Chaos ondulatoire en optique guidée : amplificateur fibré double-gaine pour la génération de modes ''Scar''

Wave chaos in guided optics : double clad fiber amplifier for scar modes generation

• Auteur / Autrice : Claire Michel
• Direction : Olivier Legrand, Valérie Doya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ytterbium

Fibres double gaine

Amplificateurs optiques

Ondes

Chaos (théorie des systèmes)

Résumé

Le terme « chaos ondulatoire » désigne l’étude du comportement des ondes dans des systèmes fermés dont la limite géométrique des rayons exhibe une dynamique chaotique. Cette dernière est révélée notamment par l’extrême instabilité de trajectoires que sont les orbites périodiques. Comment les ondes se comportent-elles dans un système dont la limite géométrique suit une dynamique chaotique ? Dans certaines conditions particulières, elles peuvent figer le développement de la dynamique chaotique et concentrer leur énergie le long d’orbites périodiques instables, donnant lieu à l’existence de modes singuliers, les « Scars », présentant des surintensités localisées le long de ces trajectoires. Nous introduisons un milieu à gain dans une fibre optique multimode à section transverse chaotique, système privilégié pour l’étude du chaos ondulatoire. La localisation spatiale de ce gain nous permet de contrôler l’émergence d’une famille de « Scars » en les amplifiant sélectivement. Nous présentons des simulations numériques validant le processus physique d’amplification, suivies d’une étude expérimentale démontrant l’amplification sélective de modes « Scars » dans une fibre optique multimode.

« Wave chaos » is concerned with the study of waves in closed systems whose geometrical limit presents a chaotic dynamics. The latter is revealed, among other features, by the extreme instability of particular trajectories, namely periodic orbits. How do waves behave in a system whose geometrical limit shows a chaotic dynamics ? Under specific conditions, they can freeze the onset of the chaotic dynamics, and concentrate their energy in the vicinity of the unstable periodic orbits, thus allowing the existence of “Scar” modes, which exhibit localized maxima of intensity along these trajectories. The work presented here results from the will to actively control the odes of a chaotic system in order to experimentally enhance the “Scar” modes. We introduce a localized gain medium in a multimode optical fiber with a chaotic cross section, previously known as an ideal system for studying wave chaos. The spatial localization of the gain allows the control of the enhancement of a family of “Scar” modes, through a selective amplification. We present numerical simulations validating the physical process of amplification, followed by an experimental study that demonstrates the selective amplification of “Scar” modes in a multimode optical fiber.