Technique expérimentale pour l'imagerie spectrale distribuée le long de composants photoniques en fonctionnement nominal

Experimental technique for distributed spectral imaging along photonic components in nominal operation

• Auteur / Autrice : Yosri Haddad
• Direction : Gil Fanjoux, Samuel Margueron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 30/05/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Maillotte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Germano Montemezzani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Yiou, Marc Wuilpart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayleigh, Diffusion de

Guides d'ondes

Mots clés libres

Mesures spectrales distribuées

Nanofibre optique

Supercontinuum optique

Diffusion Raman stimulée

Waveguide

Rayleigh scattering

Distributed spectral measurements

Optical nanofiber

Supercontinuum

Stimulated Raman scattering

Résumé

Cette thèse de doctorat présente une méthode novatrice de métrologie optique pour réaliser des mesures spectrales distribuées le long de composants photoniques en fonctionnement nominal de manière non destructive et non invasive et avec une résolution spatiale et spectrale élevée. La technique repose sur la détection de la diffusion Rayleigh de la lumière se propageant dans le composant photonique. Nous avons testé cette méthode avec succès sur des fibres optiques effilées de diamètres submicrométriques et de longueurs centimétriques en régime linéaire et non linéaire. En régime linéaire, nous avons pu caractériser l'évolution spatiale de la lumière guidée le long d'une fibre effilée, les pertes et la localisation des défauts, ainsi que les changements de guidage des modes et des battements intermodaux. En régime non linéaire, nous avons observé le processus d'une cascade Raman le long de la nanofibre et la génération d'un supercontinuum optique le long d'une fibre optique incluant une fibre effilée. Nous avons ainsi mesuré le gain Raman pour les différents ordres Stokes et anti-Stokes générés par le processus de cascade Raman. Par ailleurs, nous avons étudié la contribution de chacune des zones constituant la fibre effilée sur la génération du supercontinuum, en comparant les résultats expérimentaux avec les prédictions numériques basées sur l'équation de Schrödinger non linéaire. Cette méthode innovante peut être étendue à l'étude de différents types de composants photoniques avec des géométries complexes et dans des conditions nominales de fonctionnement.

This doctoral thesis presents an innovative optical metrology method for performing distributed spectral measurements along photonics components under nominal operating conditions, with high spatial and spectral resolution and without any destructive or invasive effects. The technique relies on detecting Rayleigh scattering of light propagating within the photonics component. We successfully tested this method on submicrometer-diameter tapered optical fibers with centimeter lengths in both linear and nonlinear regimes. In the linear regime, we characterized the spatial evolution of guided light along a tapered fiber, as well as losses, defect localization, mode guidance changes and mode beatings. In the nonlinear regime, we observed the process of Raman cascading along the nanofiber and the generation of an optical supercontinuum throughout the entire fiber. We measured the Raman gain for different Stokes and anti-Stokes orders generated by the Raman cascade process. Additionally, we studied the contribution of each zone constituting the tapered fiber to supercontinuum generation by comparing experimental results with numerical predictions based on the nonlinear Schrödinger equation. This innovative method can be extended to the study of various types of photonics components with complex geometry and under nominal operating conditions.