Séance de cours

Propagation d'impulsion non linéaire: dispersion et élargissement

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Dans cours

PHYS-607: Nonlinear fibre optics

Presentation of the different sources of optical nonlinearities in an optical fibre ...

Description

Cette séance de cours couvre l'équation de Schrodinger non linéaire, les effets de dispersion sur l'élargissement des impulsions et l'interaction entre les effets dispersifs et non linéaires dans la propagation des impulsions. Il explore également l'évolution des impulsions gaussiennes en dispersion et en gazouillis.

Enseignant·e·s (2)

Luc Thévenaz

De nationalité suisse et né à Genève, Luc Thévenaz a obtenu en 1982 le diplôme de physicien, mention astrophysique, de l'Université de Genève et le doctorat ès sciences naturelles, mention physique, en 1988 de l'Université de Genève. C'est durant ces années de thèse qu'il a développé son domaine d'excellence, en l'occurrence les fibres optiques et leurs applications. En 1988, Luc Thévenaz a rejoint l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), où il dirige actuellement un groupe de recherche en photonique, notamment en optique dans les fibres et dans les capteurs. Ses domaines de recherche couvrent les capteurs à fibre optique basés sur la diffusion Brillouin, l'optique non-linéaire dans les fibres, la lumière lente et rapide et la spectroscopie laser dans les gaz. Ses réalisations principales sont: - l'invention d'une configuration innovante pour les capteurs répartis Brillouin, basée sur l'emploi d'une seule source laser, ce qui lui donne une grande stabilité intrinsèque et qui a permis de réaliser les premières mesures hors laboratoire avec ce type de capteur; - le développement d'un capteur de gaz à l'état de traces, basé sur une détection photoacoustique et utilisant une source laser à semi-conducteur dans le proche infra-rouge, pouvant détecter une concentration du gaz au niveau du ppb; - la première démonstration expérimentale de lumière lente et rapide dans les fibres optiques qui puissent être contrôlées par un autre faisceau lumineux, réalisées à température ambiante et fonctionnant à n'importe quelle longueur d'onde grâce à l'exploitation de la diffusion Brillouin. La première vitesse de groupe négative dans les fibres a aussi été démontrée selon le même principe. En 1991, il a visité l'Université PUC de Rio de Janeiro au Brésil, où il a travaillé sur la génération d'impulsions picoseconde avec des diodes laser. En 1991-1992 il a travaillé à l'Université de Stanford aux USA, où il a participé au développement d'un gyroscope basé sur un laser Brillouin à fibre. Il a rejoint en 1998 l'entreprise Orbisphere Laboratories SA à Neuchâtel en Suisse en tant qu'expert scientifique, avec pour tâche de développer des capteurs de gaz à l'état de traces, basés sur la spectroscopie laser photoacoustique. En 1998 and 1999 il a visité le Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) à Daejon en Corée du Sud, où il a travaillé sur des capteurs de courant électrique utilisant un laser à fibre optique. En 2000 il a été un des co-fondateurs de l'entreprise Omnisens SA à Morges en Suisse, qui développe et commercialise de l'instrumentation et des capteurs optiques de pointe. En 2007 il a visité l'Université de Tel Aviv, où il a étudié le contrôle tout-optique de la polarisation de la lumière dans les fibres optiques. Durant l'hiver 2010, il a séjourné à l'Université de Sydney en Australie (CUDOS: Centre for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems) où il a étudié les apllications de la diffusion Brillouin stimulée dans les guides d'onde à base de verres chalcogénures. En 2014, il a séjourné à L'Université Polytechnique de Valence en Espagne, où il a travaillé sur les applications photoniques pour les micro-ondes exploitant la diffusion Brillouin stimulée. Il a été membre du Consortium formé pour le projet européen FP7 GOSPEL "Gouverner la vitesse de la lumière", a été Président de l'Action Européenne COST 299 "FIDES: Les fibres optiques pour relever les nouveaux défis de la société de l'information" et est auteur ou co-auteur de quelques 480 publications et 12 brevets. Il est actuellement Coordinateur du projet H2020 Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Networks FINESSE (FIbre NErve Systems for Sensing). Il est co-Editeur-en-Chef de la revue "Nature Light: Science & Applications" et Membre du Comité Editorial (Editeur Associé) de la revues suivantes: "APL Photonics" et "Laser & Photonics Reviews". Il a été élevé au rang de "Fellow" par l'IEEE, ainsi que par la Société Optique (OSA).

