Ses conseils ont toujours été extrêmement judicieux et j'ai pu également constater sa grande efficacité dans son travail. Durant ces trois années de thèse j'ai également pu découvrir les joies de l'enseignement, principalement au sein de l'ESIREM.
Conclusion______________________________________________________________ 114 Applications des Similaritons Optiques ______________________________________________ 115
La non-linéarité de la silice qui forme la fibre peut alors s'opposer à la répartition temporelle des impulsions [8, 9]. Le chapitre 4 présente une étude détaillée de la dépendance d'impulsions similaires aux propriétés des impulsions initiales (forme et énergie) et aux paramètres de l'amplificateur (gain et configuration de la pompe).
L ES FIBRES OPTIQUES
- Principe des fibres optiques
- L’atténuation des fibres optiques
- La dispersion
- La non-linéarité
Pour caractériser cette dépendance, on utilise généralement le paramètre D, la répartition du matériau en fonction de la longueur d'onde λ, exprimée en [ps].[km]-1.[nm]-1 et définie par . La ligne Stokes voit alors un gain positif au détriment de la ligne anti-Stokes.
D ESCRIPTION PHYSIQUE D ' UNE IMPULSION LUMINEUSE 1. Contexte
- La Puissance
- Le Spectre
- Phase et chirp
- Impulsion en Limite de Fourier
- Régime purement dispersif
- Résolution dans le domaine spectral
- Exemple de la propagation d'une impulsion gaussienne
- Régime purement non linéaire
- Méthode de la transformée de Fourier à pas divisés
- Exemple d'interaction entre dispersion et effets non-linéaires
- Régime solitonique
- Cas de la dispersion anormale
- Cas de la dispersion normale
- L’impulsion parabolique
La valeur du produit TFWHM x FFWHM d'une impulsion dans la limite de Fourier dépend de la forme de l'impulsion. La figure 4 (b) montre l'absence de changement dans la forme du spectre et la figure 4 (c) montre l'évolution longitudinale de la largeur temporelle à mi-hauteur.
C ONCLUSION
L' AMPLIFICATION OPTIQUE Introduction
Méthodes physiques pour amplifier les impulsions
- Amplification dopée terre-rare
- Amplification Raman
- Amplification paramétrique
Ainsi, même avec des puissances de pompe de l'ordre du Watt, le gain de ces amplificateurs (quelques dB/km) [116] restera bien inférieur aux gains disponibles avec les technologies à base de fibres dopées terres rares. Si l’on considère que la puissance de la pompe reste constante pendant la propagation et que les effets de l’onde signal et du ralenti sont faibles par rapport à la puissance de la pompe, le gain paramétrique g peut être exprimé par
A MPLIFICATION D ' UNE IMPULSION ULTRA - COURTE 1. Introduction
Régime de dispersion anormale
Mais lorsque la puissance devient trop importante, on se rapproche de la situation de solitons d'ordre supérieur (voir chapitre I, partie avec notamment le dédoublement de l'impulsion initiale et l'apparition de sous-impulsions. L'amplification d'impulsions ultra-courtes en régime de dispersion anormale ne permet donc pas d'atteindre des énergies significatives : sur la simulation présentée sur la figure 16(c), après une amplification de 28,7 dB, la forme de l'impulsion est donc fortement dégradée.
Régime de dispersion normale
Nous voyons également sur la figure 18(b) qu'une fois la forme parabolique obtenue, l'impulsion conservera ce profil d'intensité. Dans la troisième partie, nous préciserons les propriétés de ces impulsions à profil d'intensité parabolique que l'on retrouve dans les amplificateurs à dispersion normaux.
Amplification à dérive de fréquence
L'utilisation de l'amplification à dérive de fréquence ne se limite pas à l'amplification par fibre : des exemples d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs [150] ont été développés et, en particulier, le CPA est devenu la technique la plus répandue pour l'amplification d'impulsions ultracourtes de très haute énergie (amplification dans les cristaux ). [151-154].
