Propagation Optique et Milieu Amplificateur Désordonné – POMAD

Le projet POMAD se situe dans le cadre général de la propagation des ondes dans les milieux diffusants. Bien que l’évolution des champs optiques dans les milieux diélectriques désordonnés soit très complexe elle reste de nature déterministe. Aussi les ondes lumineuses qui traversent des milieux désordonnés restent contrôlables dès lors qu’elles peuvent être mises en forme de manière appropriée avant d’illuminer l’échantillon. Au cours des dernières années, des modulateurs spatiaux de lumière de haute performance sont apparus et ont conduit à l’émergence d’un nouveau paradigme suscité par la démonstration de techniques variées pour s’affranchir de l’impact du désordre. Ces dernières s’appuyaient sur le profilage des fronts d’ondes des ondes excitatrices. Jusqu’à présent cependant les études publiées concernaient seulement la propagation dans des matériaux sans gain ni pertes. Ceci explique la grande originalité du projet POMAD qui vise l’étude et la maîtrise de la propagation de champs lumineux à travers des structures désordonnées amplificatrices. Plus spécifiquement les milieux désordonnés considérés seront des fibres optiques amplificatrices multimodes pour lesquelles le caractère « aléatoire » des champs de sortie provient de la superposition cohérente d’un grand nombre de mode d’amplitude et de phase très variées. Bien que la combinaison d’une amplification avec un milieu diffusant ait déjà été l’objet de recherche dans le cadre spécifique des lasers aléatoires, la maîtrise des ondes dans les milieux complexes avec du gain reste toujours un défi. La distribution spatiale du gain ajoute de nouveaux degrés de liberté par son impact sur l’amplitude et sur la phase des ondes. La saturation du gain qui peut survenir de manière très localisée (en 3D) est susceptible d’introduire des effets non linéaires supplémentaires conduisant à des comportements non explorés. Le sujet sera traité à la fois par des approches théoriques et par des expériences génériques. Deux techniques principales seront étudiées pour obtenir des profils transverses désirés à la sortie d’amplificateurs à fibre multimodes. Celle faisant appel aux matrices de transmission et celle des procédés adaptatifs itératifs. Jusqu’à présent ces méthodes n’ont été employées que pour des supports de propagation au comportement linéaire. Un des objectifs fondamentaux du projet est d’explorer leur extension aux milieux complexes avec du gain. De plus, au-delà du contrôle de la transmission de faisceau lumineux, les deux approches devraient permettre de mieux caractériser les amplificateurs désordonnés et d’approfondir notre connaissance de l’interaction complexe entre diffusion, gain et non linéarité. Les comportements non linéaires liés à la saturation du gain seront plus particulièrement examinés. Du coté pratique, les figures de champs amplifiés seront contrôlées et façonnées au travers d’une mise en forme spatiale des faisceaux d’entrée par des modulateurs spatiaux de lumière et au travers de réglages appropriés du gain et des niveaux d’entrée. Les transformations unitaires seront mises à profit pour optimiser le processus de mise en forme en lien avec les fonctionnements recherchés. Les sorties amplifiées souhaitées seront par exemple des modes uniques, un spot lumineux unique, en champ proche ou en champ lointain, un faisceau étendu d’enveloppe uniforme, etc... Les applications entrevues se rapportent à deux domaines : celui de la télédétection basée sur des sources laser pulsées à fibre de haute puissance, et celui des communications optiques très hauts débits basées sur le multiplexage spatial. Un démonstrateur de laboratoire est également prévu à la fin du projet afin de démontrer le potentiel de certaines des applications ci-dessus. L’équipe de recherche réunie pour la conduite du projet rassemble des experts des milieux diffusants massifs, des lasers aléatoires, du profilage d’onde cohérente et des fibres optiques.