La capacité de la lumière ralentie pour créer des lignes de retard tout-optiques a été fortement remise en question par des évidences expérimentales et le renforcement de nos connaissances théoriques. Nous montrerons que de nouvelles approches implantables dans les fibres optiques, à la fois conceptuellement plus simples et considérablement plus performantes, offrent des perspectives beaucoup plus prometteuses. Par contre, la lumière lente offre encore un énorme intérêt pour le renforcement des interactions entre lumière et matière, dans le but de réaliser des dispositifs photoniques plus compacts et plus efficaces. Ces recherches ont par ailleurs démontré qu'il n'existe pas un type de lumière lente, mais deux aux propriétés et aux usages radicalement différents. Nous expliquerons et illustrerons ces différences à l'aide de résultats fondamentaux récents simples et démonstratifs, soulignant la vigueur de la recherche dans ce domaine encore en plein défrichement.
La capacité de la lumière ralentie pour créer des lignes de retard tout-optiques a été fortement remise en question par des évidences expérimentales et le renforcement de nos connaissances théoriques. Nous montrerons que de nouvelles approches implantables dans les fibres optiques, à la fois conceptuellement plus simples et considérablement plus performantes, offrent des perspectives beaucoup plus prometteuses. Par contre, la lumière lente offre encore un énorme intérêt pour le renforcement des interactions entre lumière et matière, dans le but de réaliser des dispositifs photoniques plus compacts et plus efficaces. Ces recherches ont par ailleurs démontré qu'il n'existe pas un type de lumière lente, mais deux aux propriétés et aux usages radicalement différents. Nous expliquerons et illustrerons ces différences à l'aide de résultats fondamentaux récents simples et démonstratifs, soulignant la vigueur de la recherche dans ce domaine encore en plein défrichement.
La lumiere lente, qui correspond au controle de la vitesse de propagation de la lumiere par dispersion guide ou materiau du milieu considere, est une fonction photonique « cle » pour le developpement des futures generations de reseaux de communication optique : ligne a retard, synchronisation temporelle de paquets optiques, memoires tampon. Les resonances associees aux diffusions Raman et Brillouin ou a l'amplification parametrique dans les fibres optiques ont ete proposees pour le ralentissement de la lumiere. Il resulte de la courbe de gain une variation brutale de l'indice de refraction autour de la frequence de resonance, phenomene physique exprime au travers des relations de Kramers-Kronig. Cette transition rapide engendre une forte variation de l'indice de groupe au travers du milieu considere. Les resultats publies precedemment ont principalement concerne des signaux lents et plus rarement des signaux a haut-debit (> 10 Gb/s) plus proches des applications aux telecommunications optiques. Dans cette these, nous utilisons le processus parametrique bande etroite et le phenomene de diffusion Brillouin stimulee (SBS) large bande dans les fibres afin de realiser des lignes a retard ajustables pour des signaux a 10 Gb/s. Les performances de la lumiere ralentie seront evaluees en mesurant le temps de retard maximum, la qualite du signal retarde par l'ouverture de l’oeil et le taux d'erreur binaire (BER), ainsi que l'optimisation du signal en reduisant au minimum les distorsions induites par la lumiere lente.