L ES SIMILARITONS OPTIQUES
- L'auto-similarité
- Le Similariton optique
- Quelques propriétés
- Limites du modèle
- Réalisations expérimentales
Le développement du type Similariton est donc très intéressant dans le domaine de la génération d'impulsions ultracourtes. Cet effet limitera donc également la plage de validité de la solution asymptotique.
I NTRODUCTION
P ARAMÈTRES TYPIQUES UTILISÉS
Par la suite, nous avons pu vérifier numériquement que d’autres types de fibres sont moins adaptés. Nous disposions d'une fibre dont les paramètres expérimentaux à 1550 nm sont résumés dans le tableau suivant.
M ODÉLISATION NUMÉRIQUE
- Equation de Schrödinger non-linéaire généralisée
- Walk-off et modélisation numérique
- Equations couplées
- Effets de déplétion de la pompe
Pour améliorer l'efficacité des calculs numériques, les évolutions du signal à amplifier ψs et de la pompe ψr peuvent être modélisées séparément. La figure 23 (b) montre que l'erreur commise avec l'équation (85) et une fenêtre temporelle inappropriée dépendront de la puissance initiale des impulsions à amplifier.
D ISPOSITIF EXPÉRIMENTAL DE GÉNÉRATION
L'énergie optimale pour générer les tonalités de similarité est plutôt de l'ordre de quelques pJ [203], donc un atténuateur est inséré dans l'ensemble pour ajuster l'énergie de départ des impulsions injectées dans l'amplificateur Raman. Dans la suite de ce chapitre, nous considérerons principalement des impulsions d’énergie initiale de 2,16 pJ. Un deuxième coupleur de longueur d'onde situé en sortie de l'appareil permet d'isoler l'impulsion amplifiée du résidu de pompe avec un taux de réjection de 21 dB.
C ARACTÉRISATION D ' IMPULSIONS EN INTENSITÉ ET EN PHASE 1. Introduction
- Montage expérimental de base
- Principes des techniques utilisées 1. Autocorrélation
- TIVI
- PICASO
- FROG
- Intercorrélation
- X-FROG
- Comparaison des différentes méthodes
- Cas d'une impulsion en limite de Fourier
- Cas d'une impulsion affectée par l'automodulation de phase
- Cas d'une impulsion similariton
- Conclusion
Dans le domaine fréquentiel, le signal d'autocorrélation est en réalité égal au module carré de la transformée de Fourier de I(t). Le principe général de la technique FROG repose sur l'exploitation du signal suivant (communément appelé trace FROG ou encore spectrogramme). Nous avons également comparé les résultats de la technique FROG avec la méthode utilisant un signal de corrélation croisée et une trace X-FROG.
M ISE EN ÉVIDENCE EXPÉRIMENTALE DES SIMILARITONS 1. Impulsions de sortie
- Comparaison avec les simulations numériques
La figure 35 montre les profils d'intensité et de chirp de l'impulsion de sortie (cercles) trouvés par la méthode FROG. La largeur totale 2 TP de l'impulsion est de 72 ps (cette mesure représentative des propriétés des impulsions paraboliques est estimée à partir des instants où l'intensité correspond à 1% de l'intensité maximale). Une légère asymétrie de l'impulsion de sortie est observée dans les profils temporels expérimental et simulé.
C ONCLUSION
En effet, une de leurs conséquences est que le front montant de l'impulsion subit une amplification plus importante que le front descendant de l'impulsion (voir la figure 36 donne une représentation tridimensionnelle de la propagation de l'impulsion numérique dans l'amplificateur. Cette représentation montre clairement un comportement similaire à l'impulsion lors de son amplification avec un élargissement progressif de l'impulsion accompagné d'une augmentation de la puissance crête.
