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Submitted on 16 Jul 2019
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Dualité temps-espace dans la propagation de la lumière
Christophe Finot, Frederic Chaussard, Julien Fatome, Herve Rigneault
To cite this version:
Christophe Finot, Frederic Chaussard, Julien Fatome, Herve Rigneault. Dualité temps-espace dans la propagation de la lumière. 25ème congrès général de la Société Française de Physique, Jul 2019, Nantes, France. 2019. �hal-02176106�
Dualité temps-espace dans la propagation de la lumière, quelques nouveaux exemples
Christophe Finot 1 , Frédéric Chaussard 1 , Julien Fatome 1 et Hervé Rigneault 2
Contact : christophe.finot@u-bourgogne.fr
Références des travaux
Introduction
L’optique ondulatoire est souvent enseignée à travers ses manifestations dans le domaine spatial : motifs d’interférence, figures de diffraction, propagation en espace libre... En exploitant le domaine de Fourier, il est possible de dresser une analogie formelle entre la diffraction 1D de la lumière et la dispersion subie par impulsion ultrabrève. Cela a permis la transposition de solutions connues de l’optique spatiale à l’optique temporelle [1,2]. Ainsi, régie par une phase quadratique, la lentille temporelle copie la lentille traditionnelle et a permis ainsi d’imaginer expérimentalement de nouvelles approches de caractérisation d’impulsions ultrabrèves.
Dans cette contribution, nous présenterons d’autres configurations où cette analogie peut être mise à profit en se basant sur l’utilisation de fibres optiques.
Ainsi, à partir de modèles simples, nous discuterons d’interféromètres temporels de Fresnel ou de Billet [4], d’un analogue temporel à la tâche d’Arago [6], de lentilles temporelles lenticulaires [5] ou bien encore de réseaux temporels dispersifs [3]. Ces différents exemples seront illustrés par différentes expériences menées dans un laboratoire de télécommunications optiques.
[1] V. Torres-Company, J. Lancis, and P. Andrés, "Chapter 1 - Space-Time Analogies in Optics," in Progress in Optics, W. Emil, ed. (Elsevier, 2011), pp. 1-80.
[2] R. Salem, M. A. Foster, and A. L. Gaeta, "Application of space-time duality to ultrahigh-speed optical signal processing," Advances in Optics and Photonics 5, 274-317 (2013).
[3] C. Finot and H. Rigneault, "Experimental observation of temporal dispersion gratings in fiber optics," J. Opt. Soc. Am. B 34, 1511-1517 (2017).
[4] F. Chaussard, H. Rigneault, and C. Finot, "Two-wave interferences space-time duality: Young slits, Fresnel biprism and Billet bilens," Opt. Commun. 397, 31-38 (2017).
[5] J. Nuno, C. Finot, and J. Fatome, "Linear Sampling and Magnification Technique Based on Phase Modulators and Dispersive Elements: the Temporal Lenticular Lens," Opt. Fiber Technol. 36, 125-129 (2017).
[6] C. Finot and H. Rigneault. “Arago spot formation in the time domain”. 2019.
Tout comme la modulation spatiale périodique due à un réseau donne des ordres de diffraction très prononcés et caractéristiques, une modulation temporelle périodique de l’intensité et/ou de la phase va conduire à une
séparation des composantes via la dispersion.
L’utilisation d’une modulation temporelle sinusoïdale permet
d’amplifier sans bruit un signal tout en l’échantillonnant. Il est possible de recréer un analogue temporel 1D de la tâche d’Arago spatiale
qui a tenu un rôle important dans l’acceptation des théories de Fresnel.
Evolution 1D diffractive de la lumière :
les interféromètres à deux ondes
la tache temporelle
d’Arago la lentille
lenticulaire temporelle
le réseau dispersif
Les interférences lumineuses habituellement observées dans le domaine spatial peuvent être transposées dans le domaine temporel grâce à des signaux modulés en intensité et phase.
L’évolution spatiale liée à la diffraction de Fresnel est identique
à l’évolution temporelle induite par la dispersion des vitesses de groupe.
DIFFRACTION
1- Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS-Université de Bourgogne Franche-Comté, Dijon 2- Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille, Institut Fresnel UMR 7249, Marseille
220
1 2
a a
i z k x
2
2 2
1 2
a a
i z t
Evolution dispersive de la lumière :
DISPERSION
2
2
z coordonnées longitudinale a champ optique
x coordonnée transverse t coordonnée temporelle
entrée sortie
Temps t (ns)
Intensité (unité arb.) évolution spatiale
tache d’Arago 1D exp.
exp.
anal.
num.
exp.
fentes d’Young
biprisme de Fresnel
bilentille de Billet
Temps (ps)
Distance de propagation (km) fentes d’Youngbiprismede Fresnelbilentillede Billet