Étude d’effets optiques non linéaires d’ordres 2 et 3 dans des nanofibres optiques

study of second and third order non linear optical effects in optical nanofibers

• Auteur / Autrice : Maha Bouhadida
• Direction : Sylvie Lebrun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 23/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : référent : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Photonique Non Linéaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Lebrun, Philippe Grelu, Sara Ducci, Frédéric Druon, Jean-Charles Beugnot, Monique Thual
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Grelu, Sara Ducci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photons -- Corrélation

Fluorescence induite par laser

Raman, Effet

Changeurs de fréquence

Nanofibres

Optique non linéaire

Mots clés libres

Nanofibre optique

Optique non linéaire

Convertisseur de longueur d'onde

Diffusion Raman

Fluorescence paramétrique

Photons corrélés

Optical nanofiber

Non linear optics

Wavelength converters

Raman scattering

Parametric fluorescence

Correlated photons

Résumé

Cette thèse de doctorat porte sur l'étude d'effets optiques non linéaires d’ordres 2 et 3 dans des nanofibres optiques de silice qui sont des fibres optiques étirées jusqu'à atteindre des diamètres de l'ordre de la longueur d'onde.La première application étudiée est la réalisation de convertisseurs de longueur d’onde dans le visible en régime sub-nanoseconde, domaine peu couvert par les sources impulsionnelles actuelles. Le principe de ces convertisseurs repose sur la diffusion Raman stimulée dans le champ évanescent d’une nanofibre optique de silice baignée dans un liquide. En définissant et optimisant leur domaine de fonctionnement, nous avons atteint des efficacités de conversion externes de l'onde de pompe à 532 nm vers le premier ordre Stokes de l'éthanol à 630 nm proches de 60%. Les performances de nos convertisseurs sont très répétables et ouvrent la voie à une nouvelle famille de convertisseurs de longueur d'onde très compacts, efficaces, fiables et entièrement fibrés.La seconde application visée concerne l'étude d'une source de paires de photons corrélés émettant autour de 1,5 μm pour les télécommunications quantiques. Notre source est basée sur le mécanisme de fluorescence paramétrique à la surface d’une nanofibre optique de silice. Dans l'accord de phase modal étudié, l'onde de pompe est émise sur le mode TM01 à 775 nm et les paires de photons corrélés sont générées autour de 1,5 microm sur le mode fondamental HE11, avec l'avantage de pouvoir se recoupler avec un minimum de pertes dans un réseau fibré. Nos études ont principalement porté sur le choix de la fibre standard permettant d'optimiser l'efficacité du mécanisme, la conception de la nanofibre et de ses tapers ainsi que la mise en place d'expériences préliminaires pour l'excitation de modes d'ordre supérieur.

In this PhD thesis we study 2nd and 3rd order optical non-linearities in optical nanofibers, which are obtained by stretching standard fibers until their diameter becomes of the order of magnitude of the wavelength. The first application is the realization of wavelength converters in the visible range in the sub-ns regime, range which is only minimally covered by pulsed sources. The principle of these converters is to use stimulated Raman scattering in the evanescent field immersed in a liquid. By defining and optimizing their operating range, we have reach external conversion efficiencies from the pump at 532 nm to the first Stokes order of ethanol at 630 nm near to 60%. The performances of our converters are very repeatable and open the way to a new family of very compact, reliable and all-fibered components.The second application is the study of a source of correlated photon pairs for quantum telecommunications. Our source is based of parametric fluorescence on the surface of a silica nanofiber. In the phase-matching we propose, the pump wave is emitted on the mode TM01 at 775 nm and the photon pairs are emitted around1.5 μm in the fundamental mode, enabling a recoupling with only a few losses in the optical network. Our study mainly concern the choice of the standard fiber enabling to optimize the efficiency of the mechanism, the conception of the nanofiber and its tapers as well as the implementation of preliminary experiments for the excitation of high ordrer modes.