme la récupération d'horloge, l'auto-synchronisation de trames multiplexées en longueurs d'onde et la régénération du taux d'extinction
Data traffic growth leads to generalisation of fibre optic in telecommunication networks. Optical technologies allow to overcome physical limitations in electronic data processing for high speed (> 40 gbit/s) transmission. All-optical 3r regeneration will be one of the key functions in such future networks. Semiconductor devices appear to be adapted thanks to nanosecond scale radiative lifetime. We propose to use four-wave mixing properties in semiconductor amplifiers and lasers to achieve fundamental elements of 3r regeneration such as frames synchronisation, clock recovery and d-bascule

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Huỳnh, Agnès. "Dynamique cohérente des polaritons de microcavité de semiconducteurs". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066415.

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Baillot, Maxime. "Mélange à quatre ondes multiple pour le traitement tout-optique du signal dans les fibres optiques non linéaires". Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S068/document.

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Abstract (sommario):

Le mélange à quatre ondes est un effet non linéaire sensible à la phase qui suscite de nombreux intérêts dans le domaine de la génération de peignes de fréquences et du traitement tout optique du signal par exemple. Un peigne de fréquences peut en effet s'obtenir par effet de mélange à quatre ondes 1en cascade. Dans ce cas, un nombre N d'ondes interagissent entre elles via l'effet Kerr et la modélisation d'un tel processus doit tenir compte de tous les couplages possibles entre les ondes. Au cours de mes travaux de thèse, je me suis intéressé, dans un premier temps, à la modélisation du mélange à quatre ondes dit multiple pour lequel un nombre quelconque N d'ondes interagissent entre elles. J'ai proposé une formulation générale permettant d'identifier simplement tous les termes de mélange à quatre ondes issus de toutes les combinaisons possibles de couplage entre les ondes et leur désaccord de phase associé. J'ai validé cette approche en proposant une étude théorique et expérimentale d'un processus de mélange à quatre ondes multiple dans une fibre optique non linéaire. Dans une deuxième partie, j'ai proposé, grâce au modèle élaboré précédemment, une étude théorique du phénomène de conversion de fréquence sensible à la phase, permettant la décomposition des composantes en quadrature d'un signal optique. Dans la littérature, cette expérience fut démontrée initialement avec quatre ondes pompes et dans plusieurs types de composants non linéaires. J'ai pu démontrer, au cours de mes travaux, que trois pompes étaient suffisantes pour réaliser l'expérience et j'ai déterminé des relations analytiques simples permettant de choisir les paramètres expérimentaux (notamment l'amplitude et la phase des pompes) rendant possible la décomposition des composantes en quadrature d'un signal. J'ai validé cette étude par la démonstration expérimentale d'un convertisseur de fréquence sensible à la phase avec uniquement trois pompes et j'ai étudié théoriquement les effets de la dispersion chromatique sur les performances du convertisseur de fréquence. Enfin, dans une dernière partie, j'ai caractérisé des fibres optiques microstructurées en verre de chalcogénure fabriquées dans le cadre d'une collaboration avec Perfos, l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes et SelenOptics. Dans ce cadre, j'ai mis en place un banc de mesure de la dispersion chromatique et du coefficient non linéaire des fibres optiques basé sur le mélange à quatre ondes
Four-wave mixing is a phase-sensitive nonlinear effect that arouses interest, particularly in the fields of frequency comb generation and all-optical signal processing. As an example, frequency combs can be produced thanks to a cascaded four-wave mixing process. In this case, N waves can interact with each other through the optical Kerr effect, and one has to take into account all the possible interactions to be able to adequately model the process. During my PhD thesis, I was interested in modeling the so-called multiple four-wave mixing process, in which any number N of waves can interact with each other. I proposed a general formulation that allows to easily identify all the four-wave mixing terms originating from all the possible combinations of wave coupling and their associated phase-mismatch terms. I validated this approach through the theoretical and experimental study of a multiple four-wave mixing process in a nonlinear optical fiber. Thanks to the developed model, I then proposed a theoretical study of the phase-sensitive frequency conversion process, which permits to demultiplex the quadrature components of an optical signal. In the literature, this process was first experimentally demonstrated in several nonlinear devices using four pump waves. I demonstrated that only three pump waves were required to successfully perform the experiment, and I determined the simple analytical relations from which the adequate experimental parameters (namely, the amplitudes and phases of the pump waves) could be deduced. I finally validated this study by experimentally demonstrating a phase-sensitive frequency conversion process with only three pump waves, and I theoretically studied the influence of chromatic dispersion on the performance of this frequency converter. Finally, I characterized some chalcogenide microstructured optical fibers that were fabricated in the framework of a collaboration with Perfos, the Institut des Sciences Chimiques de Rennes, and SelenOptics. I set up a test bench based on the four-wave mixing process in order to measure the chromatic dispersion and nonlinear coefficient of some optical fibers

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Buil, Stéphanie. "Séparation de phase induite par laser : étude de la dynamique aux temps courts en mélange à quatre ondes". Bordeaux 1, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR10522.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur l'etude de systemes thermodynamiques hors-equilibre par des methodes d'optique non-lineaire. L'analyse est realisee a l'aide d'un melange a quatre ondes (experience de reseaux induits). Elle permet d'etudier les instants initiaux d'une separation de phase dans un melange binaire critique et d'analyser les mecanismes intervenant dans la nucleation sous champ laser. Le faisceau laser modifie la composition du melange (couplage electrostrictif et thermodiffusif) et induit une trempe en concentration du milieu qui se separe alors localement en deux phases de concentrations differentes. Les gouttes nucleees sont piegees sur les maxima d'intensite du reseau d'interferences cree par les deux ondes pompes. L'analyse de l'onde reflechie sur ce reseau de gouttes nous a permis de deduire l'evolution de leur rayon moyen et, du fait de la cinetique lente de la trempe en concentration, de caracteriser la dynamique de la trempe elle-meme. L'ensemble des resultats obtenus pour diverses experiences a ete remis a l'echelle et nous a permis de determiner un comportement universel de la croissance aux temps courts. Nous avons aussi realise une etude de la croissance contrainte en confinant la separation de phase dans les franges d'interferences. Nous avons ainsi realise une sorte de milieu poreux ideal au sein duquel nous avons etudie la separation de phase, depuis la nucleation jusqu'a la saturation vers l'equilibre thermodynamique.

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Bervas, Hervé. "Etude du mélange dégénéré à quatre ondes appliqué aux diagnostics de milieux en combustion : Analyse du radical OH". Paris 13, 1994. http://www.theses.fr/1994PA132018.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire est consacré à l'étude de la technique de mélange dégénéré à quatre ondes triplement redonnant appliquée à la détection d'espèces à l'état de traces dans des flammes. Le but est d'utiliser cette technique comme un moyen de diagnostic optique de milieux gazeux, c'est-à-dire d'avoir accès, grâce à elle, à des mesures de concentrations et de températures de l'espace ou du milieu sonde. La modélisation des formes de raies et des intensités nécessaire pour de telles mesures est effectuée dans un premier temps en champs faibles (calcul perturbatif) pour les géométries de conjugaison de phase et vers l'avant (boxcars pliée). Une comparaison avec les signaux de drasc à la résonance est faite. Les forces de raies rotationnelles de mélange dégénéré à quatre ondes sont déterminées pour des modèles diatomiques; les cas (a) et (b) de Hund et différentes polarisations des ondes incidentes sont envisagées. Pour la géométrie vers l'avant, un modèle reposant sur un système à trois niveaux nous permet de prédire les profils spectraux et les intensités pour des ondes pompes d'intensités arbitraires. Les effets de la saturation des transitions à un photon peuvent ainsi être pris en compte. Les calculs sont effectues dans des conditions thermodynamiques ou largeurs collisionnelles et doppler sont comparables comme c'est souvent le cas pour des espèces produites en flammes. La validité du modèle perturbatif et du calcul des forces de raies est étudiée sur des profils spectraux de raies rotationnelles du radical oh produit dans une flamme plate de prémélange méthane-air à pression atmosphérique et a plus haute pression (jusqu'a 15 bars). Des profils verticaux de la répartition de ce radical dans la flamme a 1,5 et 10 bars sont enregistres. La faisabilité de mesures de températures par mélange dégénéré est discutée. En conjugaison de phase, des profils spectraux obtenus en champs forts sont présentes. Des profils similaires enregistres dans la géométrie vers l'avant sont comparés avec le modèle à trois niveaux. Enfin, les détectivités sont données en champs faibles, en champs forts, a pression atmosphérique et à haute pression. Notre étude montre que la détectivité optimale est obtenue en boxcars pliée pour des intensités des ondes pompes voisines de l'intensité de saturation des transitions a un photon (50 ppm a 1 bar et a 2200 k)

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Barbier, Margaux. "Génération de paires de photons corrélés par mélange à quatre ondes spontané dans des fibres microstructurées à coeur liquide". Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2014. http://www.theses.fr/2014IOTA0011/document.

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Abstract (sommario):

Une technique couramment employée pour développer les sources de paires de photons corrélés indispensables au domaine des télécommunications quantiques repose sur le processus non linéaire de mélange à quatre ondes, qui peut avoir lieu directement dans le cœur d’une fibre optique. Cette architecture fibrée permet de s’adapter au mieux aux besoins des réseaux de communications quantiques (en particulier en minimisant les pertes par couplage lors de la connexion de la source aux autres composants du réseau). L’utilisation d’une fibre microstructurée plutôt que d’une fibre de silice conventionnelle permet d’ajuster les propriétés de dispersion de la fibre et d’optimiser l’efficacité du processus non linéaire. Cependant, les sources fibrées usuelles, à cœur de silice, présentent une limitation majeure : leur pureté quantique est fortement dégradée par la diffusion Raman spontanée, qui survient elle aussi dans le cœur en silice de la fibre. Pour s’affranchir de ce problème, notre idée est de remplacer le cœur en silice par un cœur liquide, en utilisant une fibre microstructurée à cœur creux rempli d’un liquide non linéaire. Nos recherches nous ont ainsi conduits à faire la première démonstration expérimentale de génération de paires de photons corrélés dans une fibre à cœur liquide, et à montrer que, grâce aux propriétés Raman particulières des liquides (dont le spectre Raman se présente en général sous la forme de raies très fines), il était possible de réduire de plusieurs ordres de grandeur le niveau de diffusion Raman spontanée dans la source. Ce travail ouvre donc la voie au développement de sources de paires de photons corrélés fibrées de très haute qualité quantique
Quantum telecommunication technologies rely on correlated photon pair sources, which are often based on the third-order nonlinear process of spontaneous four-wave mixing in silica-core photonic crystal fibres. A fibred architecture is advantageous because it minimizes the coupling losses between the optical source and the other components of quantum communication networks. Moreover, using a photonic crystal fibre rather than a conventional silica fibre offers the possibility of improving the photon generation (thanks to a small effective core area) and extending the wavelength coverage (thanks to dispersion management through the microstructuration design). However, the performances of silica-core photonic crystal fibre sources are limited in terms of quantum purity, because of the ubiquitous spontaneous Raman scattering process, which is a source of uncorrelated broadband noise photons in silica. We propose an original solution to this Raman problem by replacing the silica core by a liquid core, thanks to a hollow-core photonic crystal fibre filled with a nonlinear liquid. We actually performed the first experimental demonstration of the generation of correlated photon pairs in a liquid-core fibre, and demonstrated that, thanks to the specific Raman properties of liquids (which usually exhibit thin-line Raman spectra), it is possible to reduce the Raman noise level by several orders of magnitude. This work opens the way for the development of high quantum quality correlated photon pair fibred sources

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Vallet, Marc. "Mélanges à quatre ondes dans les vapeurs atomiques : des propriétés quantiques aux applications à la gyrométrie et à la réalisation de nouveaux miroirs". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1991. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011881.

