Génération de triple peignes de fréquences dans les fibres multi-coeurs pour la spectroscopie multidimensionnelle

Generation of triple frequency combs in multi-core fibres for multidimensional spectroscopy

• Auteur / Autrice : Eve-Line Bancel
• Direction : Arnaud Mussot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Rigneault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rosa Santagata, Anne Durécu, Benjamin Wetzel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Leo, Thibaut Sylvestre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cohérence (optique)

Spectroscopie résolue en temps

Optique non linéaire

Mots clés libres

Optique non linéaire fibrée

Fibre multi-Coeur

Multiplexage spatial

Peignes de fréquence

Spectroscopie cohérente multidimensionnelle

Mélange à 4 ondes

Non-Linear fiber optics

Multi-Core fiber

Spatial multiplexing

Frequency combs

Multi-Dimentisonal coherent spectroscopy

Four wave mixing

Résumé

Ces travaux de thèse explorent le développement, la caractérisation et l'application pratique d'une nouvelle source de tri-peigne de fréquences entièrement fibrée, et accordable, pour la spectroscopie multidimensionnelle. La spectroscopie à trois peignes apporte une nouvelle dimension à l'analyse spectroscopique linéaire et non linéaire classique, offrant la possibilité de mesurer l'évolution presque en temps réel de systèmes complexes avec une précision inégalée. Les configurations actuelles de tri-peignes sont fondées sur l'utilisation de lasers à verrouillage de modes, ce qui impose des contraintes sur les paramètres du système et nécessite une synchronisation électronique complexe, limitant ainsi les applications potentielles. Dans cette thèse, nous présentons la démonstration expérimentale du multiplexage spatial de trois peignes électro-optiques provenant d'une source laser commune, dans une fibre non linéaire à plusieurs cœurs .Ce choix d'architecture vise à assurer une cohérence mutuelle intrinsèque entre les trois peignes. Ce manuscrit fournit une étude du développement et de la caractérisation des trois peignes. Nous avons validé leur cohérence par paire grâce à des expériences à double peigne. Nous avons exploité la cohérence à trois peignes pour étudier expérimentalement le phénomène de mélange à quatre ondes intra-enveloppe dans les fibres optiques.L'utilisation du troisième peigne comme oscillateur local multi-lignes nous a permis d'extraire et d'analyser les composantes entremêlées résultant de l'interaction non linéaire entre les deux premiers peignes.Nous avons ensuite révélé la haute cohérence mutuelle entre les trois peignes élargis en appliquant cette approche à la démonstration d'une expérience de spectroscopie tri-peigne en 2D.

This thesis work explores the development, characterization, and practical application of a novel, fully fibered, and freely-tunable tri-frequency-comb source for advanced multidimensional spectroscopy. Tricomb spectroscopy unveils a new dimension to standard linear and non-linear spectroscopic analysis, offering the possibility to reveal the almost real-time evolution of complex systems with unprecedented accuracy. Current triple comb configurations are based on the use of mode-locked lasers, which impose constraints on the comb parameters, and require complex electronic synchronization, thus limiting potential applications. In this thesis, we present the experimental demonstration of the spatial multiplexing in a multi-core non-linear fiber of three electro-optic combs from a common laser source.This architecture aims to ensure intrinsic mutual coherence between the three combs. The manuscript provides a comprehensive study of the development and characterization of the three combs Wevalidated their pairwise coherence through dual-comb experiments. We exploited the tri-comb coherence to experimentally investigate intra-envelope four-wave mixing phenomenon in optical fibers.We then revealed the high mutual coherence between the three broadened combs by applying this approach through the demonstration of a 2-D FWM spectroscopy experiment.