Nous avons démontré, dans ce chapitre, qu’il était possible de contrôler préci- sément la dynamique de l’auto-décalage Raman d’un soliton par l’utilisation d’une FOM dont le profil est non-uniforme. Dans notre approche, la forme des profils longitudinaux est déterminée par un algorithme de résolution inverse. La procé- dure mise en place a été validée expérimentalement par la fabrication puis le test de plusieurs FOMs topographiques. Les résultats obtenus sont en très bon accord avec les résultats issus des simulations numériques et des calculs théoriques. Un désaccord avec le comportement visé, lié au pic d’absorption OH, apparait tout de même dans nos expériences. Cependant, en travaillant sur cet aspect particulier du procédé de fabrication, ou bien en arrivant à un niveau de pertes OH reproductible, il semblerait possible d’en tenir compte dès la conception des fibres.
Les résultats présentés dans ce chapitre ont fait l’objet de deux publications scientifiques dans des revues internationales à comités de lecture, ainsi que deux communications dans des conférences internationales à comités de lecture (voir bi- bliographie de l’auteur en annexe).
Ce chapitre a été dédié uniquement au contrôle spectral des solitons. Nous nous intéressons dans le chapitre suivant au contrôle spectro-temporel des solitons déli- vrés en sortie d’une fibre.
Chapitre 5
Contrôle spectro-temporel de
solitons dans des fibres optiques
topographiques
5.1
État de l’art et contexte
Les sources à solitons sont une façon simple d’obtenir des impulsions courtes, en limite de Fourier et accordables en longueurs d’onde. Si le contrôle de la lon- gueur d’onde peut se faire facilement grâce à l’ADRS et au changement de la puis- sance de pompe, nous n’avons en règle générale pas de contrôle sur la durée des solitons délivrés. Cette durée dépend de plusieurs caractéristiques liées au laser de pompe (durée, puissance crête) et à la fibre utilisée (dispersion, non-linéarité, pertes, longueur). Dans ce qui suit, nous résumons les principales études s’intéressant au contrôle de cette durée.
La première proposition de contrôle de la durée d’un soliton fut exprimée en 1987 [104]. L’auteur proposa d’utiliser une fibre dont la dispersion décroit expo- nentiellement sur son long afin de compenser l’étalement temporel d’un soliton à cause de l’atténuation de son énergie provoquée par les pertes de la fibre. Cette idée fut rapidement étendue pour effectuer une compression temporelle de solitons femtosecondes et picosecondes [105,106]. Le principe de cette compression est basé sur la compensation dans la fibre entre la dispersion, la non-linéarité, l’énergie du soliton et sa durée. Cette durée est exprimée par la relation5.1, qui découle de la définition de l’ordre du soliton (Eq.2.3) :
Ts=
2|β2|
γE (5.1)
ici E = 2PsTs est l’énergie du soliton. En l’absence d’effet conduisant à une perte
d’énergie, la durée du soliton ne dépend que des variations de la dispersion et de la nonlinéarité induites par l’effilage de la fibre. La variation longitudinale des para- mètres de la fibre doit se faire de façon suffisamment lente (comparé à la longueur de dispersion caractéristique du soliton Ld= Ts2/|β2|) afin de permettre au soliton de
rétablir continuellement une compensation parfaite entre les effets de la dispersion et de la non-linéarité via l’adaptation de son profil. De cette façon, toute l’énergie reste contenue dans le soliton et ses profils spectraux et temporels de sortie sont proches des modèles théoriques.
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Chapitre 5. Contrôle spectro-temporel de solitons dans des fibres optiques topographiques
Dans le cas où ces variations impliquent une diminution de cette durée, nous parlons de compression temporelle adiabatique. La première démonstration expé- rimentale d’une telle compression fut accomplie en 1991 [106]. Dans ce travail, Chernikov et al. ont démontré la compression d’un soliton issu de la fission de l’im- pulsion pompe dans une fibre uniforme de 25 m de long. Le soliton généré, d’une durée de 130 fs, est ensuite comprimé jusqu’à 50 fs dans une partie effilée de 10 m de long. Ces résultats ont rapidement été suivis par d’autres travaux montrant la compression de solitons femtosecondes et picosecondes d’un facteur 16 [83,107]. Le développement de FOMs possédant des propriétés de dispersion flexibles, permet- tant notamment d’obtenir un régime de dispersion anormale en dessous de 1 µm, a permis d’étendre la compression de solitons à des longueurs d’onde et des gammes d’énergies inatteignables pour les fibres optiques conventionnelles [89]. Le terme de compression adiabatique de solitons ne réfère pas uniquement à la compression tem- porelle, mais permet également, sur le même principe, de réaliser une compression spectrale (étalement temporel) dans des fibres à dispersion croissante [108,109,110]. La compression spectrale est particulièrement recherchée pour les applications de spectroscopie biologique et d’amplifications laser.
En utilisant des solitons non fondamentaux, il est possible, grâce à la combinai- son des effets de respiration de solitons et la compression adiabatique, d’augmenter le taux de compression au-delà du seuil de compression adiabatique [111,112,113]. Les études menées ont permis d’établir que dans le cas de la compression temporelle, il est préférable d’utiliser des solitons d’ordre 1,5 afin de minimiser la détérioration de la qualité de l’impulsion en sortie de la fibre et la perte d’énergie du soliton [114]. Au contraire, dans le cas de la compression spectrale, il faut utiliser des so- litons dont l’ordre est inférieur à 1 [113]. Une étude comparative entre les régimes de compression temporelle adiabatique et non-adiabatique peut être trouvée dans la référence [112].
L’une des limites à la technique de compression adiabatique reste, cependant, la dispersion d’ordre trois, dont l’impact devient important lorsque la valeur de la dispersion chromatique (et c’est ce que l’on cherche si on veut obtenir des soli- tons courts) devient faible, car cela se traduit par la génération d’ondes dispersives [83, 115]. Si l’impact de β3 peut être réduit grâce à l’utilisation de fibres à dis-
persion plate [115], l’effet Raman constitue un autre effet limitant dont on ne peut malheureusement s’affranchir. En effet, lorsque la durée du soliton devient inférieure à 100 fs, l’ADRS (non voulu généralement) associé à la propagation du soliton peut dépasser la centaine de nanomètres. Dans ce cas-là, nous ne pouvons plus parler de compression adiabatique à cause de la diminution de l’énergie du soliton intrinsèque à l’effet Raman.
Dans ce chapitre, nous présentons une méthode de conception de fibres optiques topographiques permettant de délivrer un soliton à une longueur d’onde donnée dont la durée est ajustée. Dans ce travail, nous ne considérons pas l’ADRS comme un effet non désirable, mais nous en tirons au contraire bénéfice afin de délivrer des impulsions dont la longueur d’onde est différente de celle de la pompe.