Fibres optiques topographiques : nouvelles perspectives en optique non-linéaire guidée – TOPWAVE

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1. S. F. Wang et al., “Bouncing of a dispersive wave in a solitonic cage”, Opt. Lett. 40 (14), p. 3320-3323 (2015).
2. A. Bendahmane et al., “Observation of the stepwise blue shift of a dispersive wave preceding its trapping by a soliton”, Opt. Express 23 (13), p. 16595-16601 (2015).
3. A. Kudlinski et al., “Soliton annihilation into a polychromatic dispersive wave”, Opt. Lett. 40 (10), p. 2142-2145 (2015).
4. C. Fourcade-Dutin et al., “12 THz flat gain fiber optical parametric amplifiers with dispersion varying fibers”, Opt. Express 23 (8), p. 10103-10110 (2015).
5. M. Conforti et al., “Parametric excitation of multiple resonant radiations from localized wavepackets”, Sci. Rep. 5, p. 9433 (2015).
6. F. Copie et al., “Modulation instability in amplitude modulated dispersion oscillating fibers”, Opt. Express 23 (4), p. 3869–3875 (2015).
7. M. Billet et al., “Emission of multiple dispersive waves from a single Raman-shifting soliton in an axially-varying optical fiber”, Opt. Express 22 (21), p. 25673-25678 (2014).
8. A. Bendahmane et al., “Dynamics of cascaded resonant radiations in a dispersion-varying optical fiber”, Optica 1 (4), p. 243–249 (2014).
9. S. Saint-Jalm et al., “Fiber based ultra-short pulse delivery for nonlinear imaging using high energy solitons”, J. Biomedical Optics 19 (8), 086021 (2014).
10. A. Bendahmane et al., “Experimental dynamics of Akhmediev breathers in a dispersion-varying optical fiber”, Opt. Lett. 39 (16), p. 4490-4493 (2014).
11. M. Conforti et al., “Modulational instability and pulse train generation in dispersion oscillating fiber ring cavities”, Opt. Lett. 39 (16), p. 4200-4203 (2014).
12. X. Wang et al., “Correlation between multiple modulation instability side lobes in dispersion oscillating fiber”, Opt. Lett. 39 (7), p. 1881-1884 (2014).
13. A. Mussot et al., «Fermi-Pasta-Ulam recurrence in nonlinear fibre optics: the role of reversible and irreversible losses«, Phys. Rev. X 4, 011054 (2014).

Le projet TOPWAVE concerne la thématique de photonique non-linéaire guidée en lien avec la dynamique non-linéaire. L’origine du projet réside dans le fait que l’optique non-linéaire guidée a essentiellement été étudié dans des fibres uniformes ces 40 dernières années. La possibilité d’étudier une propagation non-linéaire lorsque les propriétés de guidage évoluent dans la même direction que l’évolution du champ optique devrait permettre d’explorer de nouvelles directions en optique non-linéaire guidée, et plus généralement en physique non-linéaire. Le but de ce projet est d’exploiter au maximum les possibilités d’études qu’offre ce nouveau type de fibres optiques que nous baptisons « fibres topographiques ». La majeure partie de ce projet est fondée sur des résultats préliminaires qui ont permis d’identifier plusieurs régimes de propagation dans lesquels la topographie longitudinale de la fibre joue un rôle majeur.

Plus précisément, nous étudierons d’abord l’instabilité modulationelle (IM) spontanée subie par une onde quasi-continue dans une fibre dont la dispersion évolue longitudinalement et de façon périodique. Le nouveau degré de liberté apporté par cette périodicité permet de revisiter complètement la dynamique de ce processus de base de physique non-linéaire pour engendrer de nouveaux effets physiques. En plus de ces études déterministes, nous proposons aussi d’étendre nos investigations au cadre de l’optique quantique. En effet, nous tenterons d’établir une analogie rigoureuse entre l’IM spontanée observée dans des fibres avec une dispersion oscillante spatialement et l’effet Casimir dynamique dans lequel un miroir oscillant dans le temps permet la génération de photons à partir des fluctuations quantiques du vide. Ce travail nécessitera une caractérisation précise des corrélations entre les photons impliqués dans le processus d’IM spontanée que nous exploiterons pour mettre au point de nouvelles sources intégrées de génération de photons intriqués à l’aide des fibres topographiques.

Un autre aspect du projet concerne la génération et le contrôle de structures périodiques dans l’espace et dans le temps connues sous le nom d’Akhmediev Breathers. Elles sont engendrées par le processus d’IM avec des conditions initiales déterministes. Ces solutions analytiques de l’équation de Schrödinger non-linéaire sont considérées comme des prototypes d’ondes scélérates au sens large. Cependant, les études optiques ont été réalisées dans des systèmes ayant une dispersion uniforme, alors que la topographie des fonds marins l’est rarement. Nous proposons ici de tirer profit de l’extraordinaire plateforme expérimentale que constituent les fibres topographiques pour étudier le comportement des breathers en présence de topographie complexe. Nous comptons ensuite établir des liens rigoureux entre cette topologie et celle des fonds océaniques pour élargir nos conclusions aux ondes scélérates hydrodynamiques.

La dernière partie de ce projet est dédiée à la propagation de solitons dans les fibres optiques. Ils subissent en général la diffusion Raman stimulée qui entraîne un décalage spectral imposé par les propriétés de la fibre et du laser. Pour dépasser ces limitations, nous proposons d’ajouter un nouveau degré de liberté au système en utilisant des fibres topographiques. The but est d’ajuster localement les propriétés de guidage afin de façonner l’impulsions et de la transformer en un soliton énergétique avec des propriétés spectro-temporelles ajustées. En plus de l’intérêt fondamental que révèlent ces études au sujet de la robustesse des solitons en présence de fortes variations de dispersion et de non-linéarité, elles présentent un intérêt applicatif pour la mise au point de nouvelles sources de lumières dont la couleur et la durée seraient ajustables.

Enfin, il est important de souligner que ce projet se déroule dans le cadre très favorable et stimulant du labex CEMPI et de l’equipex FLUX, dont nous saurons tirer profit.