Grace a un coupleur a prisme, l'excitation resonnante d'ondes electromagnetiques qui peuvent se propager dans un guide d'onde non lineaire conduit a un phenomene de bistabilite optique. Les conditions de l'existence d'un tel cycle sont ennoncees. Mise au point d'un dispositif experimental pour comparer la theorie a la pratique, base sur un guide d'ondes planaire realise par la technique de l'echange ionique. On utilise le cristal liquide mbba en phase nematique comme materiau non lineaire
Grace a un coupleur a prisme, l'excitation resonnante d'ondes electromagnetiques qui peuvent se propager dans un guide d'onde non lineaire conduit a un phenomene de bistabilite optique. Les conditions de l'existence d'un tel cycle sont ennoncees. Mise au point d'un dispositif experimental pour comparer la theorie a la pratique, base sur un guide d'ondes planaire realise par la technique de l'echange ionique. On utilise le cristal liquide mbba en phase nematique comme materiau non lineaire
Cette these presente l'etude et la realisation d'un dispositif entierement optique originel, permettent d'obtenir des commutations ultrarapides. Ce dispositif met a profit l'excitation de modes guides d ns une couche mince non-lineaire, equivalente a un systeme resonnant de grande finesse. On fait une etude theorique des dispositifs bistables optiques resonnants, qui prend en compte, d'une facon complete au premier ordre, les variations locales d'indice de refraction dans le milieu non lineaire, pour un resonateur de grande finesse. On peut ainsi prevoir les grandeurs caracterisant le dispositif, comme le seuil de bistabilite, d'une facon comparable a la methode dite du champ moyen, mais avec une bien meilleure precision. La theorie, faite pour un dispositif plan, est etendue au cas d'un systeme couple par reseau. On decrit la realisation d'un dispositif constitue d'un guide d'onde non lineaire en silicium epitaxie sur saphir, et notamment la gravure en surface d'un reseau de diffraction au pas de 0,33 um, par une methode photolithographique. La presence d'ondes stationnaires dans l'epaisseur de la resine, deposee sur le silicium, peut conduire a de fortes variations d'exposition dans la resine et donc a de fortes fluctuations de la profondeur de modulation du reseau de silicium obtenu ensuite par gravure ionique. Une etude du dispositif ete realisee en regime lineaire pour determiner les caracteristiques des modes TE et TM du guide realise. Puis l'etude a ete effectuee en regime non lineaire, en utilisant des excitations lumineuses de 20 ns de duree ; elle a demontre la possibilite d'obtenir des commutations tres contrastees bien plus rapides que la nanoseconde.
Ce memoire presente une contribution a la recherche de nouveaux milieux non-lineaires pour l'optique quantique. L'objectif final consiste a pouvoir controler les fluctuations quantiques d'un faisceau laser au moyen d'un dispositif de mesure quantique-non-destructif (qnd). Une etude experimentale a ete effectuee concernant les proprietes quantiques des diodes laser, puisque l'utilisation de ces dernieres, comme faisceaux de signal et de mesure couples par un dispositif qnd, a ete envisagee. On montre que leurs fluctuations quantiques d'intensite peuvent etre reduites en dessous du bruit de photon a temperature ambiante, mais qu'un large exces de bruit de phase subsiste dans tous les cas, ce qui empeche leur utilisation immediate dans une experience interferometrique sensible au bruit quantique. Un piege magneto-optique d'atomes de rubidium alimente par un jet atomique ralenti par laser est realise experimentalement. Nous mettons en evidence un couplage classique entre deux faisceaux laser pompe et sonde, au moyen du milieu d'atomes pieges, qui est un milieu resonnant pour lequel l'elargissement doppler est negligeable devant la largeur naturelle de l'etat excite. Afin d'exalter les non-linearites obtenues et permettre un couplage sensible aux fluctuations quantiques des deux faisceaux, les atomes pieges sont entoures d'une cavite interferometrique. Divers regimes de bistabilite a un faisceau sont mis en evidence. Nous etudions enfin comment la perturbation provenant des faisceaux de piegeage peut etre contournee en realisant, par controle du pompage optique, un mode de fonctionnement sombre du piege pour lequel la majeure partie de la population atomique se trouve sur un niveau qui n'est pas couple a ces faisceaux .