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Abstract (sommario):

L'objet de cette thèse est l'étude de plusieurs applications des processus de mélange à quatre ondes induits dans les vapeurs atomiques. Dans la première partie, les notions de base de l'optique non-linéaire dans les milieux de Kerr sont rappelés. Dans la seconde partie, nous étudions les propriétés des oscillateurs à mélange à quatre ondes en anneau dont le milieu amplificateur est constitué d'une vapeur de sodium soumise à deux ondes pompes ne circulant pas dans la cavité. Les applications de ces oscillateurs comme senseur de rotation et comme générateur de faisceaux jumeaux sont démontrées, les principes de ces deux notions étant rappelées dans leur grande ligne. Dans la troisième partie, nous présentons plusieurs résultats sur le mélange à quatre ondes lorsque les ondes incidentes ont des polarisations linéaires orthogonales. Cette géométrie nous a permis d'observer un processus de mélange à deux ondes, et de réaliser un miroir à contraste de phase et un miroir auto-pompé. Les résultats obtenus expérimentalement dans les vapeurs de rubidium et de sodium sont en accord avec un modèle théorique basé sur les équations du pompage optique, ce modèle permettant d'interpréter sous forme d'activité optique les fortes non-linéarités observées.

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Desormeaux, Aude. "Développement d'un oscillateur paramétrique optique monofréquence et réalisation d'un montage pour la spectroscopie infrarouge non linéaire". Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112058.

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Abstract (sommario):

Le développement de nouvelles sources optiques est indispensable pour la spectroscopie et ses applications telles que la détection de polluants ou la caractérisation des milieux réactifs. Dans cette problématique, les sources accordables dans l’infrarouge moyen sont très recherchées car la plupart des polluants (COx, NOx, …) y ont des raies d’absorption. Cette étude a pour objet la mise en place d’une source optique : un Oscillateur Paramétrique Optique Doublement Résonnant (DROPO) monofréquence accordable entre 3,5 µm et 4,5 µm ainsi que la réalisation d’un montage pour la spectroscopie non linéaire à haute cadence. Le travail de thèse commence par le développement d’un DROPO à cavités imbriquées pompé par un laser Nd :YAG à haute cadence (10 kHz). Une modélisation du comportement dynamique du DROPO a permis d’optimiser son fonctionnement en introduisant un retour de pompe contrôlé en phase et en amplitude. Ainsi, le rayonnement émis dans l’infrarouge moyen est spectralement fin (< 100 MHz) et continûment accordable en fréquence sur de large domaine (120 GHz). Ensuite, le DROPO est intégré dans un montage compact (60 cm * 60 cm) afin d’accroître l’énergie dans l’infrarouge moyen tout en conservant les qualités spatiale et spectrale du faisceau. Ce montage composé d’un amplificateur laser multipassage, du DROPO et d’un Amplificateur Paramétrique Optique (OPA) permet d’obtenir un faisceau d’une puissance crête de 3 kW dans l’infrarouge moyen. Finalement, la source est utilisée pour enregistrer des raies d’absorption à basse pression sur la molécule de N2O à 3,9 µm
The development of new optical sources is essential for spectroscopy and related applications : pollutant detection or optical diagnostics of reactive media. For such applications, various researches are conducted to provide optical sources that are tunable in the mid infrared domain because most of pollutants (COx, NOx, …) absorb in this spectral region. The aim of the study is twofold: realisation and characterisation of a single longitudinal mode Doubly Resonant Optical Parametric Oscillator (DROPO) tunable over the 3. 5µm-4. 5 µm spectral range and realisation of an optical bench for high repetition rate non linear spectroscopy. The study begins with the development of an entangled cavity DROPO pumped by a high repetition rate (10 kHz) Nd :YAG laser. Modeling the dynamic behavior of the DROPO shows that the performances of the source can be enhanced by adding a pump beam reflection, which is controlled in phase and in amplitude. The mid-infrared emitted radiation is single longitudinal mode (< 100 MHz) and continuously tunable over a large domain (120 GHz). Next, the DROPO is integrated in a compact optical bench (60 cm ´ 60 cm) in order to increase the available energy in the mid infrared domain while maintaining the spatial and spectral qualities of the beam. This bench is composed of a multipass laser amplifier, the DROPO and an Optical Parametric Amplifier (OPA). The optical bench delivers a 3-kW peak-power mid-IR beam. Finally, the source is implemented for low pressure absorption spectroscopy of N2O around 3,9 µm

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Vanholsbeeck, Frédérique. "La diffusion Raman et ses interactions avec le mélange à quatre ondes dans les fibres optiques :des fondements aux applications". Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2003. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211284.

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Ware, Cédric. "Récupération d'horloge par boucle à verrouillage de phase utilisant le mélange à quatre ondes dans un amplificateur optique à semi-conducteurs". Phd thesis, Télécom ParisTech, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005767.

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Abstract (sommario):

Dans le contexte des réseaux de transmission optiques à haut débit, l'on s'intéresse à la récupération d'horloge, fonction critique au niveau de la réception et de la régénération des signaux. À plusieurs dizaines de gigabits par seconde par canal, les boucles à verrouillage de phase électroniques remplissant traditionnellement cette tâche sont difficiles à réaliser. Or il est possible d'en reproduire le schéma à l'aide de composants optiques non-linéaires plus rapides, notamment les amplificateurs optiques à semi-conducteurs.
Après une mise en contexte et quelques généralités sur le principe de fonctionnement desdits boucles de phase et amplificateurs optiques, nous présentons deux systèmes de récupération d'horloge utilisant le mélange à quatre ondes dans ces derniers. Cet effet non-linéaire est observé et étudié, ainsi que les dispositifs de récupération d'horloge, dont le fonctionnement est démontré expérimentalement sur des signaux optiques de type RZ et NRZ à 10 Gbps. Des mesures de taux d'erreurs montrent une pénalité négligeable ; on obtient une bande d'accrochage de l'ordre de quelques dizaines de kilohertz, et une gigue de l'ordre de la picoseconde.
Bien que ce débit ne soit plus très impressionnant de nos jours, ces schémas, reposant sur des effets non-linéaires ultrarapides, peuvent être étendus à une utilisation à des débits beaucoup plus élevés (de l'ordre de plusieurs centaines de gigabits par seconde voire au-delà) et à la récupération d'horloge fractionnelle, pour des applications de démultiplexage temporel. Les expériences correspondantes restent à effectuer, ainsi que l'utilisation de composants non-linéaires à faible bruit tels que les fibres optiques microstructurées et le niobate de lithium périodiquement orienté.

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Ostatnicky, Tomas. "Model calculation of four-wave mixing polarization and dynamics in bulk and confined semiconductors". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2005. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2005/OSTATNICKY_Tomas_2005.pdf.

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Domingues, Eric. "Mesure des concentrations de OH dans des flammes haute pression par fluorescence induite par laser (TOPLIF) et par mélange dégénéré à quatre ondes". Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES057.

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Abstract (sommario):

Deux méthodes de spectroscopie laser sont appliquées aux mesures de concentration du radical oh dans des flammes laminaires prémélangées méthane/air à haute pression (1 à 9 bars): la TOPLIF et le mélange dégénéré à quatre ondes. La TOPLIF est une méthode de fluorescence induite par laser saturée, permettant de prendre en compte les effets de bord et le taux de transferts collisionnels. Sa validité à haute pression est démontrée, et des mesures quantitatives de OH dans les flammes de 1 à 9 bars sont réalisées. Les résultats de mesure sont analysés par comparaison avec des calculs à l'équilibre chimique obtenus à l'aide du code STANJAN. Cette analyse nous permet d'admettre que la TOPLIF est une technique de mesure mature pouvant être appliquée à l'étude de milieux en combustion à pression élevée. Le mélange dégénéré à quatre ondes (DFWM) est étudié comme diagnostic optique en combustion. Nous montrons que lorsque le milieu à étudier est à forts gradients d'indices de réfraction, il est préférable d'utiliser une configuration dérivée du DFWM, ou les ondes pompes sont conjuguées de phase l'une de l'autre, par diffusion Brillouin stimulée: la double conjugaison de phase avec mélange dégénéré à quatre ondes (DPCFWM). L'analyse des résultats, comparés à des mesures par absorption laser et par TOPLIF, a montré une dépendance négligeable du DPCFWM avec le quenching

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Glorieux, Quentin. "ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DES CORRELATIONS QUANTIQUES OBTENUES PAR MELANGE A QUATRE ONDES DANS UNE VAPEUR ATOMIQUE". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00558505.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse se consacre à l'étude théorique et expérimentale de la génération de corrélations quantiques dans le régime des variables continues par mélange à 4 ondes dans une vapeur atomique. Deux approches théoriques complémentaires sont développées. D'une part, nous étudions le mélange à 4 ondes sous le point de vue de l'optique non-linéaire "classique" afin d'obtenir les équations d'évolution d'un amplificateur idéal pour un milieu de susceptibilité diélectrique chi(3). D'autre part, nous présentons un modèle microscopique à 4 niveaux en double-Lambda permettant de calculer le coefficient chi(3) pour une vapeur atomique en présence de laser, et ainsi obtenir théoriquement les spectres de bruit en intensité des grandeurs observées. La mise en oeuvre expérimentale de ce processus sur la raie D1 du rubidium 85 est ensuite détaillée. Nous présentons notamment un taux de compression sous la limite quantique standard de -9.2dB, ainsi qu'un régime original permettant la génération de corrélations quantiques sans amplification. L'ensemble de ces résultats a des applications très importantes dans le domaine de l'optique quantique multimode. Citons par exemple l'imagerie quantique ou les mémoires quantiques multimodes.

