Amplification Raman

Une deuxième technique de compression adiabatique est l’utilisation de l’amplification Raman. Le principe reste le même que la compression dans une fibre à dispersion décroissante mais l’amplification

n’est plus simulée ici par la décroissance de la dispersion mais réalisée par une pompe Raman à l’intérieur même de la fibre [109, 120]. Cette propagation peut tout simplement être décrite par l’équation NLS avec un terme de gain supplémentaire.

A A iγ A 2 g t A 2 β i z A 2 2 2 2 + = ∂ ∂ + ∂ ∂ , (3.12) où g représente le terme de gain en m-1 (il est également possible de voir cette modélisation comme la

propagation de la lumière dans une fibre optique à pertes négatives).

La simulation suivante montre l’évolution d’un battement sinusoïdal à 160-GHz se propageant dans une fibre à dispersion décalée (DSF) de 2.9km de long et possédant un coefficient de gain de 1dB par km. Les paramètres de la simulation sont donc les suivants :

D0(ps/km.nm) Aeff (µm2) L (km) Pp (W) Période (ps) ^{Gain Raman} _(dB/km)

1 50 2.9 0.075 6.25 1

où D0 est la dispersion chromatique de la fibre DSF à la longueur d’onde centrale du battement tandis

que Pp représente la puissance de chacune des deux pompes composant le battement initial.

Figure III-5 (a) Battement sinusoïdal initial (traits pointillés), impulsions de sortie après 2.9km de propagation (trait continu) (c) Spectre initial (cercles), spectre des impulsions de sortie (trait continu).

Le train d’impulsions ainsi formé est représenté sur la Figure III-5(a) en trait continu et correspond à un train d’impulsions correctement séparées, sans piédestal et d’une largeur à mi-hauteur (FWHM) d’environ 1ps. Quant au spectre, visible sur la Figure III-5(b), il correspond bien à un train d’impulsions correctement séparées. Ses différentes composantes spectrales sont en effet régulièrement espacées de 160-GHz et nous observons bien l’enrichissement du spectre initial (en cercles) en nouvelles fréquences.

Peu de travaux ont été réalisés sur la base de cette technique de compression d’un battement sinusoïdal. En 2003, D’Errico et son équipe développèrent une source, en vue d’une application de multiplexage temporel (OTDM), capable de délivrer des impulsions de 0.8ps à une cadence de 40-GHz grâce à une amplification adiabatique de type Raman au sein d’une fibre DSF de 20km [95]. Le battement initial était obtenu par la propagation d’une onde continue à travers un interféromètre Mach-Zehnder LiNbO3

alimenté à son point de transmission nulle par un signal RF de 20-GHz. Grâce à l’utilisation d’une seule source continue, ce dispositif permet surtout d’éliminer l’instabilité fréquentielle du battement et donc de diminuer sa gigue temporelle.

Outre ces travaux de génération d’impulsions à partir d’un battement sinusoïdal, d’autres travaux exploitèrent simplement l’amplification Raman pour la compression d’impulsions [121, 122, 124, 130, 141]. Initialement proposé et expérimentalement démontré par Gouveia-Neto et al.en 1988 [121], Reeves-Hall et al. réalisèrent ensuite, en 2000 et 2001, une source accordable en fréquence autour de 10-GHz délivrant des impulsions de 1 à 10ps par compression d’impulsions de 10ps [122-124]. Plus récemment, en 2003, grâce à une combinaison entre la compression d’un battement sinusoïdal dans une série de fibres à profil de dispersion « comblike » (voir section sur la méthode « comblike », paragraphe III.1.2.5) et la compression adiabatique par amplification Raman, Igarashi et al.

[130] démontrèrent expérimentalement la mise au point d’une source cadencée à 100-GHz et délivrant des impulsions variant de 0.84 à 2.1ps [130].

