Propagation de vortex optiques en milieu photoréfractif : application à la génération de guides optiques

Propagation of photorefractive optical vortices : application to waveguiding

• Auteur / Autrice : Rémy Passier
• Direction : Fabrice Devaux, Mathieu Chauvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solitons

Électrooptique

Résumé

Ce manuscrit porte sur la génération, la mise en forme et la manipulation de vortex optiques, c'est à dire de faisceaux laser porteurs de singularités de phase les dotant d'un moment orbital angulaire. Nous les utilisons pour photoinduire des guides optiques dans la perspective de réalisation de systèmes guidant dans des matériaux photoréfractifs tout en s'attachant à la compréhension physique des interactions vortex/milieu photoréfractif. Liés aux nouvelles technologies, ils pourraient permettre de traiter l'information via de nouveaux composants d'interconnections. Notre solution est basée sur le principe des solitons optiques spatiaux, faisceaux invariants en propagation qui peuvent être obtenus via une interaction non linéaire appropriée dans le niobate de lithium. Nous présentons les notions de base relatives aux solitons et les vortex puis les différents mécanismes physiques intervenant dans les matériaux photoréfractifs. Un nouveau modèle numérique intégrant des variables auparavant négligées est proposé pour une meilleure compréhension du comportement du vortex. Nous mettons alors en évidence le bon accord entre ce modèle et l'observation expérimentale de l'influence de l'anisotropie du cristal sur la propagation d'un vortex en milieu photoréfractif-photovoltaïque. Enfin, les résultats sont mis à profit pour définir les conditions expérimentales optimales permettant d'obtenir un quasi-soliton noir en 2D induisant une structure capable de guider et confiner la lumière dans le matériau. De plus les premiers résultats expérimentaux de structures guidantes plus complexes induites optiquement avec des vortex de charges multiples sont présentés.

This work deals with the generation and handling of optical vortices, ie laser beams holder of a phase singularity providing an orbital angular momentum. The aim is to induce optical waveguides in photorefractive materials such as lithium niobate while also understanding the physical interactions between vortices and the non linear environment. New technologies-wise, they could process information through new interconnections components. Our solution is based on the principle of spatial optical solitons, invariably propagating beams which can be obtained via an appropriate nonlinear interaction in lithium niobate (LiNbO3). We first introduce the basics and the state of the art on solitons and on optical vortices and their applications are also featured. Then principles involved in this work are detailed. We then expose the well-known numerical models describing the phenomenons, detailing their strengths and imperfections. A new three dimensional and time numerical model incorporating variables previously neglected is proposed for better understanding of the behavior of vortices in lithium niobate doped iron. We highlight the good agreement between this new model and the experimental observation of the influence of crystal anisotropy on the propagation of a vortex in a photorefractive-photovoltaic material. Then the results obtained are used to define the optimal experimental conditions to form a quasi-vortex soliton in two dimensions, inducing a structure confining light in the material. In addition, the first experimental complex structures optically induced by vortices with multiple charges are presented.