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Labidi, Tarek. "Amplification sensible à la phase de signaux analogiques sur porteuse optique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS340/document.

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Abstract (sommario):

Les liaisons opto-hyperfréquences sont appelées à jouer un rôle important dans les futurs systèmes micro-ondes. Elles permettent par exemple de transporter des signaux radars ou des oscillateurs locaux sur porteuse optique sur de longues distances. Elles permettent également de réaliser un certain nombre de fonctions comme des déphasages, l’introduction de retards vrais sur de larges bandes passantes, le filtrage reconfigurable des signaux, ou même des fonctions plus complexes comme de l’analyse spectrale ou de la corrélation de signaux hyperfréquences. Comme tous les systèmes opto-hyper, elles souffrent de pertes dues soit à la conversion opto-hyper, soit tout simplement à la propagation. Les amplificateurs classiques, par exemple à fibre dopée erbium, à semi-conducteur, ou à effet Raman dans les fibres, ne permettent pas de compenser ces pertes sans dégrader le rapport signal sur bruit. L’objectif de la thèse est l’étude et la réalisation expérimentale d’un amplificateur optique sensible à la phase basé sur des fibres hautement non linéaires (HNLF) pour amplifier des signaux analogiques sans ajouter du bruit. La majeure partie de ce travail de thèse a été consacrée à la mise en œuvre d’une expérience qui porte sur l’amplification sensible à la phase avec une seule pompe. Notre étude a également porté sur l’étude des performances de cet amplificateur en termes de linéarité et de bruit. La linéarité de l’amplificateur a été testée en comparant les produits d’intermodulation d’ordre 3 (IMD3) lorsque le PSA est activé et le PSA est désactivé. Nous avons montré à partir de ces mesures que l’introduction de l’amplificateur sensible à la phase dans la liaison n’a pas dégradé la dynamique libre de parasite (SFDR). De plus, nous avons étudié les performances de notre amplificateur sensible à la phase en termes de bruit en effectuant des mesures de son facteur de bruit (NF). En effet, nous avons mesuré un facteur de bruit de -2.07 dB dans le cas où l’on ne détecte que le signal, tandis qu’un facteur de bruit de 0.2 dB est obtenu lors de la détection de l’ensemble « signal et idler »
Microwave photonic links are expected to play an important role in future RF systems. Based on low loss optical fibers, analog photonic links (APLs) have become the heart of the emerging field of microwave photonics, in which various functionalities are explored such as the generation and distribution of radar signals and local oscillators, phase shifting, reconfigurable true time delays, or even more complex functions such as spectrum analysis or correlation of RF signals. Unavoidably, microwave photonics systems undergo losses due either to microwave-to-optical conversion or to propagation. Classical amplifiers based on erbium doped fibers, semiconductor amplification, or Raman scattering in fibers, do not allow to compensate for these losses without degrading the signal-to-noise ratio. The aim of this thesis is to address this issue and to theoretically study and experimentally an optical phase-sensitive amplifier based on highly nonlinear fiber (HNLF) in order to amplify an analog signals without adding noise. We experimentally investigate the linearity of a phase sensitive amplifier based on nonlinear optical fiber in the context of microwave photonics. The linearity of the PSA amplifier is assessed by performing third order intermodulation distortion products (IMD3) measurements using two RF tones. The results show that the PSA is, in the explored domain, perfectly linear for the RF modulation, leading to amplification without any increase of distortion, thus proving the compatibility with future microwave photonics applications. In addition, we study the performance of our PSA in terms of noise by taking measurements of the noise figure (NF). Indeed, we measure a noise factor of -2.07 dB in the case where when we detect only the signal, while a 0.2 dB noise factor is obtained when both "signal and idler" are detected

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Fuks, Izabela. "Etudes théoriques et expérimentales des effets optiques non-linéaires du troisième ordre dans de nouveaux matériaux à conjugaison électronique élevée". Angers, 2003. http://www.theses.fr/2003ANGE0028.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse est consacré aux études théoriques et expérimentales des effets optiques non linéaires du troisième ordre dans de nouveaux matériaux à conjugaison électronique élevée. Ces études concernent en particulier des fullerènes modifiés, des polyènes linéaires ainsi que des composés ramifés [i. E. Ramifiés] oligothienylenovinylènes. La partie expérimentale est consacrée à une description des techniques utilisées pour la détermination des propriétés optiques non linéaire. Nous avons démontré une bonne corrélation entre les structures chimiques (type de liaisons, l'influence de la dimensionnalité) des composés étudiés et leur réponse non linéaire du troisième ordre. Un bon accord entre les résultats expérimentaux et les simulations est obtenu. Ce travail présente une étude assez complète sur les propriétés non linéaires des molécules choisies et nouvellement synthétisées. Il s'agit d'une contribution à la fois importante et utile dans le domaine des matériaux fonctionnels. L'originalité de ce travail consiste surtout en un choix original des composés suivant leur potentialité d'application en optique non linéaire telles que mémoires optiques, la commutation tout optique et la limitation optique
The thesis is devoted to the theoretical and experimental studies of third order nonlinear optical effects in new highly conjugated compounds. Particularly we study theoretical and experimental study of modified fullerenes, polyenes compounds as well as oligothienylenovinylenes compounds. The experimental part is devoted to description of the techniques used for the determination of the nonlinear optical properties of third order. We showed a good correlation between the chemical structures (chemical bond, dimentionality etc. . ) of the studied compounds and their nonlinear optical response. A good agreement between the experimental results and the quantum chemical calculations is shown in this work. This thesis presents a rather complete study on the nonlinear optical properties of the selected and novel synthesized molecules. It acts of one at the same time important and useful contribution in to the field of functionalized materials for nonlinear optical applications. The originality of this work consists especially of an original choice of composed, their potentiality for the applications in nonlinear optics like optical memories, optical commutation and the optical limitation

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Xie, Weilin. "Nonlinear properties of phase-sensitive fiber-optic parametric amplifiers for signal processing". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS108/document.

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Abstract (sommario):

La capacité et les performances des systèmes à fibres optiques et photoniques dépendent fortement du bruit et des non-linéarités des amplificateurs optiques. Dans ce contexte, les amplificateurs paramétriques à fibre optique (PS-FOPA), reposant sur le mélange à quatre ondes dans les fibres optiques, surpassent les amplificateurs conventionnels insensibles à la phase. En effet, leur sensibilité à la phase peut être exploitée pour l'amplification sans bruit et al compensation de la distortion non-linéaire. En conjonction avec leur large spectre de gain et d'autres fonctionnalités telles que la conversion de longueur d'onde, ils sont considérés comme des candidats prometteurs pour la prochaine génération d'amplificateurs optiques pour les communications et le traitement de signal tout optiques.Le PS-FOPA est classiquement décrit par les équations d'ondes couplées, dérivées de l'équation de Schrödinger non-linéaire qui ne contiennent que trois ou quatre ondes en interaction. Cependant, dans un cas plus général, l'apparition de fréquences supplementaires d’ordre plus élevé affectera inévitablement la sensibilité en phase.L’objectif de cette thèse est d'étudier de manière approfondie les propriétés non-linéaires, en termes de gain et de sensibilité en phase d'un PS-FOPA dégénéré à double pompe pour différentes configurations. Une analyse numérique plus précise est obtenue en utilisant le modèle à 7 ondes qui incorpore les ondes supplémentaires issues de processus de mélange à quatre ondes d’ordre élevé. Ce modèle permet de donner une interprétation physique plus précise des interactions multi-ondes en fonction des conditions d'accord de phase, révélant les relations sous-jacentes entre la dispersion et la sensibilité de phase. De plus, la capacité de régénération simultanée de phase et d'amplitude d'un PS-FOPA basique est évaluée pour l'optimisation globale. Il permet d'exploiter pleinement la capacité potentielle d'un PS-FOPA de base agissant comme un bloc de construction fondamental des futures fonctionnalités tout optiques. L’approche basée sur ce modèle permet une optimisation orientée vers l’application et revêt une importance particulière pour la conception et l'optimisation de tels PS-FOPAs dans divers scénarios
The capability and performance of the widely deployed fiber-optic and photonic systems strongly depend on the noise and nonlinearities of the optical amplifiers. In this context, phase-sensitive fiber-optic parametric amplifiers (PS-FOPAs), relying on four-wave mixing in optical fibers, outperforms conventional phase-insensitive amplifier thanks to the unique phase-sensitivity that can be exploited for noiseless amplification and mitigation of the nonlinear impairment. In conjunction with the vast gain spectrum and other functionality such as wavelength conversion, they have been regarded as a promising candidate for the next generation optical amplifiers towards all-optical communication and processing.The PS-FOPA is conventionally described by the fundamental coupled wave equations derived from the nonlinear Schrödinger equation that contains only three or four interacting waves. However, for a more general case, the emergence of high-order waves will inevitably affect the phase-sensitivity. The objective of this thesis aims at the thorough investigation of the nonlinear properties in terms of the gain properties and the phase sensitivities with respect to different configurations of a dual-pump signal-idler degenerate PS-FOPA. The more accurate numerical analysis is obtained by using the 7-wave model that incorporates the first order high-order waves stemming from the high-order four-wave mixing processing. This model permits to assess a more precise physical interpretation of the multi-wave interactions based on phase matching conditions, revealing the underlying relations between the dispersion and the phase-sensitivity. Moreover, the simultaneous phase and amplitude regenerative capability of a basic PS-FOPA is evaluated for the overall optimization. It allows fully exploiting the potential ability of a basic PS-FOPA acting as a fundamental building block of the future all-optical functionalities. The analysis approach based on this model permits application-oriented optimization and is of particular guiding significance for design and optimization of PS-FOPA in various scenarios