I NFLUENCE DE L ' IMPULSION INITIALE
- Influence de la forme initiale 1. Introduction
- Influence de la forme initiale dans le cas du wave-breaking
- Evolution dans un amplificateur : simulations numériques
- Résultats expérimentaux
- Influence de l'énergie initiale
- Expériences et simulations
- Limitation des puissances de sortie
Le profil de l'impulsion de sortie varie alors sensiblement en fonction de la largeur de l'impulsion initiale. Nous avons présenté sur la figure 38(b) l'évolution de la largeur temporelle totale à mi-hauteur de ces impulsions. Il est clair que, malgré une variation d'un facteur 2 de la largeur temporelle des impulsions initiales (et donc également une variation d'un facteur deux de leur puissance crête initiale), des similitudes sont générées.
I NFLUENCE DE L 'A MPLIFICATEUR
- Influence de la valeur du gain
- Influence de la configuration de pompage 1. Introduction
- Simulations numériques
- Montage expérimental et résultats
- Influence de l'énergie initiale
- Conclusion
Les résultats de la caractérisation FROG sont représentés par des cercles (pompage contre-propagatif) et des croix (pompage copropagatif). L'évolution de la puissance initiale de la pompe requise en fonction de l'énergie d'impulsion initiale est représentée sur la figure 49(b). Notons sur la figure 49(b) que les amplifications co- et anti-propagation (croix et cercles) conduisent à différentes évolutions de la puissance de pompe nécessaire pour obtenir une amplification de 20 dB.
S IMILARITONS ET WAVE - BREAKING
- Capacité à se propager dans une fibre sans gain
- Différence entre wave-breaking et propagation similariton
Les signaux d'autocorrélation en sortie de fibre montrent que, dans le cas A, pour une énergie de 46,1 pJ, on obtient une largeur de temps à mi-maximum de 116 ps, à comparer avec la largeur d'impulsion de 29 ps en l'absence de non-linéaire. effets sur les fibres. Ces différences peuvent s'expliquer qualitativement si l'on considère l'évolution de la puissance crête des impulsions au cours de la propagation ainsi que leur élargissement spectral. Dans la configuration A, la puissance crête sera maximale à l'entrée de la fibre puis diminuera du fait de l'atténuation dans la fibre et de l'élargissement temporel des impulsions.
C ONCLUSION
Concernant la configuration de collision, on voit apparaître un battement sinusoïdal dont la fréquence varie au cours de la collision. De même, dans le contexte où plusieurs longueurs d'onde sont utilisées simultanément (WDM), du fait de la dispersion chromatique, deux impulsions de longueurs d'onde différentes auront des vitesses de propagation différentes dans l'amplificateur : elles vont alors s'y croiser et interagir elles aussi. Nous mettrons également en évidence les effets de modulation entre phases qui se produisent lors de la propagation.
I NTERACTION ENTRE SIMILARITONS
- Introduction
- Cas d’un profil de gain constant 1. Modèle utilisé
- Génération d'un battement sinusoïdal
- Evolution vers un train de solitons noirs
- Interaction de trois impulsions
- Cas d’une amplification Raman
- Expériences
- Montage expérimental
- Résultats expérimentaux
- Influence de différents paramètres
- Influence de l’écart temporel entre impulsions
- Influence de l’énergie initiale des impulsions
- Influence du gain
- Conclusion
Le taux de répétition fD diffère de la fréquence fS de la modulation sinusoïdale initiale. Sur la figure 62 (a), nous observons l'influence linéaire de la séparation temporelle ∆T0 des impulsions initiales sur le taux de répétition fD des solitons gris. Nous avons également étudié l'influence de la séparation temporelle initiale des impulsions, de l'énergie initiale de l'impulsion et du gain sur le taux de répétition du réseau de solitons fD.
C OLLISION DE S IMILARITONS OPTIQUES 1. Position du problème
- Simulations numériques
- Le générateur d'impulsions décalées en fréquence et en temps
- Principe et montage expérimental
- Impulsions générées expérimentalement
- Résultats expérimentaux
- Signal d'autocorrélation
- Spectres
- Effets de la collision
- Conclusion sur la collision de similaritons
On constate, dans les deux cas, lors de la collision, l'apparition d'un battement sinusoïdal (voir aussi Figure 65(c,d,e). Nous avons représenté sur la Figure 66 l'évolution de la fréquence de battement par l'équation (116) (points en pointillés )) et comparez cette approche en ignorant les effets non linéaires avec les résultats de l'intégration numérique de l'équation (64) (tracés en trait plein fCOLL en fonction de ∆TCOLL).