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Concepts associés (32)

Dispersion (mécanique ondulatoire)

vignette|Dispersion de la lumière blanche au passage d'un dioptre. En mécanique ondulatoire, la dispersion est le phénomène affectant une onde se propageant dans un milieu dit « dispersif », c'est-à-dire dans lequel les différentes longueurs d’onde constituant l'onde ne se propagent pas à la même vitesse. On rencontre ce phénomène pour tous types d'ondes, comme la lumière, le son et les ondes mécaniques (vagues, séismes, etc.). À l'exception du vide, tous les milieux sont dispersifs à des degrés divers.

Ultrashort pulse

In optics, an ultrashort pulse, also known as an ultrafast event, is an electromagnetic pulse whose time duration is of the order of a picosecond (10−12 second) or less. Such pulses have a broadband optical spectrum, and can be created by mode-locked oscillators. Amplification of ultrashort pulses almost always requires the technique of chirped pulse amplification, in order to avoid damage to the gain medium of the amplifier. They are characterized by a high peak intensity (or more correctly, irradiance) that usually leads to nonlinear interactions in various materials, including air.

Bandwidth-limited pulse

A bandwidth-limited pulse (also known as Fourier-transform-limited pulse, or more commonly, transform-limited pulse) is a pulse of a wave that has the minimum possible duration for a given spectral bandwidth. Bandwidth-limited pulses have a constant phase across all frequencies making up the pulse. Optical pulses of this type can be generated by mode-locked lasers. Any waveform can be disassembled into its spectral components by Fourier analysis or Fourier transformation.

Automodulation de phase

L'automodulation de phase (self-phase modulation, souvent abrégé en SPM en anglais) est un effet optique non linéaire d'interaction lumière-matière (gaz, solide, liquide). Une impulsion ultra-courte, lorsqu'elle voyage dans un milieu matériel, induit une variation de l'indice de réfraction de ce milieu par effet Kerr. Cette variation induit à son tour un décalage de phase dans l'impulsion, ce qui conduit à une modification du spectre en fréquence de l'impulsion.

Science attoseconde

La science attoseconde, abrégé en l’attoseconde, est une science du comportement des molécules inventée par le professeur québécois André D. Bandrauk de l’université de Sherbrooke. Cette science est en quelque sorte une combinaison de chimie numérique, de physique quantique et de photonique moléculaire. En 2011, l’attoseconde a obtenu la deuxième place dans le palmarès des découvertes les plus importantes de l’année 2010 retenues par la revue québécoise La Recherche. Le professeur Bandrauk a reçu le prix Marie-Victorin 2010 pour ses découvertes.

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Séances de cours associées (62)

Optique non linéaire ultrarapide

Couvre les processus non linéaires du deuxième et du troisième ordre, les techniques de caractérisation des impulsions ultracourtes et l'amplification paramétrique optique.

Optique non linéaire : effet Kerr optique et conjugaison de phase

Explore les phénomènes optiques non linéaires, y compris la rectification optique, la conversion de fréquence et la conjugaison de phase.

Propagation d'impulsions optiques dans les milieux linéaires

Explore la propagation des impulsions optiques dans les milieux linéaires et non linéaires, couvrant la dispersion de la vitesse de groupe, les effets chirp et les transformations de fréquence.

Propagation d'impulsions non linéaires: dispersion et non-linéarité

Explore l'impact de la dispersion d'ordre supérieur, de l'évolution des impulsions gaussiennes, de la propagation non linéaire pure, de l'effet Kerr et des longueurs de propagation des impulsions.

Introduction à l'optique ultrarapide

Introduit les fondamentaux de l'optique ultrarapide, couvrant les impulsions lumineuses, la dispersion, les lasers verrouillés en mode, et l'amplification des impulsions chirpées.

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