Integrated soliton circuits

• Auteur / Autrice : Federico Pettazzi
• Direction : Mathieu Chauvet, Eugenio Fazio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Università degli studi La Sapienza (Rome)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique intégrée

Solitons

Résumé

Dans ce travail de thèse nous abordons le développement de circuits optiques intégrés tri-dimensionnels (3-D), la technique pour induire ces guides est basée sur les solitons spatiaux photorefractifs. Les démonstrations expérimentales sont réalisées dans le niobate de lithum (LiNbO3) ce qui permet de bénéficier de l'excellente qualité optique de ce matériau associée à une forte réponse photoréfractive, Dans un premier chapitre, les principaus problèmes liés aux interconnections optiques sont identifiés et une solution exploitant les solitons spatiaux photorefractifs est proposée. Dans un deuxième chapitre, les principales propriétés du LiNbO3 sont tout d'abord rappelées. Ensuite, la formation de solitons brillants photorefractifs est démontrée tant théoriquement qu'expérimentalement. Par la suite, le piégeage d'un faisceau dans le proche infra-rouge via la génération de deuxième harmonique est étudié en condition d'accord de phase et également loin de l'accord de phase. Les analyses expérimentale et numérique montrent que dans le premier cas la combinaison des processus quadratique et photoréfractif provoque l'induction d'une structure guidante dont le caractère multimode peut être contrôlé, Dans le cas d'un fort désaccord de phase nous avons démontré que le piégeage de la lumière est également effectif malgré la faiblesse de l'efficacité de conversion. Finalement, l'impact du dopage erbium d'échantillon de LiNbO3 est étudié, le but ultime étant de parvenir à démontrer l'amplification optique dans des guides photoinduits. Les résultats montrent que le LiNbO3 dopé erbium permet hl. Formation de guides photoinduits par effet photorefractif

In the present thesis the development of three dimensional integrated optical circuits exploiting the technique of photorefractive bright spatial solitons is addressed. The considered host material is Lithium Niobate (LiNbO3) that benefits from a well developed technological standard and possesses a large photorefractive response. Ln the first part, main problems related to optical interconnections are identified, and a solution based on photorefractive bright spatial solitons is proposed. Ln a second Chapter, after a brief review of the material properties, the formation of photorefractive bright solitons is demonstrated both tlleoretically and experimentally. Subsequently, the occurrence of photorefractive self-focusing via second hannonic generation is investigated in conditions near and far from perfect phase matching. Experimetal and numerical analysis shows that, in the case near phase matching, a complexe interaction between nonlinear quadratic process and photorefractivity causes multimode propagation inside self induced waveguide. Proper initial conditions can however lead to stable singlemode operation with high second harmonic conversion efficiency. For strongly mismatched condition we demonstrate that self-focusing effect can occur in the near infrared spectrum due to the weak second harmonic generated signal. Finally, the potentiality of erbium doped LiNbO3 has been tested by performing material characterization and self-focusing experiments. Results show that erbium doped crystals are suitable for formation of self-induced waveguides. Realisation of optical ciruits performing optical amplification and lasing in self-induced waveguides can be envisioned.