C OMPRESSION DE SIMILARITONS OPTIQUES 1. Introduction
- Résultats analytiques
- Méthodes expérimentales
- Résultats expérimentaux
La transformée de Fourier inverse de cette expression donne la forme temporelle de l'impulsion recomprimée : [28]. Expérimentalement, la largeur temporelle la plus faible du signal d'autocorrélation de l'impulsion recomprimée est obtenue pour une valeur de 470 m de fibre, proche de la valeur théorique. Le profil d'intensité de l'impulsion recomprimée présenté sur la figure 78 (c) obtenu par caractérisation FROG montre la présence de socles dans l'impulsion.
S YNTHÈSE D ’ IMPULSIONS PAR SIMILARITONS OPTIQUES 1. Introduction
- Différentes techniques de synthèse d’impulsions 1. Principe général
- Méthode de 4-f
- Utilisation de réseaux de Bragg
- Synthèse par acousto-optique
- Algorithmes génétiques et méthodes adaptatives
- Principe de la synthèse à partir de similaritons optiques
- Montage expérimental
- Résultats expérimentaux
- Influence de l'impulsion initiale
- Influence de la forme initiale
- Influence de l’énergie initiale
- Influence de la longueur d’onde initiale
- Conclusion
A partir de la fonction de réflexion recherchée, plusieurs algorithmes avancés permettent de déterminer le profil n(z) optimal. Enfin, nous avons testé l'influence de la longueur d'onde initiale sur l'impulsion de sortie. Pour conclure, nous avons proposé une application originale des similarités optiques au domaine de la synthèse d'impulsions.
R ÉGÉNÉRATION OPTIQUE PAR SIMILARITONS 1. Introduction
- Différentes techniques de régénération tout-optique
- Régénération par similaritons
- Principe
- Simulations numériques
- Expérience préliminaire 1. Introduction
- Source à 20 GHz utilisée
- Montage expérimental du régénérateur à similaritons
- Résultats expérimentaux
- Test sur un système télécom 1. Introduction
- Montage expérimental
- Résultats
- Conclusion
- Simulations complémentaires
- Conclusion sur la régénération par similaritons
Diagrammes oculaires des signaux à l'entrée de la boucle de recirculation (b1), à la sortie de la boucle de recirculation (b2) et à la sortie du dispositif de régénération (b3). Le deuxième domaine où nous avons pu tirer parti des propriétés de similitudes optiques est le domaine de la régénération d'un train d'impulsions de télécommunications à haut débit qui a été dégradé par l'apparition d'impulsions fantômes. Nous avons également réalisé une étude expérimentale de la dépendance des similarités sur l'énergie initiale des impulsions et le gain dans l'amplificateur.
Dudley : Génération de similarités optiques à 1550 nm par amplification Raman dans une fibre à dispersion décalée, COLOQ 8 (CONFÉRENCE Lasers et Optique Quantique), Toulouse, 3-5. Septembre 2003. Millot : Collision de similitudes optiques dans un amplificateur à fibre optique Raman, COLOQ 9 (Conférence Lasers et Optique Quantique), Dijon, 7-9. Septembre 2005. Finot : Génération et propagation d'impulsions paraboliques par amélioration Raman dans une fibre à dispersion décalée, 4èmes Journées de l'École Doctorale Carnot, Prix SFP Section Bourgogne/Franche-Comté de la Meilleure Communication par Poster, Dijon-France, 16 mai 2003 .
Grischkowsky, Observation of the formation of an optical intensity shock and wave breaking in the nonlinear propagation of pulses in optical fibers. Agrawal, Effect of intrapulse stimulated Raman scattering on soliton effect pulse compression in optical fibers. Finot, Influence of the pump configuration on the generation of optical similarities in optical fibers.
