Modélisation d'effets non linéaires dans les cristaux photoniques, application à la limitation optique

Modelisation of nonlinear photonic crystals, application to optical limiting

• Auteur / Autrice : Jean-Jacques Bonnefois
• Direction : Alain Priou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et électromagnétisme
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 10

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kerr, Effet

Électromagnétisme

Optique non linéaire

Cristaux photoniques

Résumé

Ce mémoire concerne l'utilisation de matériaux non-linéaires optiques dans les cristaux photoniques (CPs) destinés à la limitation optique. En effet, le couplage entre des effets de type cubique (effet Kerr) ou de changement de phase et les phénomènes complexes de diffraction dans les CPs peut mener à des basculements ultra-rapides et auto-déclenchés d'un état transparent vers un état opaque. Dans ce but, de nouvelles méthodes de simulation numérique ab-initio, évolutions de la Fast Fourier Factorization (FFF), et de la Matrix Scattering Method (MSM), sont développées et utilisées. Elles permettent de traiter rigoureusement le cas d'inclusions nonlinéaires inhomogènes ainsi que de traiter l'échauffement d'un CP lors d'une illumination par impulsion laser nanoseconde. Dans la dernière partie du mémoire, la précision de l'approximation homogène est étudiée et partiellement remise en cause. Finalement, une solution de limiteur optique à cristal photonique est donnée.

We present here a discussion about the use of optical nonlinear material in photonic crystals (PCs) for optical limiting purpose. The link between cubic (Kerr) nonlinearities or phase transition and the complex diffraction phenomenon occurring inside a PC can allow ultra-frit and self-triggered switching from a transparent state towards an opaque one. To study this, we developed new ab-initio numeric methods evolved from the Fast Fourier Factorization (FFF) and the Matrix Scattering Method (MSM). Those methods allow the rigorous simulation of nonlinear inhomogeneous inclusion and the thermal behaviour of a CP while illuminated by a nanosecond laser pulse. In the last part of this document, the precision of the "homogeneous approximation" will be discussed and partially questioned. Finally, a CP based optical limiter solution is proposed.