Nous présentons une technique permettant de réaliser un contrôle extensif et très souple de la vitesse de groupe de signaux se propageant dans une fibre optique. Ce contrôle, directement piloté par une source lumineuse, est effectué par le truchement de gains ou de pertes générés dans la fibre par diffusion Brillouin stimulée. Nos résultats montrent que des vitesses de groupe inférieures à 71'000 km/s d’une part, dépassant la vitesse de la lumière dans le vide d’autre part, et même des vitesses négatives, ont pu être obtenues à l’aide d’un simple montage tenant sur une table optique.
Nous présentons une technique permettant de réaliser un contrôle extensif et très souple de la vitesse de groupe de signaux se propageant dans une fibre optique. Ce contrôle, directement piloté par une source lumineuse, est effectué par le truchement de gains ou de pertes générés dans la fibre par diffusion Brillouin stimulée. Nos résultats montrent que des vitesses de groupe inférieures à 71'000 km/s d’une part, dépassant la vitesse de la lumière dans le vide d’autre part, et même des vitesses négatives, ont pu être obtenues à l’aide d’un simple montage tenant sur une table optique.
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.
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.
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
Ralentissement de la lumière dans un cristal photoréfractif SPS La lumière lente est le domaine scientifique qui s’intéresse aux processus non linéaires quipeuvent réduire la vitesse du groupe d’une impulsion lumineuse lorsqu’elle se propage dansun milieu. Cette technologie a récemment suscité un grand intérêt pour ses larges domainesd’application tels que le router optique, la photonique non linéaire et la spectroscopie.L’efficacité des systèmes à lumière lente est généralement mesurée par deux paramètresclés : le retard ou la vitesse du groupe et la bande passante de l’impulsion lumineuse desortie. Ce dernier est défini par le retard dit fractionnel qui est le rapport entre le retardet la largeur de l’impulsion de sortie. Un système de lumière lente dit efficace lorsqu’ilest capable de ralentir les courtes impulsions lumineuses, tout en maintenant une valeurimportante du retard fractionnel (FD).Au cours des dernières années, de nombreuses études du ralentissement de la lumière ontété réalisées dans plusieurs matériaux dispersifs à différentes longueurs d’onde. En fait, desvitesses de groupe inférieures à 17 m/s[1] ont été mesurées expérimentalement par Hau etal. dans un gaz atomique en utilisant la Transparence Induite Electromagnétiquement.Plus récemment, la décélération de la vitesse de groupe a été également observée avec succèsdans des matériaux à l’état solide tels que les fibres optiques [2], les cristaux photoniques[3]. D’autre part, plusieurs études ont montré que les cristaux photoréfractifs peuventégalement réduire la vitesse de propagation de la lumière à température ambiante. En effet,la plus petite vitesse du groupe de 0, 025 cm/s a été obtenue en utilisant l’enregistrementdes réseaux d’indice de réfraction dans le cristal photoréfractif BaTiO3[4]. Cette méthodeconsiste à coupler un faisceau pompe continu et une sonde pour augmenter la dispersionde l’indice de réfraction et générer un gain photoréfractif ainsi le ralentissement de lasonde à la sortie du cristal. Cependant, cette petite vitesse est souvent accompagnéed’une distorsion de l’impulsion de sortie, ce qui réduit la valeur du retard fractionnel (parexemple, un FD de l’ordre de 0, 4 a été mesuré dans [4]).Cette thèse porte sur l’étude de différentes méthodes qui permettent, en plus du ralentissementde la lumière, de limiter la distorsion de l’impulsion dans les milieux photoréfractifs.Tout d’abord, en utilisant la méthode TWM, le cristal SPS avec un temps de réponse de10 ms peut ralentir les impulsions lumineuses ou sombres de l’ordre de ms. Il est démontréque la valeur du retard et la largeur de l’impulsion transmise peuvent être contrôlées parle gain photoréfractif et la durée de l’impulsion d’entrée. En améliorant la configurationdu TWM, nous mesurons un retard fractionnaire de 0, 79 et 1 respectivement pour lesimpulsions lumineuses et sombres de durées proches du temps de réponse du cristal. Lecoma photoréfractive ou le « beam fanning » a également été utilisé pour ralentir lalumière dans le cristal photoréfractif. Le couplage du fanning avec l’impulsion d’entréeentraîne à la fois la modulation des réseaux d’indice de réfraction et le ralentissement del’impulsion de sortie à différentes longueurs d’onde.La lumière lente avec le TWM et le fanning peut être observée pour des impulsions longues,typiquement pour des impulsions de l’ordre de la ms à la seconde. En d’autres termes,seules les impulsions dont les durées sont proches du temps de réponse du cristal qui sontralenties. Dans cette thèse, nous montrons pour la première fois que l’utilisation du TWMen régime impulsionnel et un laser à haute intensité peut réduire le temps de réponsephotoréfractif du cristal et le ralentissement d’une impulsion plus courte (d’une largeur dens). Les résultats obtenus dans un cristal PR d’épaisseur 1 cm sont comparables à ceuxréalisés dans un 1 km de fibre optique pour les mêmes durées d’impulsions.
