Dynamique non linéaire dans les fibres optiques monomodes et

Sujet de thèse pour une allocation ministérielle 2016 - 2019
proposé par Guy MILLOT (Guy.M[email protected])
Dynamique non linéaire dans les fibres optiques monomodes et multimodes.
Peignes de fréquences, ondes de choc dispersives, instabilités spatiotemporelles et supercontinuum
Une thèse doctorale est proposée au laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB, Dijon). Cette position
sera supervisée par Guy Millot, responsable de l’équipe SLCO (https://icb.u-
bourgogne.fr/fr/laboratoire/presentation.html). L’équipe SLCO du département Photonique de l’ICB est basée sur
un fort couplage entre expérimentateurs et théoriciens en dynamique optique non linéaire. Elle vise à développer
des fonctionnalités optiques innovantes tirant avantage des propriétés de la lumière se propageant dans différents
types de fibres optiques, avec diverses applications technologiques telles que la métrologie optique, les lasers,
l’imagerie médicale, la détection d’espèces moléculaires et les communications optiques, pour ne citer que
quelques exemples.
Le sujet proposé repose sur trois concepts physiques interconnectés décrits ci-dessous, nécessitant des
développements théoriques, numériques et expérimentaux avec des aspects tant fondamentaux qu’appliqués. Le
doctorant aura ainsi la possibilité d’orienter ses recherches et de mettre l’accent sur les aspects les plus en
adéquation avec ses inspirations et ses domaines de prédilection. Les études se déclineront en trois volets :
1) Génération de peignes de fréquences et applications
L’objectif est ici de développer des techniques originales et modernes de génération de peignes de fréquences. Le
projet est basé sur une approche interdisciplinaire entre plusieurs domaines de recherche complémentaires ; il
combine les concepts et outils les plus innovants d’élargissement spectral par ondes de choc dispersives, de
conversion de fréquence et de photonique non linéaire dans les fibres avec de nouvelles méthodes de génération
de peignes de fréquences. L’un des objectifs majeur est d’élaborer de nouveaux systèmes laser intégrant deux
peignes de fréquences et couvrant un large domaine spectral de l’infrarouge proche au moyen infrarouge. L’une
des applications visée portera sur la détection de molécules par spectroscopie linéaire (absorption) ou non linéaire
(Raman) pertinente pour l’imagerie multispectrale et le diagnostic médical. Ce sujet sera conduit en collaboration
étroite avec le Dr. Nathalie Picqué du groupe du Prof. Th. Hänsch au Max-Planck Institute of Quantum Optics
(MPQ) à Garching (Munich, Allemagne). Cette collaboration initiée récemment s’avère déjà très prometteuse
[Millot, Pitois, Yan, Hovannysyan, Bendahmane, Hänsch, Picqué, à paraître dans Nature Photonics].
2) Ondes de choc dispersives
Les ondes de choc dispersives apparaissent lors de la propagation d’impulsions dans des fibres optiques à
dispersion normale en régime de forte non-linéarité. Elles se manifestent par l’apparition d’un front d’onde abrupt
qui donne naissance, d’abord à une discontinuité, puis à des oscillations rapides régularisant le système. L’idée est
ici d’étudier en détail la dynamique complexe de ces ondes de choc qui sont notamment à l’origine des peignes de
fréquences mentionnés ci-dessus. Les ondes de choc dispersives sont omniprésentes dans la nature dans
différents domaines, le plus spectaculaire étant certainement celui des vagues hydrodynamiques. Ce volet de
recherche fortement pluridisciplinaire sera conduit en partenariat avec le Prof. Stefano Trillo de l’université de
Ferrara en Italie avec lequel l’équipe SLCO interagit depuis de nombreuses années [Fatome, Finot, Millot, Amaroli,
Trillo, Physical Review X, 021022 (2014)].
3) Dynamique spatiotemporelle dans les fibres multimodes
Les fibres optiques monomodes ont révolutionné l’industrie des télécommunications et se sont révélées très
performantes pour analyser la dynamique purement temporelle des ondes optiques non linéaires. A présent, les
fibres multimodes s’avèrent être une plateforme idéale pour explorer le mélange complexe des effets temporels et
spatiaux non linéaires avec une pléthore d’applications innovantes prometteuses. L’un des objectifs de ce volet de
recherche est l’étude approfondie du phénomène d’instabilité modulationnelle jamais observé dans ce type de
fibre. Un second objectif portera sur la génération de supercontinuum. Du point de vue des applications les effets
spatiotemporels dans les fibres multimodes ouvrent la voie au développement de nouvelles sources fibrées
polyvalentes, de forte énergie et capables de délivrer des peignes de fréquences très large bande. Ce thème de
recherche sera mené en collaboration avec le Prof. Stefan Wabnitz de l’université de Brescia en Italie, avec lequel
l’équipe SLCO entretient une collaboration fructueuse depuis de nombreuses années [Picozzi, Millot, Wabnitz,
News & Views in Nature Photonics 9, 289 (2015)].
Les travaux de thèse bénéficieront du soutien du Plan d’Action Régional pour l’Innovation (PARI) via le projet
intégré Photcom (Photonique et Communications optiques) et seront menés dans le cadre du laboratoire
d’excellence Labex Action (http://www.labex-action.fr/). Ils s’adosseront aux équipements de pointe de la
plateforme PICASSO de l’ICB (https://icb.u-bourgogne.fr/fr/services-communs/plateformes-techniques.html).
Durant sa thèse le doctorant participera à plusieurs conférences nationales et internationales ainsi qu’à des écoles
thématiques internationales. Il aura l’opportunité d’effectuer des séjours de recherche à l’étranger, notamment au
MPQ. Il bénéficiera du soutien régulier des collègues de l’équipe SLCO, plus spécifiquement d’autres collègues du
département Photonique, ainsi que du soutien des services communs de mécanique, informatique et électronique
de l’ICB. Des missions d’enseignement pourront également lui être confiées en Licence.