Contrôle de la Propagation de la Lumière dans des Fibres Optiques Multimodes

Controling the Propagation of Light in Multimode Fibers

• Auteur / Autrice : Maxime Matthes
• Direction : Julien de Rosny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/02/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin : ondes et images - Institut Langevin - Ondes et Images (UMR7587) / IL
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Gigan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien de Rosny, Vincent Kermene, Esben Ravn Andresen, Hui Cao, Sébastien Popoff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Kermene, Esben Ravn Andresen

Mots clés

Mots clés libres

Fibres Multimodes

Modulation du Front d'Onde

Matrice de Transmission

Télécommunications

Calculs optiques

Multimode Fibers

Wavefront Shaping

Transmission matrix

Telecommunications

Optical Computation

Résumé

Ce projet de doctorat vise à utiliser des techniques de modulation du front d'onde pour étudier le contenu modal des fibres multimodes. Cette étude est cruciale pour l'implémentation du multiplexage spatial dans le domaine télécommunications fibrées.Récemment, de nouvelles méthodes de caractérisation de la propagation des modes à l'intérieur des fibres multimodes ont été mises au point. Elles s'appuient sur des techniques de modulation spatiale du front d'onde pour mesurer la matrice de transmission donnant la relation spatiale entre le champ entrant d'un côté d'un milieu et celui sortant de l'autre. Cette mesure est particulièrement intéressante pour examiner comment les perturbations extérieures affectent le couplage entre les différents modes propagatifs d'une fibre. Nous présentons l'approche que nous avons développée pour réaliser une acquisition rapide et fiable de ces matrices avec un système léger, dans le cas des fibres multimodes. Nous réalisons la caractérisation de l'effet provoqué par des déformations appliquées sur des fibres optiques grâce à un grand nombre de mesures de matrices de transmission. Cela nous permet de concevoir des canaux spatiaux robustes au désordre. De plus, nous réalisons l'étude des mécanismes de couplage des modes.Enfin, nous exploitons le caractère aléatoire de la propagation de la lumière dans les fibres fortement perturbées pour concevoir une approche originale pour générer des opérateurs linéaires optiques reconfigurables.

This Ph.D. project aims at using wavefront shaping techniques to probe the modal content of multimode fibers. Doing so is a crucial stepping stone for the implementation of space division multiplexing for telecommunication applications.Recently, new methods to characterize the propagation of modes inside multimode fibers were introduced.They leverage wavefront shaping techniques to measure the transmission matrix, which gives the spatial relationship between the fields entering from one side and exiting from the other side of the medium. This measure is of particular interest to examine how external perturbations affect the coupling between the different propagating modes of a fiber. We present the approach we developed to perform fast and reliable acquisition of these matrices with a lightweight system.Because we can perform numerous measurements in a short time, we characterize the effect of induced deformations and successfully design spatial channels that are robust to disorder. A study of the mechanisms of mode coupling is also performed.Finally, we take advantage of the randomness of the propagation of light in perturbed fibers to design an original approach to generate optical reconfigurable linear operators.