Séance de cours

Effets multi-longueur d'onde: Nonlinear Fiber Optics

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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'effet Kerr optique, la modulation de phase croisée et le mélange à quatre ondes en fibre optique non linéaire. Il explique les concepts d'adaptation de phase et de fréquence, ainsi que les défis liés à la réalisation de processus de mélange efficaces dans les fibres optiques.

Enseignant·e·s (2)

Camille Sophie Brès

Prof. Camille-Sophie Brès est Professeur Associé dans l'Institut de Genie Electrique a l'EPFL. Ses recherches incluent les communications par fibre optique, et les effets paramétriques et nonlineaires dans fibre silice/non-silice pour le traitement ultra-rapide de signaux, résaux tout optique, sensing et source de lumière. Elle est auteur de plus de trente articles dans des revues arbitrées et a participé a de nombreuses conférences internationales. Elle a reçu le Gordon Wu Fellowship pour ses études de thèse, le NSF CIANs Diversity Postdoctoral Fellowship en 2009, le Early Career Woman in Photonic Award en 2016. 2019 - present: Professeur associé à l'Institut de Génie Electrique, EPFL2011 - 2018: Professeur assistant à l'Institut de Génie Electrique, EPFL 2010 - 2011: Assistant Project Scientist, University of California San Diego (UCSD) 2007 - 2010: Postdoc, University of California San Diego (UCSD) 2002 - 2007: Ph.D en Génie Electrique, Princeton University 1998 - 2002: B.Eng avec Honeur en Génie Electrique, McGill University

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).

Source officielle

Concepts associés (17)

Optique non linéaire

Lorsqu'un milieu matériel est mis en présence d'un champ électrique , il est susceptible de modifier ce champ en créant une polarisation . Cette réponse du matériau à l'excitation peut dépendre du champ de différentes façons. L'optique non linéaire regroupe l'ensemble des phénomènes optiques présentant une réponse non linéaire par rapport à ce champ électrique, c'est-à-dire une réponse non proportionnelle à E.

Effet Kerr

L'effet Kerr est un phénomène de biréfringence créée dans un matériau par un champ électrique. Cela se caractérise par l'existence de deux indices de réfraction différents : un rayon lumineux peut être séparé en deux rayons lorsqu'il entre dans ce matériau. La biréfringence induite varie, contrairement à l'effet Pockels, selon le carré du champ électrique appliqué, c.-à-d. selon son intensité. Les matériaux présentent en général un effet Kerr très peu visible, ce dernier étant plus prononcé dans certains liquides.

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.

Soliton optique

Un soliton optique est une impulsion électromagnétique se propageant sans déformation. Par sa nature même, elle est solution stable de l'équation de propagation dans le milieu qu'elle traverse (typiquement une fibre optique). Le soliton naît d'un équilibre entre deux effets qui se compensent. Dans le cas d'un soliton optique, ces effets sont essentiellement l'automodulation de phase et la dispersion anormale. Imaginons une impulsion électromagnétique se propageant.

Fibre optique

Une fibre optique est un fil dont l’âme, très fine et faite de verre ou de plastique, a la propriété de conduire la lumière et sert pour la fibroscopie, l'éclairage ou la transmission de données numériques. Elle offre un débit d'information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et peut servir de support à un réseau « large bande » par lequel transitent aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données informatiques.

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