Sources optiques infrarouges impulsionnelles ultra-courtes et spectralement ultra-larges générées par effet Raman dans les fibres creuses

par David Kergoustin

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Fetah Benabid et de Frédéric Gérome.

Soutenue le 03-12-2019

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Vincent Kermène.

Le jury était composé de Fetah Benabid, Frédéric Gérome, Philippe Adam, Sylvie Yiou.

Les rapporteurs étaient Ammar Hideur, Philippe Grelu.


  • Résumé

    Les fibres à coeur creux à gaine à cristaux photoniques (HC-PCF) remplies de gaz à haute pression s’avèrent être un outil efficace pour générer, par effet Raman stimulé (SRS), de larges peignes de fréquences. Ces derniers se montrent cohérents grâce au régime fortement transitoire de la SRS permettant l’amplification, depuis le niveau quantique jusqu’au niveau macroscopique, d’un unique mode spatio-temporel. Il en résulte la génération d’ondes Stokes avec une phase bien déterminée. Ces travaux de thèse ont notamment pour but d’étudier comment cette cohérence survit dans le temps, entre deux impulsions consécutives, afin d’évaluer la possibilité d’obtenir un nouveau mécanisme de verrouillage de modes. L’accent est également porté sur la versatilité de la technologie des fibres creuses remplies de gaz en proposant de nouvelles sources lasers originales. Ces sources exploitent des phénomènes non-linéaires comme l’effet Raman ou l’effet Kerr pour générer des rayonnements aussi bien sur un large spectre qu’à une longueur d’onde précise dans l’infrarouge. Enfin, la synthèse d’un train d’impulsions ultra-courtes est réalisée. La période de ce dernier est égale à l’inverse du décalage fréquentiel entre les lignes du peigne. Ce résultat est donc l’illustration parfaite de la cohérence des peignes de fréquences Raman ultra-larges ainsi générés, et est une étape de plus vers l’apparition d’un générateur de fonctions optiques. Un tel générateur serait un élément indispensable pour le processeur d’un ordinateur photonique.

  • Titre traduit

    Ultra-broad and ultra-short pulsed infrared optical sources generated by Stimulated Raman Scattering in HC-PCF


  • Résumé

    Gas-filled Hollow-Core Photonic Crystal Fibers (HC-PCF) are efficient tools regarding ultra-wide and coherent optical frequency combs by Stimulated Raman Scattering (SRS). Coherence is reached thanks to highly transient regime as it allows amplification, from quantum to macroscopic level, of a unique spatial and temporal mode (TSM). This results in the generation of Stokes waves with a well-determined phase. The present work details on which time scale coherence can subsist, between two consecutive pulses. The possibility of making a new kind of mode-lock is studied. Then the extreme versatility of gas-filled HC-PCF is illustrated by presenting different kind of new laser sources, exploiting different nonlinear phenomena as Raman and optical Kerr effects. Both ultra-broad and infrared sources are proposed. Then, ultra-short optical wave synthesis is performed. The repetition rate of these pulses is equivalent to the frequency shift of first rotational Raman transition in hydrogen, perfectly showing that ultra-wide Raman frequency combs are coherent. This result is a new step regarding an all-optical waveform generator. Such a device would be of major importance in a future photonic computer.


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