Cette thèse a pour thème le processus physique de ralentissement de la lumière induit par amplification paramétrique vectorielle dans les fibres optiques biréfringentes. Notre première étude porte sur la lumière lente induite par amplification paramétrique vectorielle dans les fibres fortement biréfringentes. Contrairement au processus scalaire, nous montrons théoriquement que le processus vectoriel offre la possibilité de créer des bandes de gain paramétrique étroites et éloignées de la pompe, permettant de générer des retards optiques très importants, un ordre de grandeur supérieurs à ceux obtenus en amplification paramétrique scalaire. Des résultats analytiques et issus de simulations numériques dans le cas de dispersion normale ainsi que dans le cas de dispersion anormale sont présentés. Ensuite, nous discutons des principales limitations au retard optique (élargissement de l’impulsion pompe notamment) et nous étudions l’influence positive de l’effet Raman sur le retard optique. Notre seconde étude est consacrée à la lumière lente induite par amplification paramétrique dans les fibres faiblement biréfringentes. Nous traitons l’ensemble des configurations possibles d’instabilité de polarisation selon l’état initial de polarisation de l’impulsion pompe et du régime de dispersion. Nous démontrons clairement que la configuration correspondant à une impulsion pompe polarisée suivant l’axe lent de la fibre et une impulsion signal polarisée suivant l’axe rapide en régime de dispersion normale donne des retards optiques les plus important
Les récents progrès de la physique quantique en matière de manipulations d'objets quantiques individuels et/ou collectifs promettent une révolution dans les domaines de la communication, de la métrologie, de l'informatique et de la simulation. Plus spécifiquement, l'avènement des nouvelles technologies quantiques repose sur la génération, la manipulation et le contrôle d'états quantiques tels que l'intrication. Découverte il y a plus de 30 ans, la lumière comprimée s'est imposée comme un outil de choix pour la mise en œuvre des technologies quantiques, mais son utilisation souffre encore aujourd'hui d'un manque crucial de compacité, freinant ainsi la croissance de certaines réalisations en photonique quantique.Pour pallier ce problème, nous avons développé une plateforme photonique compacte de génération et de détection de lumière comprimée aux longueurs d’ondes des télécommunications. Elle repose sur le mariage entre les composants à fibre optique standards à 1550 nm et de l'optique intégrée sur niobate de lithium (LiNbO3), permettant d'obtenir un montage compact, facilement reconfigurable sans qu'aucun alignement ne soit nécessaire (plug-and-play). Grâce à cette approche, nous avons pu mesurer jusqu’à -2 dB de compression pour une puissance de pompe continue de 40 mW, ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de systèmes compacts de variables continues en dehors du cadre des laboratoires.Afin de mieux comprendre les limites de notre système expérimental, nous nous sommes également intéressés aux propriétés photoréfractives du niobate de lithium, c'est-à-dire à la variation de son indice optique en fonction de l'intensité lumineuse qui le traverse. En régime de variables continues, là où les puissances optiques peuvent être relativement élevées, ces effets peuvent durablement affecter le fonctionnement des circuits photoniques intégrés sur LiNbO3. Pour cette raison, une étude précise de la photoréfraction a également été accomplie afin d’optimiser la génération et la détection de la lumière comprimée sur puce LiNbO3.
Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact considérable de désordre aléatoire sur le transport de la lumière lente dans les guides à cristaux photoniques 1D, c'est-à-dire la localisation de la lumière. Les mesures en champ proche, les simulations statistiques et le modèle théorique révèlent l'existence d'une limite inférieure de l’extension spatiale des modes localisés. Nous avons également présenté que le niveau de désordre et l’extension spatiale de mode localisé individuelle sont liés par la masse effective de photons plutôt que la vitesse de groupe considérant en général.Deuxièmement, les systèmes hybrides d'atomes froids et des guides à cristaux photoniques ont été reconnus comme un approche prometteuse pour l'ingénierie grande interaction lumière-matière au niveau des atomes et des photons individuels. Dans cette thèse, nous avons étudié la physique, à savoir le transport de la lumière dans des guides de nanophotonique périodiques couplées à des atomes à deux niveaux. Notre expression semi-analytique développée est générale et peut rapidement caractériser le couplage entre les atomes froids et les photons guidées. Pour surmonter les difficultés techniques considérables existent dans les systèmes hybrides atomique et photonique, nous avons conçu un guide nanophotonique qui supporte un mode de Bloch lente guidée avec grande queue évanescente dans l'espace libre pour les atomes froids de piégeage. Pour adapter précisément la région de fréquence de la lumière lente du mode guidé à la ligne de transition atomique, nous avons conçu la bande photonique et de la courbe de dispersion du mode guidé afin que la force de l'interaction est robuste contre imprévisible fabrication imperfection.