Un avantage supplémentaire de l’effet Raman est l’utilisation du décalage fréquentiel occasionné à forte puissance. Comme nous l’avons vu dans le chapitre I, ce phénomène permet, pour de très courtes impulsions, de séparer l’impulsion de son éventuel piédestal et ainsi de la « nettoyer ». La Figure III-6 représente une simulation numérique illustrant ce phénomène. Il s’agit au départ du même principe que celui exposé sur la Figure III-5, à savoir un battement sinusoïdal d’une puissance moyenne de 250mW se propageant dans une fibre DSF de 3.6km avec un gain Raman de 1dB/km.

Les paramètres de la simulation sont donc les suivants :

D0(ps/km.nm) Aeff (µm2) L (km) Pp (W) Période (ps) ^{Gain Raman} _(dB/km)

1 50 3.6 0.125 6.25 1

où D0 est la dispersion chromatique de la fibre DSF à la longueur d’onde centrale du battement sinusoïdal et Pp représente la puissance de chacune des deux pompes formant le battement initial.

La compression initiale se développe dans un premier temps de manière similaire à celle décrite précédemment puis, après le point de compression maximal (environ 3km), la largeur des impulsions

devenant relativement faible (<1ps) et la puissance crête élevée (>30W), l’effet Raman devient l’effet prédominant et provoque un décalage fréquentiel du spectre des impulsions vers les grandes longueurs d’onde (rouge). Parallèlement, le spectre du piédestal, qui possède une bien plus faible puissance, ne subit pas un tel décalage. Etant séparés spectralement, du fait de la différence de vitesse de groupe, le piédestal et l’impulsion sont alors séparés temporellement (voir Figure III-6, 2ième et 3ième colonnes) et il suffit alors de filtrer le spectre des impulsions pour éliminer les composantes spectrales des piédestaux et obtenir ainsi un train de solitons quasi fondamentaux, correctement séparés et ayant une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 244fs [119, 120].

Figure III-6 Ligne du haut : Spectre initial puis spectre des impulsions à 3km et 3.6km et enfin filtré par le filtre représenté à 3.6km en trait continu Ligne du bas : battement sinusoïdal initial puis impulsions après 3km et 3.6km de propagation et enfin filtré.

Des travaux expérimentaux ont démontré la faisabilité d’une telle technique de nettoyage des impulsions, notamment en combinant cette technique avec la génération d’impulsions par instabilité modulationnelle [119, 120]. Les premiers travaux ont été réalisées en 1990 par l’équipe de Mamyshev, puis en 1993 par Chernikov et al., qui allièrent la compression d’un battement sinusoïdal dans une fibre à dispersion décroissante avec le décalage fréquentiel engendré par l’effet Raman pour obtenir un train d’impulsions de 250fs à 114-GHz [86, 113]. D’autres résultats purement numériques ont également considéré les effets combinés de la dispersion chromatique d’ordre 3 et de l’effet Raman pour améliorer la compression de solitons d’ordre supérieur [125].

Conclusion : La compression adiabatique par amplification Raman offre plusieurs avantages. Premièrement, elle permet de générer un train d’impulsions accordable en durée puisque le gain (réglable) est proportionnel à la puissance de la pompe et définit le taux de compression maximal des

impulsions [122-124]. Deuxièmement, elle permet également d’être accordable sur une grande plage de longueurs d’onde car la courbe de gain Raman de la silice se trouve être relativement large (400cm-1, ∼12-THz). De plus, la méthode semble être assez simple à mettre en œuvre expérimentalement mais nécessite toutefois une longueur de fibre assez importante (10 à 20km de fibre DSF), ce qui peut engendrer des problèmes de dispersion des modes de polarisation (PMD) ou de fluctuations longitudinales des paramètres de la fibre. En effet, la fibre n’étant pas parfaite, le diamètre de cœur peut légèrement varier le long de la fibre et engendrer alors des fluctuations de la dispersion chromatique et du coefficient de non linéarité, perturbant ainsi les phénomènes physiques souhaités.