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Defour, Martin. "Transitoires cohérents en lumière incohérente". Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112187.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire présente l'analyse théorique et expérimentale d'un processus d'écho de photon stimulé produit par une séquence d'impulsions lumineuses à large bande spectrale. Le temps de cohérence τc de ces impulsions est très inférieur à leur durée τL. Lorsque les deux premières impulsions sont issues de la même source, la limite de résolution temporelle est donnée par τc et non par τL. Nous appliquons cette propriété à l'étude d’une distribution de vitesse atomique caractérisée par une largeur Doppler ωD telle que: τc << ωD-1<<τL. Dans l'expérience envisagée, le temps caractéristique ωD-1 associé à la largeur Doppler se mesure alors avec une résolution τc. Les effets de puissance sont examinés en détail. L'analyse théorique s'appuie sur la théorie des équations différentielles à coefficients aléatoires. Il est établi qu'aucune des méthodes standards de résolution de ces équations ne s'applique à la situation envisagée. Les phénomènes transitoires cohérents produits par des impulsions de lumière incohérente semblent adaptés à l'étude de relaxations rapides, de battements quantiques de fréquence élevée, ainsi qu'à l'échantillonnage rapide d'une largeur de raie inhomogène
This dissertation presents the experimental and theoretical analysis of a stimulated photon echo process which is produced by a sequence of broadband light pulses. The coherence time Tc of the light pulses is much smaller than their duration τL When the two first pulses issue from the same source, the time resolution is determined by τc instead of τL This feature is applied to the study of an atomic velocity distribution with width·ωD Under the condition that: τc << ωD-1<<τL The characteristic time ωD-1may be determined with time resolution Power effects are examined in detail. Their theoretical analysis relies on the theory of stochastic linear differential equations. It is shown that none of the standard methods, which are used for solving these equations, may apply to the foreseen case. Coherent transients produced by incoherent light pulses, should be well suited to the fast sampling of spectral line inhomogeneous width and to the study of fast relaxation and of high frequency quantum beats

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Soulard, Rémi. "Réseaux d’indice et réseaux de gain dans les milieux lasers solides dopés Nd3+ ou Yb3+ - Utilisation pour le mélange à deux ondes et les cavités laser auto-adaptatives". Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2008.

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Abstract (sommario):

Le mélange d’onde dans un matériau laser solide placé en inversion de population permet d’enregistrer un hologramme de population qui est à la fois un hologramme de gain et un hologramme d’indice. Ce travail présente tout d’abord une étude fine des variations d’indice de réfraction d’origine électronique qui sont dues à une variation de polarisabilité des ions lorsqu’ils sont promus de l’état fondamental à l’état excité. Une partie de cet effet provient de la présence de bandes UV intenses, un effet qui est donc purement dispersif aux longueurs d’ondes de la transition laser. Nous avons évalué la variation de polarisabilité non résonante des ions Nd3+ et Yb3+ dans les principales matrices lasers et nous avons étudié la nature des transitions optiques à l’origine des variations d’indice observées. Nous avons ensuite exploité les résultats pour prédire le potentiel de ces matériaux laser dans le cadre d’un mélange à deux ondes non-dégénéré pour des longueurs d’ondes situées au voisinage de la transition laser. Ce modèle a été validé expérimentalement dans une fibre cristalline de YAG :Nd3+. L’étude du transfert d’énergie d’un faisceau vers un autre présente un grand intérêt pour des applications telles que la mise en phase de N lasers à fibres et l’interférométrie auto-adaptative. Par ailleurs, un laser auto-adaptatif pompé par diodes laser a été réalisé permettant l’obtention de forte énergie par impulsion. Il présente des performances en terme d’efficacité qui sont tout à fait comparables avec celles des lasers conventionnels avec des avantages supplémentaires tels que la bonne qualité de faisceau, l’aspect mono-fréquence et l’auto-déclenchement de l’impulsion
Wave mixing in an inverted solid state laser material enables to record a population hologram that is both a gain and a refractive index hologram. This work first presents a detailed study of the electronic refractive index change that is due to a polarizability change of the ions when they are brought from the ground state to the excited state. A part of the effect comes from the presence of intense UV bands, an effect that is purely dispersive at the wavelength of the laser transition. We evaluated the non resonant polarisability changes of Nd3+ and Yb3+ ions in the main laser materials and we have studied the nature of the optical transitions at the origin of the observed refractive index variations. We then used these results to predict the potential of the laser materials in a non-degenerate two-wave mixing process for wavelengths in the vicinity of the laser transition. This model has been experimentally validated in a Nd3+:YAG crystal fiber. The study of the energy transfer from one beam to another is of great interest for applications such as phasing of N fiber lasers and self- adaptive interferometry. In addition, a diode-pumped self-adaptive laser resonator was realised and we obtained high energy per pulse. This laser gave rise to efficiencies that are quite comparable with those of conventional lasers with additional advantages such as good beam quality, single-frequency operation and self-triggering of the pulse

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Huynh, Agnès. "Dynamique cohérente des polaritons de microcavité de semiconducteurs". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002490.

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Abstract (sommario):

Dans les microcavités de semiconducteurs, un régime de couplage fort peut être obtenu entre le mode Fabry-Pérot de la cavité et l'exciton confiné dans le puits quantique. Il se traduit par l'apparition de nouveaux états propres, les polaritons de microcavité, états mixtes exciton-photon, dont la dispersion et la densité d'états sont très différentes de celles d'un exciton nu. Il en résulte une profonde modification des non-linéarités et des propriétés optiques du système. Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique cohérente et non-linéaire des polaritons de microcavité au moyen d'expériences de mélange à quatre ondes. Par leur composante excitonique, les polaritons peuvent interagir par interaction coulombienne, mais sont aussi sensibles au remplissage de l'espace des phases (blocage de Pauli). Dans un premier temps nous déterminons la contribution de ces non-linéarités intrinsèques à la réponse cohérente du système en analysant nos mesures grâce à la résolution numérique des équations de Maxwell-Bloch. Dans un deuxième temps, afin d'étudier l'influence de la dispersion sur la dynamique des polaritons, nous avons effectué une expérience de mélange à quatre ondes résolue en angle. Nous mettons en évidence une inhibition de la perte de cohérence en centre de zone de Brillouin. Ces résultats sont en très bon accord avec un modèle d'élargissement collisionnel gouverné par la diffusion polariton-polariton, qui reste faible tant que le réservoir excitonique n'est pas accessible. D'autre part, en régime d'oscillation paramétrique, dans lequel la diffusion polariton-polariton peut être stimulée par l'occupation de l'état final, nous étudions la dynamique des polaritons de pompe. Nous trouvons alors une forte perte de cohérence sous excitation à « l'angle magique ».

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Sobel, Frank. "Effet laser à contre réaction repartie (DFB) excité par voie optique dans les films minces polymères". Phd thesis, Université d'Angers, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00114855.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur l'étude d'un effet laser produit dans une couche mince polymère dopé avec un colorant. La résonance de l'émission stimulée est créée par une modulation longitudinale temporaire du gain induit dans le milieu actif. Cet effet de contre réaction répartie (distributed feedback (DFB) en anglais) possède des propriétés intéressantes quant à la sélectivité spectrale et à la durée temporelle de l'émission générée. En effet, le réseau de Bragg permet d'induire une amplification réciproque des ondes contrapropagatives résonantes. De plus la cavité existe uniquement pendant un intervalle de temps de l'ordre de la durée d'excitation.
A partir des études théoriques et expérimentales effectuées sur les lasers à gain distribué semi-conducteurs, la théorie des modes couplés est appliquée aux paramètres internes caractéristiques du matériau utilisé. Expérimentalement, le laser DFB est obtenu au moyen du dispositif interférométrique de Lloyd. Il permet de vérifier l'effet de seuil du laser et l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain par variation de l'interfrange. L'origine du couplage du réseau de Bragg avec le champ laser émis est analysée selon la structure modale du laser. Par ailleurs, l'importance des propriétés de guide d'onde sur les modes transverses est traitée indépendamment des notions de couplage. Une configuration de couche déterminée a permis d'observer différents modes laser accordables. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cadre de la théorie linéaire de la propagation guidée permet de confirmer le caractère transverse de cette émission. Enfin, l'étude du comportement temporel du réseau induit en régime de contre réaction répartie est effectuée à partir d'une technique de mélange à quatre ondes dégénérées en fréquence. Elle a permis de fixer statistiquement le maximum du délai séparant l'excitation de l'émission du laser.

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Monti, Federico. "Time sampling using four-wave mixing to measure the dynamics of semiconductor nanolasers". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP026.

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Abstract (sommario):

