Amplification et conversion parametriques, decalage et suppression de frequences par processus kerr et raman dans les fibres optiques

par THIBAUT SYLVESTRE

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Hervé Maillotte.

Soutenue en 1999

à Besançon .

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  • Résumé

    Cette these porte sur une etude detaillee, theorique et experimentale, des effets de phase non lineaire, du melange d'ondes parametrique, de la diffusion raman stimulee et de leurs interactions mutuelles, survenant lors de la propagation d'ondes electromagnetiques intenses dans les fibres optiques unimodales. Ce travail vise notamment a suggerer des nouvelles fonctions de traitement tout-optique pour les telecommunications par fibre. Une partie importante du travail met a profit la forte birefringence des fibres a maintien de polarisation pour realiser l'amplification parametrique (ou instabilite de modulation induite) de signaux impulsionnels dans le regime de dispersion normale. Une approche phenomenologique montre l'equivalence physique entre le melange a quatre ondes et l'instabilite de modulation. Il est montre que le gain parametrique d'un signal presente une dependance en puissance de pompe alors que la fluorescence parametrique, amplification a partir du bruit quantique, presente un gain quasi-exponentiel. Les resultats experimentaux mettent en evidence la dynamique en cloche du gain et confirment les meilleurs predictions du modele d'instabilite de modulation. En remplacement des sources impulsionnelles de puissance, une experience supplementaire utilisant des microlasers permet d'obtenir des gains superieurs a 20 db dans 20 m de fibre. Enfin l'etude des aspects temporels lies a l'amplification parametrique par birefringence revele la generation de trains d'impulsions solitons noirs vectoriels a des cadences superieures au thz. Une partie complementaire analyse le processus d'intermodulation de phase degeneree dans une fibre birefringente et permet de decrire les effets spectraux et temporels, lies a l'utilisation d'impulsions picosecondes, qui affectent la propagation des ondes sur les axes de polarisation de la fibre. Les effets combines de l'intermodulation de phase et de la difference de temps de groupe provoquent des retrecissements et des asymetries d es spectres modules ainsi que des modulations temporelles rapides, en comparaison avec la situation ou une impulsion est polarisee selon une ligne neutre. Cette comparaison permet de mesurer la birefringence des fibres sur une grande dynamique (10#3) et une bonne precision (5%). Une experience montre ensuite la possibilite de decaler en frequence des signaux par intermodulation de phase degeneree sur une plage de 0 a 0,3 nm. Le troisieme volet etudie les effets de couplage entre le melange a quatre ondes et la diffusion raman stimulee (drs) pour realiser de la conversion en longueur d'onde. Un signal picoseconde a la frequence raman anti-stokes, injecte avec une impulsion pompe, induit la generation d'une impulsion stokes par couplage parametrique. La longueur de couplage, tres faible, est cependant suffisante pour que l'amplification raman stokes prenne ensuite le relais, meme tres en dessous du seuil de drs habituel. Cette methode est originale puisqu'elle demarre sur un processus parametrique completement desaccorde en phase, mais assiste par l'amplification raman stokes et l'absorption anti-stokes. Il permet ainsi une conversion/amplification tout-optique ultra-rapide de frequences avec de tres grands decalages spectraux (26 thz), normalement inaccessibles a la conversion parametrique pure. Une application interessante de ce procede reside dans la possibilite de realiser une conversion de longueur d'onde 1,3 m 1,5 m entre les deux fenetres spectrales des telecommunications. Bien que la diffusion raman stimulee (drs) dans les fibres optiques puisse etre mise a profit pour un certain nombre d'applications, ce meme processus peut etre egalement source de penalite en puissance et en debit dans les systemes de telecommunications, notamment les transmissions multiplexees en longueur d'onde (wdm). Une methode de controle et de suppression de la drs est demontree a partir d'un champ de pompe multi-frequences. Le mecanisme de suppression, base sur l'antisymetrie spectrale de la susceptibilite raman, est optimise pour un ecart entre les differentes composantes spectrales de pompe egal a deux fois le decalage raman et pour une distribution de puissance particuliere. Outre les implications potentielles de cette methode dans les transmissions wdm, ce principe de suppression presente un interet pour augmenter les facteurs de compression dans les compresseurs d'impulsions a fibre.


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Informations

  • Détails : 40 VOL., 171 P.
  • Annexes : 170 REF.

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
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