Charbel KHALLOUF : Génération de supercontinuum et réflexion temporelle dans des guides d'ondes intégrés en verre de silice dopé

Résumé : Cette thèse porte sur la génération de supercontinuum (SC) dans des guides d’onde optiques intégrés, avec un accent particulier sur les plateformes en verre de silice dopée à fort indice (HDSG) et l’excitation par impulsions femtoseconde. Ce travail combine la modélisation théorique, les simulations numériques et des démonstrations expérimentales afin d’approfondir la compréhension de la génération de lumière à large bande dans les circuits photoniques intégrés. 

Le manuscrit débute par une revue détaillée de l’état de l’art de la génération de SC dans une grande variété de plateformes de guides d’onde intégrés, en mettant en évidence leurs performances, avantages et limitations respectifs. Les mécanismes linéaires et non linéaires fondamentaux régissant la propagation de la lumière dans les guides d’onde intégrés sont ensuite présentés, incluant les pertes de propagation, la dispersion chromatique, la biréfringence, la non-linéarité Kerr et la diffusion Raman. Les dynamiques non linéaires clés telles que l’automodulation de phase, la formation et la fission de solitons, l’instabilité de modulation, la rupture d’onde optique et la génération d’ondes dispersives sont discutées comme étant les processus physiques à l’origine de la génération de SC. 

Une étude expérimentale approfondie de la génération de SC dans des guides d’onde HDSG est ensuite présentée, en analysant l’influence de la longueur d’onde de pompage et de la polarisation. Un SC large bande s’étendant de 700 à 2400 nm est démontré lorsque le pompage est effectué dans le régime de dispersion anormale, tandis que des spectres plus étroits sont obtenus en régime de dispersion normale, principalement dus à des effets non linéaires cohérents tels que l’automodulation de phase et la rupture d’onde optique. L’influence des modes de polarisation TE et TM est également étudiée, révélant le caractère dépendant de la polarisation de l’élargissement spectral. Par ailleurs, l’observation de deux pics Raman jusqu’alors non rapportés à 48,8 THz et 75,1 THz dans le verre à fort indice permet d’affiner le modèle de gain Raman, conduisant à un excellent accord entre les simulations numériques basées sur l’équation de Schrödinger non linéaire modifiée et les mesures expérimentales. Enfin, le bruit d’intensité relative (RIN) du supercontinuum généré à 1550 nm est caractérisé à l’aide de la technique de transformée de Fourier dispersive en temps réel.[...]

Composition du jury : 

Christian GRILLET Directeur de recherche Université de Lyon Rapporteur

Bertrand KIBLER Directeur de recherche Université Bourgogne Europe Examinateur

Delphine MORINI Professeure des universitésUniversité Paris-Saclay Rapporteur

John M. DUDLEY Professeur des Universités, Université Marie et Louis Pasteur, Examinateur