Les nanolasers PhC suscitent de plus en plus d'attention en raison de leur capacité unique à manipuler et à confiner la lumière à une très petite échelle. Leur empreinte réduite et leur seuil bas en font des candidats idéaux pour la réalisation de connexions optiques, répondant ainsi à la demande croissante en matière de vitesse de transmission des données et de consommation d'énergie. De plus, leur géométrie singulière permet de contrôler leurs propriétés d'émission spontanée. Cela révèle l'unicité des nanolasers PhC d'un point de vue fondamental, soulignant leur potentiel à servir de sujets de recherche novateurs dans l'interaction lumière-matière. Malgré ces avantages, une caractérisation de leur émission et de leurs propriétés dynamiques fait toujours défaut, en raison des limitations actuelles des capacités de détection aux longueurs d'onde infrarouges.Dans cette thèse, j'ai développé une technique de détection à porte temporelle basée sur FWM, pour mesurer la réponse ultra-rapide des nanolasers 1D. En étudiant attentivement l'interaction entre les non-linéarités et la dispersion, il a été possible d'atteindre une sensibilité élevée de quelques photons et une résolution de 2 ps. Des améliorations supplémentaires de la sensibilité, jusqu'à moins d'une détection de photon, sont prévues en utilisant des puissances de pompe plus élevées. Cela peut ouvrir la voie à l'étude des statistiques des photons et des effets quantiques au cœur du régime quantique.Les profils des nanolasers 1D présentent un début très rapide de l'émission et une décroissance longue, compatible avec un facteur β de 0,12 et une durée de vie du photon de 20 ps. Une nouvelle approche pour obtenir les valeurs de ces deux paramètres contrôlant la dynamique du laser a été développée : elles ont été directement extraites de la réponse ultra-rapide des nanolasers, au lieu de se baser uniquement sur des mesures à l'état stationnaire telles que la courbe S, qui, dans de nombreux cas, peuvent conduire à des estimations inexactes en raison de l'interdépendance de ces paramètres. La réponse dynamique des nanolasers 1D est compatible avec une vitesse maximale de modulation d'environ 30 GHz, répondant à l'exigence de sources laser ultra-compactes à faible seuil pour les circuits intégrés photoniques et les communications optiques.La haute sensibilité et résolution de la technique nous ont permis de mesurer, pour la première fois à notre connaissance, une conversion de longueur d'onde adiabatique de photons avec un décalage de longueur d'onde aussi important que 1,2 nm. Cela montre le potentiel de la technique dans l'étude des dynamiques ultra-rapides aux longueurs d'onde NIR
PhC nanolasers are receiving more and more attention due to their unique capacity to manipulate and confine light at a very small scale. Their small footprint and low thresholds make them ideal candidates for realizing optical interconnects, thus addressing the increasing demands for data transmission speed and power consumption. Moreover, their singular geometry enables the control of their spontaneous emission properties. This reveals PhC nanolasers' uniqueness from a fundamental point of view, highlighting their potential to serve as candidates for novel research in light-matter interaction. Despite these advantages, a characterization of their emission and their dynamical properties is still missing, due to the current limitations of the detection capabilities at infrared wavelengths.In this thesis, I have developed a time gating detection technique based on FWM, to measure the ultra fast response of 1D nanolasers. By carefully studying the interplay between nonlinearities and dispersion, it was possible to reach a high sensitivity of a few photons and a resolution of 2 ps. Further improvements in sensitivity, down to less than a photon detection, is predicted by employing higher gate powers. This can open the way to study photon statistics and quantum effects deep in the quantum regime.The profiles of 1D nanolasers feature a very fast onset of the emission and a long decay, compatible with a β factor of 0.12 and a photon lifetime of 20 ps. A novel approach to obtaining the values of these two parameters controlling laser dynamics has been developed: they have been directly retrieved from the%The manner in which these two parameters controlling laser dynamics have been obtained constitutes a novel approach, as they have been directly retrieved from theultra-fast response of nanolasers, instead of solely relying on steady state measurements such as the S curve, which, in many cases, can lead to inaccurate estimations due to the interdependence of these parameters. The dynamical response of 1D nanolasers is compatible with a maximum modulation speed of around 30 GHz, fullfiling the requirement for low threshold ultra compact laser sources for photonic integrated circuits and optical communications.The high sensitivity and resolution of the technique allowed us to measure for the first time, to the best of our knowledge, an adiabatic wavelength conversion of photons with a wavelength shift as large as 1.2 nm. This shows the potential of the technique in studying ultra fast dynamics at NIR wavelengths

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Tchénio, Paul. "Transitoires cohérents en lumière incohérente : effets de champ fort". Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112006.

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Abstract (sommario):

Ce travail présente une analyse théorique et expérimentale du processus de mélange à quatre ondes produit par des impulsions intenses à large bande spectrale. La première partie est consacrée aux effets de saturation produit par une seule impulsion de lumière incohérente. L’inhibition du déphasage inhomogène par le champ aléatoire, lorsqu'il est suffisamment intense, est le principal résultat de cette étude. La seconde partie décrit l'excitation du système atomique par deux impulsions corrélées (obtenues par dédoublement, puis retard différentiel à partir d'une impulsion de lumière incohérente initiale). Nous avons développé une méthode diagrammatique permettant de calculer le signal produit lorsqu'une des impulsions est forte et l'autre faible. Le résultat paradoxal de cette étude est qu'en champ intense des impulsions issues de sources indépendantes produisent le même signal que des impulsions corrélées dès que le retard différentiel est supérieur au temps de cohérence des impulsions.

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Martin, Aude. "Nonlinear Photonic Nanostructures based on Wide Gap Semiconductor Compounds". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS526/document.

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Abstract (sommario):

La consommation d’énergie liée aux technologies de l’information augmente trèsrapidement et dans la mesure où la société a besoin d’être toujours plus connectée tout ens’appuyant sur des solutions durables, les technologies actuelles ne suffisent plus. La photoniqueintégrée s’impose dès lors comme une alternative à l’électronique pour réaliser du traitementdu signal économe en énergie. Au cours de cette thèse, j’ai étudié des structures sub-longueurd’onde en semiconducteur, les cristaux photoniques, qui présentent des propriétés non linéairesimpressionnantes. Plus précisément, le confinement fort et la propagation en lumière lente permettentun traitement sur puce de signal ultra-rapide tout optique, soit à partir de mélange àquatre ondes ou d’auto-modulation de phase. L’originalité est l’utilisation de nouveaux matériauxsemi-conducteurs ayant moins d’absorption non linéaires et par porteurs libres, effets qui limitentla pleine exploitation des effets non linéaires dans les structures photoniques en Silicium. Dansma thèse, des semiconducteurs III-V ont été utilisés pour développer des guides et des cavitéscristal photonique de grande qualité qui sont en mesure de supporter des densités de puissanceoptiques extrêmement élevées ainsi que de grands niveaux de puissance moyenne. J’ai amélioré laconductivité thermique des guides d’ondes grâce à l’intégration hétérogène de membranes GaInPavec du dioxyde de silicium. Cette plateforme permettra à terme de démontrer de l’amplificationsensible à la phase dans le régime continu que j’ai déjà démontré dans le régime pulsé en utilisant des membranes suspendues en GaInP. En parallèle, j’ai démontré des cristaux photoniques de grande qualité dans du Gallium phosphure, qui est un matériau très prometteur en raison de lagrande bande interdite et de la très bonne conductivité thermique. Les résultats préliminaires ontpermis la réalisation d’un régime non linéaire intense (mini-peigne de fréquence, compression etfission de soliton ...)
The energy consumption of the whole ICT ecosystem is growing at a fast paceand in a global context of the search for an ever more connected yet sustainable society, a technologicalbreakthrough is desired. Here, integrated nonlinear photonics will help by providingnovel possibilities for energy efficient signal processing. In this PhD thesis, I have been investigatingsub-wavelength semiconductor structures, particularly photonic crystals, which have shownremarkable nonlinear properties. More specifically the strong confinement and slow light propagationenables on-chip ultra-fast all-optical signal processing, either based on four-wave-mixingor self-phase modulation. The main point here is the use of novel semiconductor materials withimproved nonlinear properties with respect to Silicon. In fact, it has now been acknowledgedthat the nonlinear and free-carriers absorption in Silicon integrated photonic structures is anissue hindering the full exploitation of nonlinear effects. In my thesis, wide-gap III-V semiconductorshave been used to develop high quality photonic crystal waveguides and cavities whichare able to sustain extremely high optical power densities as well as large average power levels.I have demonstrated PhC waveguides with much improved thermal conductivity through heterogeneousintegration of GaInP membranes with silicon dioxide. This will allow continuous wave phase-sensitive amplification, which I already demonstrated in the pulsed regime using GaInPself-suspended membranes. In parallel, I have demonstrated high quality PhC in Gallium Phosphide,which is a very promising material because of the large bandgap and the very good thermalconductivity. Preliminar results demonstrate the achievement of extremely large nonlinear regime(mini-comb, soliton compression and fission ...)

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Tison, Guillaume. "Étude, réalisation et applications d’une chaîne amplificatrice laser compacte pour l’allumage de turbomoteurs". Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14779/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur l’étude et la réalisation d’une cellule d’allumage laser pour turbomoteurs. Une étude bibliographique nous a permis d’identiﬁer les caractéristiques nécessaires : des impulsions nanosecondes d’au moins 10mJ. La spéciﬁcité de l’application impose de nombreuses contraintes qui ont inﬂuencé le choix d’une architecture avec deux étages ampliﬁcateurs : un ampliﬁcateur ﬁbré suivi d’un ampliﬁcateur à base de ﬁbre cristalline. Nous avons développé un code permettant de simuler l’ampliﬁcation d’une impulsion nanoseconde dans ces milieux et ainsi déterminé les caractéristiques techniquesoptimales de chaque étage ampliﬁcateur. Ces résultats ont permis la réalisation d’une chaîne d’allumage et sa caractérisation. Une étude particulière del’ampliﬁcateur ﬁbré a permis de maîtriser l’apparition d’eﬀets non-linéaires limitants. Finalement, nous démontrons le potentiel de notre solution laserpar plusieurs campagnes d’allumage sur diﬀérents bancs moteurs
This work deals with the design and the construction of a laser ignitionsystem for turbine engines. A review of the dedicated literature allowed us toidentify the required characteristics : nanosecond pulses with at least 10 mJ ofenergy. Our speciﬁc application imposes numerous constraints which directlyinﬂuenced our choice of two ampliﬁer stages : a ﬁber ampliﬁer followed by acrystalline-ﬁber based ampliﬁer. We developped a simulation describing theampliﬁcation of nanosecond pulses through these two medias and thus de-termined the optimal technical characteristics of each ampliﬁer stage. Theseresults lead to the realization of an laser ignition system that we completelycharacterised. A speciﬁc study of the ﬁber ampliﬁer allowed us to understandand control the appearance of non-linear limiting phenomena. Eventually, wedemonstrate the capabilities of our solution by several laser-ignition ﬁeld stu-dies

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Tison, Guillaume. "Étude, réalisation et applications d'une chaîne amplificatrice laser compacte pour l'allumage de turbomoteurs". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00856880.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur l'étude et la réalisation d'une cellule d'allumage laser pour turbomoteurs. Une étude bibliographique nous a permis d'identiﬁer les caractéristiques nécessaires : des impulsions nanosecondes d'au moins 10mJ. La spéciﬁcité de l'application impose de nombreuses contraintes qui ont inﬂuencé le choix d'une architecture avec deux étages ampliﬁcateurs : un ampliﬁcateur ﬁbré suivi d'un ampliﬁcateur à base de ﬁbre cristalline. Nous avons développé un code permettant de simuler l'ampliﬁcation d'une impulsion nanoseconde dans ces milieux et ainsi déterminé les caractéristiques techniquesoptimales de chaque étage ampliﬁcateur. Ces résultats ont permis la réalisation d'une chaîne d'allumage et sa caractérisation. Une étude particulière del'ampliﬁcateur ﬁbré a permis de maîtriser l'apparition d'eﬀets non-linéaires limitants. Finalement, nous démontrons le potentiel de notre solution laserpar plusieurs campagnes d'allumage sur diﬀérents bancs moteurs.

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Perrin, Aurélien. "Observation de paires d'atomes corrélés au travers de la collision de deux condensats de Bose-Einstein". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00244641.

