Génération de lumière Supercontinuum dans le visible et l’ultraviolet dans des fibres optiques multimodes de silice dopée à saut d'indice.

par Solveig Perret

Thèse de doctorat en Optique et photonique

Sous la direction de John Michael Dudley et de Gil Fanjoux.

Soutenue le 23-07-2020

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) (laboratoire) , Université de Franche-Comté (Etablissement de préparation) et de Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST (laboratoire) .

Le président du jury était Maxime Jacquot.

Le jury était composé de John Michael Dudley, Gil Fanjoux, Maxime Jacquot, Thierry Chartier, Philippe Roy, Sylvie Yiou.

Les rapporteurs étaient Thierry Chartier, Philippe Roy.


  • Résumé

    Bien que la propagation non-linéaire d'impulsions multimodales ait été étudiée dans les fibres optiques multimodes depuis les années 1970, les récents développements dans le domaine des matériaux et des techniques de fabrication des fibres ont considérablement renouvelé l'intérêt pour ce domaine. Dans cette thèse, nous rapportons l'étude expérimentale du processus de conversion non-linéaire de fréquence dans les fibres à saut d'indice multimodes pour générer de nouvelles composantes spectrales dans les régions du proche ultraviolet (UV-A) et du visible. Deux études particulières ont été réalisées. Dans la première, une fibre à saut d'indice faiblement multimode a été étudiée avec deux sources laser à 532~nm et 1064~nm. En fonction des particularités des conditions expérimentales, les résultats obtenus avec le pompage à 532~nm ont donné soit un large continuum multimode s'étendant de 515~nm à 680~nm, soit une série de composantes spectrales discrètes émises dans des modes d'ordre supérieur sur la plage de 524~nm à 538~nm. De plus, toujours en fonction des conditions expérimentales, lors du pompage à 1064~nm, les expériences ont donné soit un supercontinuum multimode s'étendant de 560~nm à 2350~nm, soit une série de pics spectraux discrets dans des modes d'ordre supérieur observés simultanément avec un élargissement spectral continu. Dans la seconde étude, les expériences ont porté sur la conversion non-linéaire de fréquences dans une fibre à cristaux photoniques en verre de silice spéciale UV avec pompage à 532~nm et 355~nm. Les résultats du pompage à 355 nm, en particulier, ont permis de générer des pics spectraux discrets d'ordre supérieur sur la plage 350~nm à 379.7~nm. D'autres expériences avec une injection dans les ponts de la microstructure de la fibre à cristaux photoniques ont permis d'obtenir un continuum en cascade Raman s'étendant de 350~nm à 390~nm. Les travaux expérimentaux de cette thèse ont été accompagnés soit de calculs théoriques des accords de phase intermodaux, soit de simulations de la propagation d'impulsions dans une fibre optique, si nécessaire. Cette thèse contribue à l'ensemble croissant de résultats montrant l'utilité des effets non-linéaires dans les fibres multimodes pour générer un rayonnement cohérent sur de larges plages spectrales.

  • Titre traduit

    Black-light ultraviolet supercontinuum generation in multimode step-index doped silica optical fibres.


  • Résumé

    Although multimode non-linear propagation has been studied in multimode optical fibres since the 1970s, recent developments in materials and manufacturing techniques have greatly renewed interest in this area. In this thesis, we report the experimental study of nonlinear frequency conversion processes in multimode fibres to generate new spectral components in the near ultraviolet (UV-A) and visible spectral regions. Two particular studies have been carried out. In the first, a few-mode step-index fibre was studied with two pump laser sources at 532~nm and 1064~nm. Depending on the particular experimental conditions, the results with 532~nm pumping yielded either a broad multimode continuum spanning over 515--680~nm, or as series of discrete spectral components emitted in particular higher-order modes over the range 524--538~nm. And again depending on experimental conditions, when pumping at 1064~nm, experiments yielded either a broadband multimode continuum spanning over 560--2350~nm, or a series of discrete spectral peaks in higher-order modes observed simultaneously with continuous spectral broadening. In the second study, experiments studied nonlinear frequency conversion in a UV-grade silica glass photonic crystal fibre with pumping at 532~nm and 355~nm. Results for 355~nm pumping in particular yielded the generation of higher-order mode discrete spectral peaks over the range 350--379.7~nm. Additional experiments pumping the photonic crystal fibre microstructure cladding region yielded a Raman cascade continuum spanning 350--390~nm. The experimental work in this thesis was accompanied by theoretical calculations of intermodal phase matching, or simulations of pulses propagation in an optical fibre as required. This thesis contributes to the growing body of results showing the utility of nonlinear effects in multimode fibre to generate coherent radiation over broad spectral ranges.


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