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Thèse Année : 2006

Kerr and photorefractive spatial optical solitons: fundamental studies and application to optical switching

Solitons optiques spatiaux Kerr et photoréfractifs : propriétés fondamentales et application à l'adessage optique

Résumé

This thesis deals with beam self-focalization and optical soliton propagation. The presented results are obtained in two complementary nonlinear media, an ultra-fast Kerr material used in planar configuration and a photorefractive material showing stable self-focusing effect in two dimensions at very low beam power. The depicted studies are based on analytical developments and numerical calculations along with numerous experiments. Potential of soliton-induced waveguides for application to optical switching and reconfigurable crossconnects are considered in particular.

In the first part, we present results on Kerr solitons at telecommunication wavelengths, generated in AlGaAs planar waveguides.We demonstrate than nonlinear absorptions, although low, modify self-focusing effect in a dramatic way. In addition, the influence of pulse duration on soliton propagation has been characterized experimentally. Soliton propagation is observed over 17 diffraction lengths.

In the second part, we study a new type of bright bi-dimensional photorefractive soliton, the photorefractive-photovoltaic screening soliton in LiNbO3. This soliton is induced by an external applied electric field opposed to the intrinsic photovoltaic effect of the material in order to exhibit a focusing nonlinear effect. In agreement with developed semi-analytical and numerical models, the experiments confirm that these solitons represent a simple way to generate straight or curved cylindrical waveguides able to guide visible light and also telecommunication wavelengths.

Finally, we test the potential of solitons for optical switching in the framework of two applications. The first one reveals the capability of spatial Kerr solitons in AlGaAs for fast reconfigurable interconnects. While the second one is a 3-D integrated optical component induced by photorefractive solitons and achieving a 1 by 4 routing function.
Cette thèse porte sur l'autofocalisation de faisceaux et la propagation solitonique optique. Les résultats présentés s'appuient sur l'utilisation de deux milieux aux propriétés non linéaires complémentaires, un milieu Kerr en configuration planaire offrant une réponse ultrarapide et un milieu photoréfractif siège d'une autofocalisation stable bidimensionnelle opérationnelle à très basse puissance. Les analyses présentées sont basées sur des modélisations analytiques et numériques vérifiées par de nombreuses expériences. Nous nous intéressons en particulier au potentiel des guides autoinduits par les solitons pour des applications de routage optique et d'interconnexions reconfigurables.

La première partie présente des résultats sur les solitons Kerr, aux longueurs d'onde des télécommunications, formés dans des guides plans basés sur le semiconducteur AlGaAs. Nous avons montré que les absorptions non linéaires, bien que faibles, influencent de manière déterminante l'autofocalisation des faisceaux. Par ailleurs, nous avons déterminé expérimentalement les durées d'impulsions compatibles avec la génération de
solitons. Une propagation solitonique a été obtenue sur une distance de 17 longueurs de diffraction.

Dans une seconde partie, nous avons étudié un nouveau type de soliton brillant bidimensionnel, le soliton photoréfractif-photovoltaïque avec champ appliqué dans le LiNbO3. Ce soliton est caractérisé par l'application d'un champ électrique qui s'oppose à l'effet photovoltaïque intrinsèque au matériau afin de produire un effet non linéaire focalisant. En accord avec le modèle semi-analytique et les simulations numériques développés, les expériences réalisées montrent que ces solitons constituent une technique simple pour générer des guides à symétrie circulaire, droits ou courbes, utilisables aux longueurs d'onde du visible mais également dans l'infrarouge.

Enfin, nous avons testé les potentialités des solitons
pour l'adressage optique à travers deux applications. La première a permis de vérifier les capacités des solitons Kerr dans AlGaAs pour des interconnexions rapidement reconfigurables. Dans une seconde configuration, un composant d'optique intégrée 3-D remplissant la fonction de routage 1 vers 4 a été réalisé dans le LiNbO3 à l'aide de solitons photoréfractifs.
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Dates et versions

tel-00137257 , version 1 (19-03-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00137257 , version 1

Citer

Virginie Coda. Solitons optiques spatiaux Kerr et photoréfractifs : propriétés fondamentales et application à l'adessage optique. Physique [physics]. Université de Franche-Comté, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00137257⟩
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