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Abstract (sommario):

Dans ce mémoire, nous présentons les études réalisées pour permettre l'observation de paires d'atomes corrélés produites lors de la collision de deux condensats de Bose-Einstein d'hélium métastable. Un système basé sur l'utilisation de trois faisceaux laser permet la réalisation d'un transfert Raman qui extrait d'un piège magnétique et sépare en deux parties d'impulsions moyennes opposées le condensat produit expérimentalement. Des processus de collisions élastiques, intervenant pendant la propagation des condensats, sont à l'origine de la diffusion de paires d'atomes dont les impulsions satisfont aux lois de conservation de l'énergie et de l'impulsion. La grande énergie interne des atomes d'hélium métastable rend possible l'utilisation d'un détecteur d'atome unique basé sur l'utilisation de galettes de microcanaux et sensible en position, donnant accès à une reconstruction tridimensionnelle des impulsions des atomes diffusés lors de la collision. L'étude de la statistique de ces impulsions permet la mise en évidence de corrélations entre les atomes diffusés, d'impulsions opposés. Le volume de corrélation mesuré peut être rapproché de l'extension de la distribution d'impulsion du condensat initial, elle même limitée par le principe d'incertitude de Heisenberg. Cette interprétation est confirmée par l'observation de corrélations entre les atomes diffusés dans une même direction. Un tel effet correspond à une manifestation de l'effet Hanbury Brown et Twiss pour des bosons indiscernables. La mise en place d'une telle source de paires d'atomes corrélés constitue un premier pas vers la réalisation d'expériences où l'intrication des paires produites pourra être confirmée.

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Chopinaud, Aurélien. "Atomes et vortex optiques : conversion de moments orbitaux de lumière en utilisant la transition à deux photons 5S-5D du rubidium". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS155/document.

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Abstract (sommario):

Le moment orbital angulaire (OAM) de la lumière est une grandeur quantifiée associée à la phase d’un vortex optique et est actuellement une des variables explorées pour les technologies quantiques.Dans ce contexte, cette thèse étudie expérimentalement la conversion de vortex optiques par une vapeur de rubidium, via la transition Raman stimulée à deux photons 5S₁/₂ − 5D₅/₂. Quand les atomes sont soumis à deux lasers respectivement à 780 nm et 776 nm, ils génèrent des rayonnements cohérents, infrarouge à 5,23 μm et bleu à 420 nm. On examine le rayonnement bleu lorsque l’un des lasers ou les deux sont des vortex, en particulier des modes de Laguerre-Gauss. Dans une première partie nous montrons que si l’OAM est porté par le laser à 776 nm, alors le rayonnement bleu émis porte un OAM qui respecte l’accord de phase azimutale et de phase de Gouy. Nous montrons aussi que la conversion est efficace sur une grande plage d’OAM allant de -50 à +50, que l’efficacité est gouvernée par le produit des intensités des lasers incidents et que le rayonnement bleu se comporte comme un mode de Laguerre-Gauss pur. Dans une deuxième partie nous montrons qu’il est possible de convertir une superposition de vortex ou une paire de vortex coaxiaux et que l’OAM du rayonnement bleu émis obéit à la règle de somme des OAM incidents. Pour les cas étudiés, nous proposons un modèle de mélange à quatre ondes qui établit les règles de sélection du processus de conversion d’OAM. Ce travail ouvre la voie vers la conversion d’OAM utilisant des transitions vers des niveaux atomiques plus élevés
The orbital angular momentum of light (OAM) is a quantized quantity arising from the azimuthal phase carried by optical vortices and is well-known for quantum technology applications. Its set of values is theoretically infinite.In this context this thesis experimentally study the conversion of optical vortices in a rubidium vapor through the 5S₁/₂ − 5D₅/₂ stimulated Raman transition. When the atoms are illuminated with laser beams at 780 nm and 776 nm they generate two coherent light beams at 5,23 μm and 420 nm. We investigate the blue light when one laser or both are optical vortices, in particular Laguerre-Gaussian modes. In a first part we show that if the laser at 776 nm carries an OAM the blue light is an optical vortex with an OAM which respects azimutal and Gouy phase matchings. We further show that the conversion is efficient on a large set of OAM from -50 to +50, that the efficiency is governed by the product of the input laser intensities and that the blue light behaves like a pure Laguerre-Gaussian mode. In a second part we demonstrate the conversion of a vortex superposition or a pair of coaxial vortices and that the OAM of the emitted light obeys the conservation rule of total OAM. For each studied case we propose a four wave mixing model establishing selection rules for the conversion process. This work opens possibilities towards OAM conversion using higher atomic levels

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Kuszelewicz, Reuven. "Étude de dispositifs optiques bistables utilisant des lasers à fort gain couplés en intensité : aspects théoriques et expérimentaux". Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112009.

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Abstract (sommario):

Nous étudions dans ce mémoire, un ensemble de dispositifs conçus à partir d'un nouveau type de bistabilité reposant sur le couplage mutuel sans cohérence de deux cavités lasers à fort gain. L'effet bistable est réalisé par compétition entre les lasers, en injectant l'émission de l'un des lasers dans le milieu actif du second et réciproquement. L'analyse de l'influence des rétrocouplages passifs et de l'origine des cohérences par mélange à quatre ondes permet de dégager trois méthodes susceptibles de promouvoir un couplage non cohérent: désalignement angulaire, polarisations orthogonales et décalage spectral des faisceaux. Une modélisation reposant sur des hypothèses de champ moyen est développée sur lasers à semiconducteurs. Des temps de commutation de 100 ps pour des énergies d'environ 6. 5 pJ sont calculés. Une démonstration expérimentale sur un montage macroscopique utilisant des lasers à rhodamine 6G met en évidence des durées de commutation inférieures à 700 ps (1). Une étude des conditions de réalisation de dépôts anti-reflet efficaces (R≤10-3) complète la réalisation d'un dispositif expérimental d'investigation utilisant des lasers InGaAsP ( λ = 1. 3 μm) en cavité externe. Les résultats enregistrés laissent espérer la réalisation de dispositifs compacts reposant sur l'emploi de structures monolithiques sur un substrat unique
In this thesis we have studied a set of deviees resulting from a novel type of bistability. The principle relies upon non coherent mutual coupling between twin-laser symmetrical cavities with high gain. The bistable effect is achieved by competition between lasers. The light emission of one of them is injected into the active medium of the second one and vice-versa. Passive backward coupling influences and coherent coupling through four-wave mixing are analysed. This leads to three experimental configurations for non coherent coupling acheivement angular misalignement, orthogonal polarization and wavelength shifting. A theoretical model based on mean field and slowly varying enveloppe approximations is developped with semiconductor laser materials. Switching times of 100 ps for 6. 5 pJ energy are predicted. A demonstration using Rhodamine 6 G dye lasers leads to switching times shorter than 700 ps. The conditions necessary to reach high quality antireflection coatings (R≤10-3) are investigated in order to realize an experimental set-up with InGaAsP lasers (λ = 1,3 μm) in external grating cavities. The observed results give great hope for realizing compact devices with monolithic structures on a single substrate

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Harlé, Thibault. "Sources fibrées de paires de photons : caractérisation et influence de la non-uniformité". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLO009/document.

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Abstract (sommario):

Les sources de paires de photons constituent un bloc de base pour les technologies de traitement et transmission de l'information quantique. Une source consistant en une fibre microstructurée à coeur liquide permet à la fois une réduction du bruit de diffusion Raman, une adaptation simple et efficace aux réseaux de télécommunication quantique, et l'ajustement de ses propriétés d'émission par ingénierie de la microstructure et choix du liquide non linéaire. Ces recherches se concentrent sur l'étude de l'émission de paires de photons d'une telle source, et du mélange à quatre ondes à leur origine. Nous soulignons le manque d'une description quantitative correcte des phénomènes non linéaires à l'origine des paires dans les modèles existants, et en proposons un se basant sur le champ D pour y parvenir. Nous mettons expérimentalement en évidence l'inconsistance avec la forme de spectre usuellement attendue les sources de paires de photons. Pour l'expliquer, nous développons un modèle rendant compte de la non-uniformité du guide, soit la variation de ses propriétés de propagation sur sa longueur. Par une approche analytique initiale simple de cette caractéristique, nous exposons l'étalement du spectre et la diminution du taux maximum d'émission de paires. Une description numérique par morceaux apporte une description plus proche de la réalité et met en lumière la très forte sensibilité du spectre à la non-uniformité. Un autre effet de cette dernière se traduit par la différenciation du spectre selon le sens de propagation de la lumière dans le guide. Lors de l'intrication en polarisation des paires dans un dispositif de type boucle Sagnac, cette non-réciprocité dégrade la visibilité des paires. Pour compenser cet effet, nous proposons une solution simple de symétrisation du profil des fibres à leur fabrication, appuyée par de premiers résultats encourageants. Cette étude ouvre la voie à la prise en compte des non-uniformités inhérentes aux guides réels, impactant fortement leur émission de paires de photons
Photon-pair sources are a basic block for implementation of quantum information and telecommunication. A microstructured fibered source with liquid core induce a Raman scattering noise reduction, and at the same time allows a simple and lossless coupling to telecom network, with an engineering of its emission properties through the structure and liquid choices. This work focus on four-wave mixing leading to photon pairs emission in such a source. As existing models lack a correct emph{quantitative} description of nonlinear phenomena for pairs emission, we propose here one based on the D field to do so. We show a mismatch between the spectrum form usually expected and the experimental one. To explain this, we develop a model describing the effects of guide nonuniformity, meaning variation of its propagation properties along itself. Through an initial and simple analytical approach, we demonstrate the spectrum spreading and the diminution of the maximum of emission pairs rate. With a piece-wise numerical description for real guides, we highlight the very strong sensitivity of the emission spectrum towards nonuniformity. Another effect arising from this feature is the spectrum differentiation depending on the propagation direction within the guide. Upon pairs polarization entanglement by inserting the guide into a Sagnac loop interferometer, such nonreciprocity induces a deterioration of pairs visibility. In order to counteract this effect, we propose, based on first encouraging results, a simple solution involving a symmetrization of fibers profile during their manufacture. This study paves the way for taking into account inherent nonuniformity of real waveguides, which strongly impacts their photon pair emission

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Cordier, Martin. "Photon-pair generation in hollow-core photonic-crystal fiber". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT024/document.

