Optique adaptative et non linéaire pour le contrôle spatial de la propagation dans une fibre multimodale

Discipline

Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Effet Kerr, Nettoyage de faisceau, Synthèse modale, Fibre multimode GRIN, Contrôle adaptatif, Modulateur spatial de lumière

Mots-clés

Fibres multimodes,

Kerr, Effet,

Optique adaptative,

Lumière -- Propagation,

Modulateurs de lumière

Cette dernière décade, les fibres multimodales ont eu un regain d’intérêt dans la communauté scientifique, lié en grande partie à la possibilité d’augmenter la bande passante de liaisons optiques par les nouvelles techniques de multiplexage spatial. Ce n’est pas le seul domaine d’application, aussi nombre de techniques d’optique adaptative ont été développées pour contrôler le profil de champ, généralement tavelé, en sortie de fibre multimodale. Ces techniques, de pré-compensation de front d’onde, ont démontré leur efficacité avec des rayonnements se propageant en régime linéaire en général, pour par exemple faire de l’imagerie déportée par fibre. Dans le même temps, le phénomène d’autonettoyage par effet Kerr a récemment été observé dans des fibres multimodales à gradient d’indice parabolique (GRIN). Il conduit, au cours de la propagation dans la fibre, à un transfert progressif de l’énergie des modes propagés vers le mode fondamental, les interactions non linéaires en jeu étant d’autant plus complexes que le nombre de modes guidés est important. Ces travaux de thèse sont à la conjonction de ces deux thématiques, en appliquant ces techniques de contrôle spatial de la propagation modale au régime d’autonettoyage par effet Kerr, dans des fibres GRIN. Un dispositif d’optimisation adaptative a été développé, intégrant un modulateur spatial de lumière (miroir déformable) pour structurer le front d’onde du faisceau incident à une fibre GRIN de 52 μm de diamètre de cœur, et des caméras en sortie avec lesquelles une fonction objectif a été définie. Dans un premier temps, les paramètres du système d’injection, de l’algorithme d’optimisation et de la fonction objectif ont été optimisés pour assurer une convergence rapide du profil de champ propagé vers celui ciblé. Ce dispositif a permis d’étudier le phénomène d’autonettoyage par effet Kerr en l’appliquant à la synthèse d’autres modes que le fondamental. Ainsi, 6 modes d’ordre bas, en plus du mode fondamental, ont pu être synthétisés par ce dispositif d’optique adaptative en sortie de fibre GRIN. L’effet Kerr assiste le processus d’optimisation pour converger vers un champ avec une excellente correspondance avec le mode ciblé, impossible à obtenir en régime de propagation linéaire dans les mêmes conditions. L’étude de la dynamique de la synthèse modale assistée par autonettoyage Kerr a mis en évidence les différentes puissances seuils nécessaires à la synthèse des modes ciblés. L’influence de la pré-compensation de front d’onde sur le phénomène de thermalisation de la population modale a été étudiée numériquement. Cette étude montre l’importance des groupes modaux dans le processus d’échange d’énergie, qui rendent la synthèse modale robuste, notamment aux variations des conditions initiales. Enfin, elle a montré que la pré-structuration de front d’onde permet de réguler la vitesse de la thermalisation de la population modale.