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Processus paramétriques

publié le , mis à jour le

Activités de Recherche :

Bien que la mise en évidence expérimentale du processus d’Instabilité de Modulation (IM), i.e. de processus paramétriques, dans les fibres optiques date de plus d’une trentaine d’années, les études consacrées à ce phénomène sont revenues au tout premier plan de l’actualité ces dernières années. En effet, de par le rôle clé qu’il joue dans la formation de phénomènes non linéaires complexes comme la génération d’ondes scélérates par exemple, et en raison du caractère pluridisciplinaire qu’on lui connait (optique, hydrodynamique, acoustique, condensats quantiques..), l’étude de ce processus ouvre de nouvelles perspectives de recherche jusqu’alors inexplorées. D’autant plus que les récentes avancées technologiques dans la fabrication de guides d’ondes et de fibres optiques en particulier (fibres à dispersion oscillantes, fibres hybrides, fibres à bande interdite photoniques…),permettent d’accéder à une gamme de paramètres inatteignables auparavant conduisant ainsi à des phénomènes dont la dynamique est plus riche et à de nouvelles perspectives d’un point de vue plus appliqué. Les travaux que nous effectuons sont regroupés dans les trois sous-parties suivantes.

Impact de la pente de la dispersion

D’après la théorie de base, il s’avère que le processus d’IM ne dépend que des ordres pairs de la dispersion. Contre toute attente nous avons démontré que la pente de la dispersion (dispersion d’ordre 3) est susceptible d’impacter le processus lorsque l’on met en œuvre des signaux non monochromatiques [1] ou lorsque l’on sature le processus [2]. Dans ce derniers cas, la pente de la dispersion brise la symétrie du processus, en fréquence ou en amplitude. Ces travaux ont été remarqués par la communauté par le biais d’une conférence nationale invitée, et par l’écriture d’un article éditorial (News &Views) dans Nature Photonics [3].

Evolution du spectre d’IM en fonction du régime de dispersion.

Instabilité modulationnelle dans les fibres à dispersion oscillante

Le processus d’IM dépend des contributions relatives entres les effets dispersifs et non-linéaires et sa dynamique se limite donc à l’ajustement de ces deux paramètres. Nous avons proposé de disposer d’un degré de liberté supplémentaire en modulant longitudinalement la fibre optique. Ce paramètre de contrôle supplémentaire nous a permis d’effectuer la première démonstration expérimentale du processus d’IM dans ces fibres dites à dispersion oscillantes, avec plus de 2×10 lobes (contre 2×1 dans le cas d’une fibre uniforme) quasi-accordés en phase sur une large bande spectrale de plus de 10 THz [4]. Des études théoriques nous ont permis de mieux comprendre la dynamique de formation du processus [5], ainsi que de mettre en évidence le rôle joué par la dispersion d’ordre quatre [6].

Mesure de l’évolution spectrale du spectre d’IM dans une fibre à dispersion oscillante.

Amplification paramétrique d’impulsions à dérive de fréquence

L’amplification paramétrique à dérive de fréquence est un moyen largement répandu pour amplifier les impulsions courtes (<100 fs) tout en conservant un bon contraste sur les impulsions recomprimées. Jusqu’alors les amplificateurs sont massifs et mettent en œuvre des cristaux non-linéaire d’ordre 2. Ils sont encombrants et complexes à aligner. Afin de solutionner ces problèmes nous proposons de tirer profit des processus paramétriques dans les fibres optiques (utilisant la non-linéarité d’ordre trois) pour atteindre des performances comparables dans une gamme de faible à moyenne énergie (<100 µJ). Dans ce contexte nous nous sommes associés avec le CEA/CESTA (contrat d’étude FOPCPA), spécialiste des impulsions courtes, pour mener à bien ce projet. Après une première démonstration de concept [7] qui a largement été soulignée par la communauté via un highlight dans Nature Photonics, un fait marquant du CNRS, de l’OSA et du CEA DAM en 2010, nous avons poursuivi ces travaux pour mieux appréhender le phénomène et en améliorer les performances [8] [9] [10] . Ces travaux ont été reconnus par la communauté par le biais d’une conférence invitée à Photonics West en 2012 (conférence internationale de référence dans ce domaine) et ils sont désormais financés par l’ANR (ANR JCJC FOPAFE) et par la région Nord-Pas de Calais (Accueil de jeunes chercheurs).

Dispositif expérimental typique d’un FOPCPA.

Bilbiographie :

  1. A. Mussot, A. Kudlinski, E. Louvergneaux, M. Kolobov, and M. Taki.
    "Impact of the third-order dispersion on the modulation instability gain of pulsed signals."
    Optics Letters, 35(8), 1194-1196, 2010.
    http ]

  2. M. Droques, B. Barviau, A. Kudlinski, M. Taki, A. Boucon, T. Sylvestre, and
    A. Mussot.
    "Symmetry-breaking dynamics of the modulational instability spectrum."
    Opt. Lett., 36(8):1359-1361, 2011.
    http 

  3. A. Mussot and A. Kudlinski.
    "Modulation instability : loaded dice."
    Nature photonics, 6:415-416, 2012.
    http ]

  4. M. Droques, A. Kudlinski, G. Bouwmans, G. Martinelli, and A. Mussot.
    "Experimental demonstration of modulation instability in an optical fiber with a periodic dispersion landscape."
    Opt. Lett., 37(23):4832-4834, 2012.
    http ]

  5. M. Droques, A. Kudlinski, G. Bouwmans, G. Martinelli, and A. Mussot.
    "Dynamics of the modulation instability spectrum in optical fibers with oscillating dispersion."
    Phys. Rev. A, 87:013813, Jan 2013.
    http ]

  6. M. Droques, A. Kudlinski, G. Bouwmans, G. Martinelli, A. Mussot, A. Armaroli, and F. Biancalana.
    "Fourth-order dispersion mediated modulation instability in dispersion oscillating fibers."
    Opt. Lett., 38(17), 3464-3467, 2013.
    http ]

  7. C. Caucheteur, D. Bigourd, E. Hugonnot, P. Szriftgiser, A. Kudlinski, M. Gonzalez-Herraez, and A. Mussot.
    "Experimental demonstration of optical parametric chirped pulse amplification in optical fiber."
    Optics Letters, 35(11), 1786-1788, 2010.
    http ]

  8. D. Bigourd, L. Lago, A. Mussot, A. Kudlinski, J.-F. Gleyze, and E. Hugonnot.
    "High-gain fiber, optical-parametric, chirped-pulse amplification of femtosecond pulses at 1μm."
    Optics Letters, 35(20), 3480-3482, 2010.
    http ]

  9. D. Bigourd, L. Lago, A. Kudlinski, E. Hugonnot, and A. Mussot.
    "Dynamics of fiber optical parametric chirped pulse amplifiers."
    J. Opt. Soc. Am. B, 28(11), 2848-2854, 2011.
    http ]

  10. A. Mussot, A. Kudlinski, P. B. d’Augères and E. Hugonnot.
    "Amplification of ultra-short optical pulses in a two-pump fiber optical parametric chirped pulse amplifier."
    Opt. Express, 21(10), 12197–12203, 2013.
    http ]