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Abstract (sommario):

Les sources de paires de photons sont un composant essentiel des technologies émergentes en information quantique. De nombreux travaux ont permis des avancées importantes utilisant des processus non linéaires d'ordre 2 dans les cristaux et les guides d'ondes, et d'ordre 3 dans les fibres. Les limitations viennent dans le premier cas, des pertes et en particulier des pertes de couplage avec les fibres optiques et dans le second cas, du bruit dû à l'effet Raman dont le spectre est très large dans les fibres de silice. Ce projet propose une nouvelle architecture basée sur des fibres à cristal photonique à coeur creux (FCPCC) que l'on peut remplir de liquide ou de gaz non linéaire. Cette configuration permet la génération paramétrique de paires de photons corrélés par mélange à quatre ondes sans l'inconvénient de la diffusion Raman. Cette technologie offre une large gamme de paramètres à explorer en s'appuyant sur les propriétés physiques et linéaires contrôlables des FCPCC et la possibilité de remplissage de ces fibres avec des fluides aux propriétés non-linéaires variées. En effet, par une conception judicieuse de la FCPCC et un choix approprié du liquide ou du gaz, il est possible de (i) contrôler la dispersion et la transmission pour générer des photons corrélés sur une large gamme spectrale avec la condition d'accord de phase la plus favorable, (ii) d'ajuster la taille de coeur de la fibre et/ou sa forme pour augmenter sa non-linéarité ou son efficacité de couplage avec d'autres fibres et (iii) de s'affranchir totalement de l'effet Raman si on utilise par exemple un gaz monoatomique, ou d'obtenir des raies Raman fines, aisément discriminables des raies paramétriques dans le cas d'un liquide
Photon pair sources are an essential component of the emerging quantum information technology. Despite ingenious proposals being explored in the recent years based on either second order nonlinear processes in crystals and waveguides or on third order processes in fibers, limitations remain, due to losses and specifically coupling losses in the former case and due to Raman generation in silica, giving rise to a broad spectrum noise in the latter. These limitations have been challenging to lift because of the limited alternative nonlinear materials that fulfil the conditions for the generation of bright and high fidelity photon pairs in integrable photonic structures. In the present project, we develop a new and versatile type of photonic architecture for quantum information applications that offers access to a variety of nonlinear optical materials that are micro-structured in optical fiber forms to generate photon pairs, without the drawback of Raman scattering and with a large design parameter-space. Indeed, with a careful design of the HCPCF along with the appropriate choice of fluid, one can (i) control the dispersion and the transmission to generate photons with the most favourable phase-matching condition over a large spectral range, (ii) adjust the fibre core size and/or shape to enhance nonlinearity or the coupling efficiency with other fibres, (iii) totally suppress the Raman effect in monoatomic gases for instance or have only narrow and separated Raman lines that can thus be easily separated from the useful parametric lines in liquids

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Sylvestre, Thibaut. "AMPLIFICATION ET CONVERSION PARAMETRIQUES, DECALAGE ET SUPPRESSION DE FREQUENCES PAR PROCESSUS KERR ET RAMAN DANS LES FIBRES OPTIQUES". Phd thesis, Université de Franche-Comté, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006109.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur une étude détaillée, théorique et expérimentale, des phénomènes paramétriques, de la diffusion Raman stimulée et de leurs interactions mutuelles, survenant lors de la propagation d'ondes électromagnétiques intenses dans les fibres optiques unimodales. Ce travail vise notamment à suggérer de nouvelles fonctions de traitement tout-optique pour les télécommunications par fibres optiques. Une partie importante du travail met à profit la forte biréfringence des fibres à maintien de polarisation pour réaliser l'amplification paramétrique (ou instabilité de modulation induite) de signaux impulsionnels dans le régime de dispersion normale. Une approche phénoménologique montre l'équivalence physique entre le mélange à quatre ondes et l'instabilité de modulation. L'amplification de la fluorescence paramétrique, à partir du bruit quantique, présente un gain quasi-exponentiel en fonction de la puissance de pompe alors que l'amplification d'un signal évolue selon une loi en cloche à cause du déphasage non linéaire induit par la pompe. Les résultats expérimentaux mettent en évidence cette dynamique en cloche et confirment la validité du modèle d'instabilité de modulation. En remplacement des sources impulsionnelles de puissance, une expérience supplémentaire utilisant des microlasers permet d'obtenir des gains supérieurs à 20 dB dans 20 m de fibre. Enfin l'étude des aspects temporels liés à l'amplification paramétrique par biréfringence révèle la génération de trains d'impulsions solitons noirs à des cadences supérieures au THz. Une partie complémentaire analyse le processus d'intermodulation de phase dégénérée dans une fibre biréfringente et permet de décrire les effets spectraux et temporels, liés à l'utilisation d'impulsions picosecondes, qui affectent la propagation des ondes sur les axes de polarisation de la fibre. Les effets combinés de l'intermodulation de phase et de la différence de temps de groupe provoquent des rétrécissements et des asymétries des spectres modulés ainsi que des modulations temporelles rapides, en comparaison avec la situation ou une impulsion est polarisée selon une ligne neutre. Cette comparaison permet de mesurer la biréfringence des fibres sur une grande dynamique (103) et une bonne précision (5%). Une expérience montre ensuite la possibilité de décaler en fréquence des signaux par in termodulation de phase dégénérée sur une plage de 0 à ± 0,3 nm. Le troisième volet étudie les effets de couplage entre le mélange à quatre ondes et la diffusion Raman stimulée (DRS) en régime de dispersion normale pour réaliser de la conversion en longueur d'onde. Un signal picoseconde à la fréquence Raman anti-Stokes, injecté avec une impulsion pompe, induit la génération d'une impulsion Stokes par couplage paramétrique. La longueur de couplage, très faible, est cependant suffisante pour que l'amplification Raman Stokes prenne ensuite le relais, même très en dessous du seuil de DRS habituel. Cette méthode est originale puisqu'elle démarre sur un processus paramétrique complètement désaccordé en phase, mais assisté par l'amplification Raman Stokes et l'absorption anti-Stokes. Il permet ainsi une conversion/amplification tout-optique ultra-rapide de fréquences avec de très grands décalages spectraux (26 THz), normalement inaccessibles à la conversion paramétrique pure. Une application intéressante de ce procédé réside dans la possibilité de réaliser une conversion de longueur d'onde 1,3 Μm↑1,5 Μm entre les deux fenêtres spectrales des télécommunications. Bien que la diffusion Raman stimulée (DRS) dans les fibres optiques puisse être mise à profit pour un certain nombre d'applications, ce même processus peut être également source de pénalité en puissance et en débit dans les systèmes de télécommunications, notamment les transmissions multiplexées en longueur d'onde (WDM). Une méthode de contrôle et de suppression de la DRS est démontré à partir d'un champ de pompe multi-fréquences. Le mécanisme de suppression, basé sur l'antisymétrie spectrale de la susceptibilité Raman, est optimisé pour un écart entre les différentes composantes spectrales de pompe égal à deux fois le décalage Raman.. La suppression totale de la DRS est obtenue en déséquilibrant les puissances de pompe de manière à contrebalancer l'effet additionnel de cascade Raman des hautes vers les basses fréquences. Outre les implications potentielles de cette méthode dans les transmissions WDM, ce principe de suppression présente un intérêt pour augmenter les facteurs de compression dans les compresseurs d'impulsions à fibre.

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Nguyen, Duc Minh. "Investigations et caractérisations de fibres et guides optiques très fortement non-linéaires". Rennes 1, 2011. http://www.theses.fr/2011REN1E006.

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Abstract (sommario):

L’étude des effets optiques non-linéaires suscite un vif intérêt pour un large champ d'applications dans les systèmes de transmission optiques, comme la régénération des données ou le démultiplexage temporel. La réalisation de ces fonctions exige de nouvelles fibres ou guides d'ondes qui possèdent une très forte non-linéarité Kerr. Dans le cadre de cette thèse nous avons retenu l’étude de guides polymères et de fibres en verres de chalcogénures pour leur très fort coefficient non-linéaire n2 dont la valeur atteint 10000 respectivement 500 fois celui de la silice à la longueur d’onde de 1550 nm. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes de caractérisations non-linéaires de fibres et guides optiques. Ces méthodes permettent de déterminer simultanément le coefficient non-linéaire Kerr et la dispersion ainsi que d’améliorer la précision de mesure par rapport aux techniques précédentes. Une nouvelle solution d’analyse modale est également développée. La méthode permet non seulement de calculer le nombre de modes, mais aussi de déterminer la distribution de puissance entre les modes. Nous proposons ensuite la caractérisation et la démonstration d’effets non-linéaires dans deux nouvelles fibres microstructurées en verre de AsSe fabriquées en 2010 et 2011 par Perfos, Lannion et SRC, Rennes. Deux records de non-linéarité de 31300 W-1km-1 et 41000 W-1km-1 sont mesurés Pour la dernière fibre (fabriquée en 2011), la conversion de longueur d’onde à 10 GHz et 42,7 GHz a été réalisée avec une puissance d’entrée compatible avec les télécoms. Finalement, les conditions nécessaires à l’observation des effets non-linéaires dans les guides polymères sont étudiées.

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Vedadi, A. "Etude et applications des amplificateurs paramétriques à fibre optique". Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00544865.

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Abstract (sommario):

Depuis l'avènement en Perse, il y a 2500 ans, du service postal, la capacité à transmettre un maximum d'information sur une longue distance et en un minimum de temps s'avère être une des quêtes de l'Homme. Aujourd'hui, les moyens de télécommunications modernes font parti de notre quotidien et nous permettent de partager quasi-instantanément de la voix, de l'image ou du texte avec un interlocuteur situé à des milliers de kilomètres. Le cadre général dans lequel s'insère ce manuscrit de thèse est celui de l'étude de la couche physique des télécommunications, mais de façon plus précise, celui de la recherche d'outils de traitement tout-optique de l'information destinés particulièrement aux futurs systèmes de transmission à à très haut débit. En effet, de nombreuses recherches ces dernières années ont montré la variété d'applications possibles à partir de l'amplification paramétrique, une nouvelle technique d'amplification sur fibre optique offrant une très grande bande passante. Nous présentons dans ce manuscrit une étude théorique des amplificateurs paramétriques utilisant deux lasers de pompe. Nous analyserons également le bruit et la distorsion des signaux de télécommunications apporté par la modulation de phase des pompes, requise pour supprimer la rétro-diffusion Brillouin stimulée dans toute fibre optique. Nous donnerons la démonstration théorique que deux ondes pompes modulées en opposition de phase annulent toute distorsion des signaux. Nous présenterons également une mise en oeuvre expérimentale d'un amplificateur paramétrique optique, intégrant un nouveau modulateur de phase double réalisé en partenariat avec la société Photline Technologies. Celui-ci nous a permis de démontrer une qualité d'amplification optique ainsi qu'une conversion de longueur d'onde quasi-transparente. La troisième partie présente ce qui constitue, à notre connaissance, la première mesure distribuée du gain paramétrique le long de la fibre optique servant de milieu amplificateur. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l'Ecole Fédérale Polytechnique de Lausanne (EPFL), en Suisse. Ils sont basés sur l'analyse Brillouin dans le domaine temporel. La quatrième et dernière partie de ce manuscrit relate une étude théorique et numérique d'une boucle à réplication d'impulsion laser intégrant un amplificateur paramétrique. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat avec le Commissariat à l'Energie Atomique (CEA). L'originalité de cette étude réside dans l'exploitation des amplificateurs paramétriques dans la fenêtre de longueurs d'ondes autour de 1 μm en utilisant des fibres à cristal photonique.