Dans le cadre de l’étude expérimentale des états quantiques intriqués de particules uniques, il est nécessaire de développer des systèmes compacts, robustes et polyvalents. Motivés par la miniaturisation, la stabilité et la flexibilité apportées par les fibres optiques, nous présentons deux expériences où les fibres optiques servent d’interfaces pour piéger des atomes uniques et collecter les photons uniques émis. Dans un premier temps, en combinant une fibre optique monomode avec une lentille asphérique, un faisceau dipolaire permet de piéger un atome de rubidium unique par blocage collisionnel. Le refroidissement et le taux de pertes par collisions assistées par la lumière dans le piège dipolaire sont augmentés via une modulation de l’intensité du faisceau dipolaire dont l’effet sur la durée de vie de l’atome est expliqué. Une source fibrée de photons uniques à la demande est obtenue avec ce dispositif, produisant des photons dans un mode spatial et temporel à priori bien défini. Dans un second temps, nous présentons la conception d’une expérience couplant optimalement une chaîne d’atomes uniques piégés à une cavité Fabry-Pérot fibrée combinée avec une lentille à forte ouverture numérique pour imager et adresser les atomes individuellement. Un dispositif d’ablation laser de précision submicrométrique est alors construit pour réaliser et analyser in situ les formes de miroirs voulues à l’extrémité des fibres optiques. Nous présentons ensuite les cavités fibrées doublement résonantes avec une biréfringence contrôlée réalisées. Nous décrivons également le système expérimental construit pour la production rapide d’un nuage d’atomes froids et leur transport vers la cavité.
Dans le cadre de l’étude expérimentale des états quantiques intriqués de particules uniques, il est nécessaire de développer des systèmes compacts, robustes et polyvalents. Motivés par la miniaturisation, la stabilité et la flexibilité apportées par les fibres optiques, nous présentons deux expériences où les fibres optiques servent d’interfaces pour piéger des atomes uniques et collecter les photons uniques émis. Dans un premier temps, en combinant une fibre optique monomode avec une lentille asphérique, un faisceau dipolaire permet de piéger un atome de rubidium unique par blocage collisionnel. Le refroidissement et le taux de pertes par collisions assistées par la lumière dans le piège dipolaire sont augmentés via une modulation de l’intensité du faisceau dipolaire dont l’effet sur la durée de vie de l’atome est expliqué. Une source fibrée de photons uniques à la demande est obtenue avec ce dispositif, produisant des photons dans un mode spatial et temporel à priori bien défini. Dans un second temps, nous présentons la conception d’une expérience couplant optimalement une chaîne d’atomes uniques piégés à une cavité Fabry-Pérot fibrée combinée avec une lentille à forte ouverture numérique pour imager et adresser les atomes individuellement. Un dispositif d’ablation laser de précision submicrométrique est alors construit pour réaliser et analyser in situ les formes de miroirs voulues à l’extrémité des fibres optiques. Nous présentons ensuite les cavités fibrées doublement résonantes avec une biréfringence contrôlée réalisées. Nous décrivons également le système expérimental construit pour la production rapide d’un nuage d’atomes froids et leur transport vers la cavité.