Architectures photoniques avancées pour une nouvelle génération de peignes de fréquence Kerr – SMARTKOMBS

Les lasers ont révolutionné notre civilisation, nous permettant de communiquer plus rapidement, de sonder et de refroidir les atomes, ou de mesurer le temps et la distance avec une précision sans précédent. Ces progrès ont été rendus possibles grâce aux peignes de fréquences optiques, qui établissent un lien direct et cohérent entre le domaine optique et les radiofréquences. L'une des méthodes de génération de peignes, appelée "peignes de Kerr", est basée sur la conversion de fréquence par mélange à quatre ondes en cascade dans une cavité non linéaire passive pompée par un laser cohérent. Un régime de 'blocage de mode' effectif y est possible, grâce à la génération de solitons dissipatifs dans la cavité. Ces impulsions conservent leur forme en équilibrant la dispersion par la non-linéarité de l'indice optique. Cependant, les peignes de Kerr traditionnels se concentrent principalement sur la dispersion anormale du second ordre (dispersion de la vitesse de groupe, GVD) et évitent les effets multimodes.
Ce projet, d'une durée de 42 mois, est axé sur l'exploration de nouveaux paradigmes pour la génération de peignes de Kerr. L'objectif est de développer des architectures photoniques innovantes avec un contrôle complexe de la dispersion et de la dissipation ou des cavités multimodes pour réaliser des solitons de Kerr dissipatifs "exotiques" ou, plus généralement, des structures lumineuses auto-localisées. Nous introduirons des degrés de liberté supplémentaires dans les couplages intra- ou inter-cavités pour permettre un modelage spectral du peigne, et nous étudierons la dynamique associée, ouvrant des perspectives pour l'émergence de nouveaux phénomènes, faisant ainsi progresser notre compréhension de la physique non-linéaire fondamentale. Alors que ces systèmes seront initialement modélisés à l'aide d'équations rigoureuses, le projet s'appuiera ensuite sur des outils d'intelligence artificielle (apprentissage automatique) pour cartographier ces régimes de paramètres jusqu'ici inexplorés. Des démonstrations expérimentales seront réalisées dans des cavités de guides d'ondes à fibres optiques afin de valider les principes et de proposer, par le biais de simulations numériques, des implémentations ultérieures avec des systèmes photoniques intégrés. Les modèles d'apprentissage automatique développés seront également utilisés pour des approches de conception inverse afin d'optimiser la génération de peignes de Kerr cohérents avec des propriétés personnalisées à la demande. Ces connaissances fondamentales seront utiles pour produire des peignes optimisés pour des applications telles que la communication optique, la métrologie de fréquence et la spectroscopie.