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Banerjee, Chitram. "Experimental and Theoretical Study of Two Non-linear Processes Induced by Ultra-narrow Resonances in Atoms". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS139/document.

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Abstract (sommario):

Dans ce travail de thèse, je considère deux phénomènes distincts, tous deux liés aux interactions non-linéaires entre la lumière et des atomes. La première partie est dédiée à du mélange à 4 ondes basé sur des degrés de liberté internes d’atomes d’hélium à température ambiante, et l’utilise pour des processus d’amplification et de la génération d’états comprimés. Le second phénomène étudié est basé sur des degrés de liberté externes d’atomes de césium froids et est utilisé pour du stockage de lumière et la génération d’un champ conjugué en phase par mélange d’ondes. J'ai expérimentalement observé et caractérisé de l'ampliﬁcation sensible à la phase par mélange à quatre ondes dans de l'hélium métastable à température ambiante. J'ai obtenu un gain maximum d'environ 9 dB avec une bande passante d'environ 300 kHz. Les fonctions de transfert phase/phase obtenues ont montré une forte compression de phase, indiquant que le phénomène était presque exempt de processus indésirables. Dans la seconde partie, j'explique comment les résonances de recul, dues à un transfert de quantité de mouvement entre un photon et un atome, peuvent être utilisées pour du stockage de lumière. J'explique également comment ce phénomène peut conduire à la génération d’un champ conjugué, et pourquoi la théorie existante ne permet pas de modéliser le creux qui apparaît dans le spectre de génération du champ conjugué lorsqu’on augmente la puissance optique. Pour reproduire ce nouvel élément, j’ai effectué un développement jusqu’au 5e ordre, qui démontre qu’il dépend de la cohérence qui est excitée entre des niveaux de moments atomiques différents. Je montre ensuite qu'un modèle plus simple, basé sur trois niveaux atomiques définis par des degrés de liberté interne et externe de l'atome, peut expliquer le phénomène observé
In this PhD work, two distinct phenomena are considered, which are both related to non-linear interactions between light and atoms. The first part of the thesis is dedicated to four wave mixing based on the internal degrees of freedom of room temperature helium atoms and uses it for amplification processes and generation of squeezed light. The second studied process is based on external degrees of freedom of cold cesium atoms and used for light storage and phase conjugate field generation through multi-wave mixing. I experimentally observed and characterized phase sensitive amplification via four-wave mixing in metastable helium at room temperature. I have obtained about 9 dB of maximum gain with a bandwidth of about 300 kHz. The obtained phase transfer functions showed a strong phase squeezing, indicating that the phenomenon was almost free of unwanted processes. In the second part, I explain how recoil induced resonances, which are due to the transfer of momentum between a photon and an atom, can be used to store light. I also explain how this phenomenon can lead to generation of a phase conjugate field, and why the existing theory fails to model the dip, which appears in the phase conjugate generation spectrum when the field power is increased. I extend the model to the fifth order so that it can reproduce this new feature and demonstrate that it depends on the decay rate of the coherence, which is excited between atomic levels of different momenta. I then show that a simpler model, which is based on three levels defined by internal and external degrees of freedom of the atom, can explain the observed phenomenon

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Mermillod-Anselme, Quentin. "Spectroscopie cohérente non-linéaire de boîtes quantiques uniques dans des nanostructures photoniques". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY005/document.

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Abstract (sommario):

La décohérence dans les solides est un problème majeur vers la réalisation d'un processeur quantique basé sur l'utilisation de boîtes quantiques (BQs) semiconductrices comme qubits optiquement actifs. Mesurer et contrôler la cohérence optique de tels qubits s'avère donc primordial, tant d'un point de vue technologique que fondamental. Cependant, leurs tailles nanométriques, associées aux temps de vie sub-nanosecondes de leurs transitions optiques, rendent les mesures expérimentales très délicates.Ce travail de thèse propose une étude détaillée des mécanismes de déphasage et de couplage cohérent de complexes excitoniques fortement confinés dans des BQs InAs/GaAs individuelles. Pour réaliser ces mesures, j'ai développé une expérience de mélange à quatre ondes hétérodyne sensible à l'amplitude et à la phase du champ électrique émis par une BQ unique. Ce dispositif permet de mesurer le temps de vie et de cohérence d'un exciton unique, même en présence d'élargissement inhomogène. Pour augmenter l'interaction lumière-matière et l'efficacité d'extraction du signal, l'utilisation de nanostructures photoniques s'est avérée indispensable. La sensibilité optique du dispositif m'a permis d'étudier en détail les mécanismes d'interaction exciton-phonon, source importante de décohérence dans les solides, comme la formation du polaron acoustique, le couplage quadratique aux phonons acoustiques, et le déphasage induit pendant l'excitation. Par ailleurs, la réalisation de spectres bidimensionnels m'a permis de révéler le couplage cohérent entre différentes transitions excitoniques. Enfin, je présente un nouveau protocole de mélange multi-ondes permettant de contrôler la réponse cohérente d'un exciton unique que je propose d'appliquer sur une paire de BQs pour contrôler le couplage radiatif longue distance, étape fondamentale vers la réalisation d'une porte logique quantique dans les solides
Decoherence in solids is a major issue towards the realization of a quantum processor based on semiconductor quantum dots (QDs) as optically active qubits. Measuring and controlling the optical coherence of such qubits is required in their fundamental studies, paving a way for technological applications. However, their nanometer size combined to the sub-nanosecond lifetime of their optical transitions, render experimental measurements very challenging.This thesis presents a detailed study of the dephasing mechanisms and the coherent coupling of excitonic complexes strongly confined in individual InAs/GaAs QDs. To achieve these measurements, I developed an heterodyne four-wave mixing experiment sensitive to the amplitude and phase of the electric field emitted by a single QD. With this setup one can measure the lifetime and the coherence time of a single exciton, even in the presence of inhomogeneous broadening. To increase the light-matter interaction and the extraction efficiency of the signal, the use of photonic nanostructures has proved to be necessary. The optical sensitivity of the setup allowed me to study in detail the mechanisms of exciton-phonon interaction, which is an important source of decoherence in solids, like the acoustic polaron formation, the quadratic coupling to acoustic phonons, and the excitation-induced dephasing. Furthermore, by inferring two-dimensional spectra, I demonstrate coherent couplings between various exciton complexes. Finally, I highlight a new multi-wave mixing protocol to control the coherent response of a single exciton, and I propose to employ it to control long-range radiative coupling between two QDs, which is a fundamental step towards achieving a quantum logic gate in solids

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Cordier, Martin. "Photon-pair generation in hollow-core photonic-crystal fiber". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT024.

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Abstract (sommario):

Les sources de paires de photons sont un composant essentiel des technologies émergentes en information quantique. De nombreux travaux ont permis des avancées importantes utilisant des processus non linéaires d'ordre 2 dans les cristaux et les guides d'ondes, et d'ordre 3 dans les fibres. Les limitations viennent dans le premier cas, des pertes et en particulier des pertes de couplage avec les fibres optiques et dans le second cas, du bruit dû à l'effet Raman dont le spectre est très large dans les fibres de silice. Ce projet propose une nouvelle architecture basée sur des fibres à cristal photonique à coeur creux (FCPCC) que l'on peut remplir de liquide ou de gaz non linéaire. Cette configuration permet la génération paramétrique de paires de photons corrélés par mélange à quatre ondes sans l'inconvénient de la diffusion Raman. Cette technologie offre une large gamme de paramètres à explorer en s'appuyant sur les propriétés physiques et linéaires contrôlables des FCPCC et la possibilité de remplissage de ces fibres avec des fluides aux propriétés non-linéaires variées. En effet, par une conception judicieuse de la FCPCC et un choix approprié du liquide ou du gaz, il est possible de (i) contrôler la dispersion et la transmission pour générer des photons corrélés sur une large gamme spectrale avec la condition d'accord de phase la plus favorable, (ii) d'ajuster la taille de coeur de la fibre et/ou sa forme pour augmenter sa non-linéarité ou son efficacité de couplage avec d'autres fibres et (iii) de s'affranchir totalement de l'effet Raman si on utilise par exemple un gaz monoatomique, ou d'obtenir des raies Raman fines, aisément discriminables des raies paramétriques dans le cas d'un liquide
Photon pair sources are an essential component of the emerging quantum information technology. Despite ingenious proposals being explored in the recent years based on either second order nonlinear processes in crystals and waveguides or on third order processes in fibers, limitations remain, due to losses and specifically coupling losses in the former case and due to Raman generation in silica, giving rise to a broad spectrum noise in the latter. These limitations have been challenging to lift because of the limited alternative nonlinear materials that fulfil the conditions for the generation of bright and high fidelity photon pairs in integrable photonic structures. In the present project, we develop a new and versatile type of photonic architecture for quantum information applications that offers access to a variety of nonlinear optical materials that are micro-structured in optical fiber forms to generate photon pairs, without the drawback of Raman scattering and with a large design parameter-space. Indeed, with a careful design of the HCPCF along with the appropriate choice of fluid, one can (i) control the dispersion and the transmission to generate photons with the most favourable phase-matching condition over a large spectral range, (ii) adjust the fibre core size and/or shape to enhance nonlinearity or the coupling efficiency with other fibres, (iii) totally suppress the Raman effect in monoatomic gases for instance or have only narrow and separated Raman lines that can thus be easily separated from the useful parametric lines in liquids

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Tesi sul tema "Microscopie à mélange à quatre ondes"

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