Un des domaines actifs de l'optique intégrée appliquée aux communications optiques est la recherche d'un registre optique reconfigurable. Le registre idéal doit retarder des impulsions lumineuses de façon appréciable sur une bande spectrale suffisamment large pour ne pas les filtrer. Différentes approches prometteuses ont été démontrées expérimentalement elles reposent la plupart du temps sur des effets non-linéaires comme l'effet Brillouin dans les fibres ou la conversion de fréquence. Une approche alternative consiste à utiliser les résonances de structures artificielles comme celles des microcavités à modes de galerie ou à cristaux photoniques. Si l'on considère une microcavité unique, ce type d'approche est très limité d'un point de vue retard/bande passante. En se bornant au cas le plus favorable du résonateur sans perte, le retard induit possède une forme Lorentzienne, cette forme de résonance impose de très fortes dispersions d'ordres élevés. Cela se résume de la manière suivante : une impulsion Gaussienne de durée T0 ne peut être retardée que d'une quantité maximale tmax=T0/ln2. Pour un tel système, à un seul résonateur passif, un peu moins d'un bit peut être temporairement stocké de cette manière, ce qui est très faible. Une façon d'augmenter le retard consiste à cascader ou coupler une série de résonateurs identiques afin de cumuler du retard. Dans ce cas une optimisation du couplage permet également d'annuler les ordres élevés de dispersion. Une méthode radicalement différente a été proposée dans les structures de résonateurs couplés afin de rendre le système reconfigurable. Le principe de cette méthode consiste à utiliser un système de résonateurs couplés à deux états : le premier, large bande permet d'accepter des impulsions très courtes, le second très résonant permet de retarder les impulsions. Une fois l'impulsion lumineuse piégée dans le premier état le système est commuté dans l'état résonant ce qui permet de retarder l'impulsion de manière arbitrairement longue en évitant toute déformation du signal. Dans cette communication nous montrerons de manière théorique qu'en utilisant la modulation du gain de résonateurs actifs à la place d'effets électro-optiques, il est possible de limiter le nombre de microrésonateurs nécessaires tout en éliminant les pertes. Nous montrerons également que ce type de dispositif pourrait présenter un intérêt pour la compensation de dispersion reconfigurable et l'optique non-linéaire à très faible puissance optique.
Cette thèse a pour thème le processus physique de ralentissement de la lumière induit par amplification paramétrique vectorielle dans les fibres optiques biréfringentes. Notre première étude porte sur la lumière lente induite par amplification paramétrique vectorielle dans les fibres fortement biréfringentes. Contrairement au processus scalaire, nous montrons théoriquement que le processus vectoriel offre la possibilité de créer des bandes de gain paramétrique étroites et éloignées de la pompe, permettant de générer des retards optiques très importants, un ordre de grandeur supérieurs à ceux obtenus en amplification paramétrique scalaire. Des résultats analytiques et issus de simulations numériques dans le cas de dispersion normale ainsi que dans le cas de dispersion anormale sont présentés. Ensuite, nous discutons des principales limitations au retard optique (élargissement de l’impulsion pompe notamment) et nous étudions l’influence positive de l’effet Raman sur le retard optique. Notre seconde étude est consacrée à la lumière lente induite par amplification paramétrique dans les fibres faiblement biréfringentes. Nous traitons l’ensemble des configurations possibles d’instabilité de polarisation selon l’état initial de polarisation de l’impulsion pompe et du régime de dispersion. Nous démontrons clairement que la configuration correspondant à une impulsion pompe polarisée suivant l’axe lent de la fibre et une impulsion signal polarisée suivant l’axe rapide en régime de dispersion normale donne des retards optiques les plus important