Dynamiques non linéaires dans les fibres multimodes à gradient d’indice : Caractérisation spatiotemporelle/ spectrale, et applications à la génération de supercontinuum MIR

Discipline

Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Fibre multimode à gradient d’indice, Dynamiques non linéaires spatiotemporelles, Supercontinuum moyen infrarouge fibré, Caractérisation spatiotemporelle et spatiospectrale, Amplification thulium

Mots-clés

Fibres multimodes,

Lasers à fibre,

Rayonnement infrarouge,

Lasers femtoseconde,

Kerr, Effet

Cette thèse décrit l’utilisation de fibres multimodes à gradient d’indice (GIMF) pour l’amélioration des systèmes lasers. Ces dernières années, ces fibres ont connu un regain d’intérêt notamment dans les systèmes de télécommunications à multiplexage spatial ou pour la réalisation de composants optiques. En régime de forte intensité, il a été démontré récemment que l’auto-imagerie du faisceau s’y propageant permet l’émergence de dynamiques non linéaires spatiales, temporelles et spectrales inédites. L’autonettoyage de faisceau par effet Kerr, qui transforme un faisceau multimode (speckle) en un faisceau quasi-gaussien, en est une manifestation spectaculaire. Cette thèse étend les connaissances relatives à ce phénomène en démontrant le nettoyage de faisceau en régime faiblement multimode. J’ai aussi identifié expérimentalement les modes impliqués dans les couplages intermodaux via un nouveau système de cartographie spatio-temporelle avec une résolution de 8 ps. Finalement, je montre qu’un faisceau monomode de faible énergie peut déclencher le phénomène d’autonettoyage sur un second faisceau très multimode et de forte intensité, avec pour application à plus long terme la réalisation de portes logiques tout-optique. L’auto-imagerie de faisceau dans une fibre multimode à gradient d’indice s’accompagne aussi de la génération de raies paramétriques. Dans une seconde partie de cette thèse, je me suis intéressé à ces dynamiques non linéaires spatiospectrales. Dans un premier temps, j’ai caractérisé finement le contenu modal des raies paramétriques, ce qui n’avait pas été fait jusqu’alors. J’ai par la suite exploité la forte densité spectrale de puissance de ces raies paramétriques fortement décalées de la longueur d’onde de pompe pour générer un supercontinuum intense dans le moyen-infrarouge à partir d’un laser à 1 µm, pour la première fois à ma connaissance. Finalement, j’ai étudié les conditions prévalant à l’optimisation de l’extension spectrale du continuum moyen-infrarouge et démontré qu’un choix judicieux des caractéristiques du faisceau d’entrée permet d’étendre la couverture spectrale du supercontinuum sur trois octaves, de 0,75 à 6 µm.