Contribution to the design of optical waveguides with high 3rd order nonlinear susceptibility
Contribution à la conception de guides optiques à fortes susceptibilités non-linéaires d'ordre 3
Résumé
The growth of data stream in fiber optics networks requires the exploration of new all optical functions for the signal processing at rates beyond 40 Gb.s-1. In this context, this thesis undertakes to offer a new approach to exploit some electronic conjugated polymers having very high third-order nonlinearity. Nevertheless the main challenge remains to perform single-mode waveguides based on these polymers. The kind of material chosen here is the Poly(3-AlkylThiophene), P3AT, because its good solubility permits to form films. In the first part of the manuscript, the states of the art of the targeted functions and the nonlinear materials needed for making them are presented. We explain why the P3AT can fulfil the requirements to perform miniaturized all-optical ultra-fast functions. Then we have first developed the self-phase modulation technique to characterize the nonlinearity of guides at 1550 nm. Its validity is confirmed by measuring the Kerr coefficient of standard and special fibers. Then, before designing the polymer waveguides, it was necessary to synthesize the polymer for ensuring a reproducible solubility in order to make thick enough films for channel waveguides fabrication. Several guide configurations have been studied such as ridge, strip-loaded and embedded waveguides. Each of them has been tested and characterized with passive or standard polymers. Unfortunately with the P3AT, any transmission of the guide could not be demonstrated. However we have shown that the optical losses are not due to material intrinsic absorption but rather caused by extrinsic light scattering.
Pour accompagner la demande accrue en termes de débits d'informations (40 Gb.s-1 et au-delà) dans les réseaux, il devient nécessaire d'insérer des fonctions optiques rapides pour le traitement du signal. Afin de pouvoir les réaliser, cette thèse s'intéresse à l'exploitation des effets des susceptibilités diélectriques non linéaires d'ordre 3 (ou ki(3)). Ainsi la thèse présente l'étude de la conception de guides monomodes à base de P3AT (Poly(3-AlkylThiophène)), polymère n'ayant jamais été utilisé en guides d'ondes. Après un état de l'art des fonctions cibles et des matériaux, nous montrons que les guides en P3AT pourraient aboutir à des fonctions miniaturisées tout-optique ultra-rapides. Afin de prévoir la mesure de l'effet Kerr de ces matériaux en structure guidante à 1550 nm, un premier banc de caractérisation par auto-modulation de phase a été optimisé et validé avec des fibres standards et spéciales. Pour la conception des guides ensuite, il a été nécessaire de faire la synthèse du polymère pour assurer une bonne solubilité pour la mise en oeuvre. Nous avons ensuite travaillé à l'étude de plusieurs structures de guides : ‘‘ridge'', induits par ruban, ruban inversé, hybrides. Chaque structure a été validée avec des polymères passifs ou standards, mais la propagation dans les guides P3AT n'a pu être mise en évidence. Cependant nous avons démontré que les pertes optiques n'étaient pas intrinsèques au matériau P3AT, mais plutôt causées par la diffusion de lumière par des centres diffusants extrinsèques.
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