Smart control of nonlinear effects in guided optics : Numerical and experimental studies towards novel imaging applications - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Smart control of nonlinear effects in guided optics : Numerical and experimental studies towards novel imaging applications

Contrôle intelligent des effets non linéaires en optique guidée : Études numériques et expérimentales vers de nouvelles applications d'imagerie

Lynn Sader
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1413522
  • IdRef : 275143139

Résumé

Nonlinear effects have gained importance in modern photonics as they provide new means for the generation of light with tunable properties. Over the years, important work has been dedicated to understanding and manipulating these nonlinear phenomena, with a recently renewed interest in the field with the rise of artificial intelligence. This thesis aims at the development of novel approaches for controlling ultrashort pulses and optimizing their propagation dynamics in nonlinear fiber optics. In this work, we focus our studies on the process of modulation instability, which we consider a case study of incoherent nonlinear spectral broadening, a noise-driven phenomenon resulting in fluctuating output spectral characteristics. Here, we discuss the measurement and statistical analysis of these fluctuations via real-time characterization techniques. We report on the development of an ultra-sensitive characterization approach allowing to detect, characterize and study these nonlinear instabilities with improved performances. We further examine how such incoherent propagation dynamics can be controlled via optimization and machine learning techniques. This work covers both numerical and experimental studies investigating the impact of optical seeding on the formation of modulation instability and the optimization of its properties using evolutionary algorithms. Finally, we briefly discuss perspectives towards advanced temporal control of nonlinear fiber broadening via programmable integrated photonics systems. Overall, these studies pave the way towards the development of smart photonic sources for applications spanning advanced microscopy, novel imaging techniques, and metrology, with a strong potential across various scientific domains.
Les effets non linéaires ont pris de l'importance dans la photonique moderne en offrant de nouveaux moyens de générer de la lumière avec des propriétés accordables. Au fil des années, des travaux importants ont été consacrés à la compréhension et à la manipulation de ces phénomènes non linéaires, avec un regain d'intérêt récent dans le domaine avec l'essor de l'intelligence artificielle. Cette thèse vise à développer de nouvelles approches pour contrôler les impulsions ultracourtes et optimiser leurs dynamiques de propagation non linéaire dans les fibres optiques. Dans ces travaux, nous concentrons nos études sur le processus d'instabilité de modulation, que nous considérons comme un cas particulier d'élargissement spectral non linéaire incohérent, un phénomène induit par le bruit qui se traduit par des caractéristiques spectrales fluctuantes. Nous abordons ici la mesure et l'analyse statistique de ces fluctuations par le biais de techniques de caractérisation en temps réel. Nous présentons le développement d'une approche de caractérisation ultrasensible permettant de détecter, de caractériser et d'étudier ces instabilités non linéaires avec des performances améliorées. Nous examinons également comment ces dynamiques de propagation incohérente peuvent être contrôlées par des techniques d'optimisation et d'apprentissage automatique. Ce travail couvre à la fois des études numériques et expérimentales examinant l'impact d’un contrôle optique sur la formation de l'instabilité de modulation et l'optimisation de ses propriétés à l'aide d'algorithmes évolutionnaires. Enfin, nous discutons brièvement des perspectives du contrôle temporel avancé de l'élargissement non linéaire fibré via des systèmes photoniques intégrés programmables. Dans l'ensemble, ces études ouvrent la voie au développement de sources photoniques intelligentes pour des applications couvrant la microscopie avancée, de nouvelles techniques d'imagerie et la métrologie, avec un potentiel dans divers domaines scientifiques.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04691723 , version 1 (09-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04691723 , version 1

Citer

Lynn Sader. Smart control of nonlinear effects in guided optics : Numerical and experimental studies towards novel imaging applications. Optics / Photonic. Université de Limoges, 2023. English. ⟨NNT : 2023LIMO0057⟩. ⟨tel-04691723⟩
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