Microfibres pour l`optique non linéaire

Université de Bourgogne
Ufr sciences et techniques
Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
Département Optique, Interaction Matière-Rayonnement
Thèse
Pour obtenir le grade de
docteur de l’université de Bourgogne.
Discipline : physique
Par :
Aurélien Coillet
Le 17 octobre 2011
Microfibres pour l’optique non linéaire
Directeur de thèse :
Philippe Grelu
Jury :
Rapporteurs : Dominique Bosc
Gilberto Brambilla
Examinateurs : Georges Boudebs
Frédérique de Fornel
Fabienne Pellé

Remerciements
Jetiens tout d’abord à exprimer toute ma gratitude à Philippe Grelu pour m’avoir pro- posé ce sujet de thèse, pour m’avoir encadré, guidé et conseillé durant ces trois an-
nées. Merci également pour ces discussions passionnantes, en particulier sur la science
et l’enseignement, et pour m’avoir permis d’effectuer mon monitorat dans de très bonnes
conditions, notamment en préparation pour le CAPES.
Je remercie également Guillaume Vienne, qui m’a enseigné les rudiments expérimen-
taux de cette thématique, et m’a également permis de découvrir la Chine et cette très
belle ville qu’est Hangzhou. Merci à toute l’équipe « Solitons, Lasers et Communications
Optiques » pour m’avoir accueilli, et en particulier à tous ceux qui m’ont aidé dans mes
travaux : Frédéric Smektala, Jean-Charles Jules, Grégory Gadret, Inna Savelii, Frédéric
Désévédavy, Mohammed El Amraoui. Merci également à toute l’équipe d’« Optique de
Champ Proche », avec qui j’ai eu la chance de collaborer, et notamment à Benoit Cluzel
qui m’a beaucoup appris sur le plan expérimental.
Beaucoup de personnes ont partagé avec moi le bureau D213, et beaucoup de discus-
sions scientifiques ou non s’y sont déroulées, et toujours dans une excellente ambiance,
et je voudrais toutes les en remercier. Merci donc en premier lieu à Bertrand Kibler,
maître des lieux, ainsi qu’à Coraline Fortier-Balme, à Yan Yan, Anne Boucon, Noémie
Verscheure et Pierre Béjot.
Je remercie vivement tous ceux qui m’ont fait découvrir la Bourgogne ou la Franche-
Comté et leurs spécialités, et avec qui j’ai passé de très bons moments : Franck, Vincent,
Jean et Paola, Charles-Henri, Benoit et Audrey (et Antonin et Camille), Anne, Bruno (et
tout l’iBL), Fred, Stéphane et Bernard (mais ce n’est qu’un détail. . . ), . . .
Enfin, je souhaite vivement remercier l’ensemble de mes proches, en particulier mes
parents, mes sœurs et Claire pour leur soutien.
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Table des matières
Liste des symboles et sigles 1
Introduction 3
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1 Microfibres optiques 11
1.1 Propriétés optiques des microfibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.1 Guidage optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.2 Champ évanescent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.3 Confinement et non linéarité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.4 Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2 Fabrication et manipulation des microfibres optiques 25
2.1 Techniques d’étirage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.2 Étirage des fibres optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.3 À partir de matériaux massifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.1.4 Qu’est-ce qu’un bon matériau ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Interférences modales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.1 Protocole expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.2 Principe physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.3 Détermination de ∆neff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.4 Modélisation de l’étirage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3 Mesures de diamètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.1 Mesures destructives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.2 Mesures non-destructives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4 Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.4.1 Bilan des forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4.2 Techniques de manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5 Dispositifs optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5.1 Résonateur en anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.5.2 Résonateur 4 ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5.3 Interféromètre de Mach-Zehnder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.4 Miroirs de Sagnac et résonateur de Fabry-Pérot . . . . . . . . . . . . 57
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
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