Le travail réalisé au cours de cette thèse est centré sur la conception et la caractérisation de générateurs de triplets de photons par processus optiques non linéaires. Ces triplets forment un nouvel état de la lumière où les trois photons peuvent être intriqués et conduire à des protocoles d'information quantique efficaces. Les travaux pionniers de l'équipe ont porté sur un générateur de triplets en accord de phase par biréfringence basé sur un cristal massif en régime bi-stimulé. L’objectif aujourd'hui est de tendre vers le régime spontané. Deux nouvelles technologies ont alors été considérées : d'une part les guides d’onde monocristallins en accord de phase et taillés en arête, et d'autre part les cristaux à domaines ferroélectriques inversés quasi-périodiquement pour une cascade de processus en quasi-accord de phase. La caractérisation optique non linéaire complète de tels dispositifs a été réalisée
Les travaux presentes dans ce memoire portent sur la realisation experimentale d'operations photoniques ultra rapides basees sur l'exploitation de la propagation de solitons spatiaux et leurs interactions dans les milieux homogenes a non-linearite optique de kerr, et sur de nouvelles utilisations de non-linearite d'ordre deux en regime de somme et difference de frequences degenerees. J'ai presente les resultats de la premiere mise en evidence experimentale de la deflexion d'un signal faible par collision et guidage de solitons spatiaux pour realiser une operation elementaire de demultiplexage temporel par solitons spatiaux. Je me suis interesse a l'exploitation des interactions parametriques survenant lors de la propagation dans les cristaux a non-linearite quadratique. Avec un cristal de ktp, le desaccord de phase permet de moduler en phase un signal harmonique faible en fonction de l'intensite du faisceau pompe a la frequence double. J'ai propose une configuration qui met a profit ce phenomene en realisant une porte tout-optique. J'ai mis en evidence pour la premiere fois qu'un doublage de frequence avec accord de phase de type ii pour lequel les composantes ordinaires et extraordinaires du champ incident sont desequilibrees, conduit en sortie a une polarisation dont l'orientation depend de l'intensite. Sur ce principe, j'ai realise un transistor optique original et un dispositif avec une transmission dependante de l'intensite. Un cristal taille pour l'accord de phase de type ii permet egalement de realiser une porte tout optique basee sur l'amplification parametrique. Cette porte permet aussi de realiser une conjugaison de phase et une deflexion d'un faisceau signal
La propagation de lumière dans un réseau de guides s'effectue par couplages successifs et diffère ainsi fortement de la propagation en milieu libre. De plus, il existe, entre le formalisme du couplage optique décrivant cette propagation, de grandes similarités avec l'équation de Schrödinger. Nous utilisons ces similarités pour réaliser, dans des structures optiques composées de guides d'ondes, des analogies à des phénomènes quantiques. Les guides d'ondes sont analogues à des niveaux discrets d'énergie tandis que les constantes de couplage entre les guides sont analogues aux fréquences de Rabi des pulses laser couplant ces niveaux d'énergie. Pour la démonstration de ces analogies riches d'enseignement et potentiellement attractives pour des applications, il est intéressant de pouvoir disposer de structures optiques polyvalentes pouvant être reconfigurées. Notre approche est basée sur la réalisation de ces structures par la technique d'illumination latérale développée au laboratoire. Contrairement à la majorité des techniques d'inscriptions classiques (CVD, échange d'ions, inscription par laser femtoseconde, etc.) qui conduisent à des structures fixes et très difficilement modifiables, cette technique donne des structures reconfigurables. Elle consiste en l'éclairement contrôlé d'un cristal photoréfractif soumis à un champ électrique, permettant d'inscrire des guides grâce à la photo-conductivité du matériau et à l'effet Pockels. Dès lors, nous montrons qu'il est possible de réaliser au sein du même cristal, différentes structures de réseaux de guides, de design, périodicités et contrastes d'indice différents. Nous mettons ensuite à profit ces différents résultats pour la démonstration d'analogies à des effets quantiques. En premier lieu nous démontrons un transfert adiabatique de lumière similaire au phénomène de STIRAP ("STImulated Raman Adiabatic Passage"). La lumière, couplée à l'entrée dans un guide, est transférée à un guide de sortie éloigné, à travers plusieurs guides intermédiaires (jusqu'à neuf) si les constantes de couplage sont modulées longitudinalement dans un ordre dit "contre-intuitif". Nous utilisons ensuite ce transfert adiabatique de lumière pour la réalisation d'un diviseur de faisceau multi-ports, dont les ratios d'intensité dans les ports de sorties sont déterminés par le rapport des constantes de couplage de la structure. Nous démontrons également que ce diviseur de faisceau est très robuste et très largement achromatique sur plus de 200 nm. Puis, nous réalisons une analogie au phénomène d'EIT ("Electromagnetically Induced Transparency") dans une structure optique composée de trois guides. La présence d'un troisième guide très proche du deuxième empêche tout transfert de lumière depuis le premier guide qui devient alors "transparent". Enfin, en créant un désaccord dans les constantes de propagation longitudinale des trois guides, le transfert de lumière peut être réactivé pour deux valeurs particulières du désaccord, similairement à l'effet quantique Autler-Townes
L’objectif d'un dispositif de mesure QND est de controler l'action en retour, imposee par la mecanique quantique, qui se produit sur un systeme soumis a une mesure. Il est, en effet, possible de rejeter cette perturbation entierement sur l'observable complementaire de celle mesuree, laissant cette derniere inchangee. Nous presentons ici, de maniere detaillee, un ensemble de criteres quantitatifs permettant d'evaluer les performances d'un dispositif mesurant l'intensite d'un faisceau lumineux. Ces criteres permettent en particulier de separer clairement des domaines classique et quantique de fonctionnement d'un tel dispositif. La premiere experience realisee utilise le couplage par effet Kerr croise de deux faisceaux laser dans un milieu non lineaire. Ce milieu est compose d'un jet atomique de sodium place dans une cavite optique doublement resonnante. Nous avons effectue une analyse theorique complete des proprietes de bruit quantique d'un tel systeme. Nous avons identifie un regime de parametres, base sur des effets de deplacement lumineux, pour lequel il existe un transfert efficace d'information du faisceau incident vers la voie de mesure, sans degradation appreciable du signal. Ces previsions theoriques ont ensuite ete verifiees dans notre experience. Nous presentons egalement une deuxieme experience utilisant la detection puis la reemission de la lumiere par des composants optoelectroniques a semi-conducteur. Nous montrons que lorsque les taux de conversion photon-electron pour les photodiodes et electron-photon pour les diodes electroluminescentes sont proches de l'unite, ce dispositif permet de mesurer puis de recreer les fluctuations quantiques du faisceau incident. La demonstration de principe que nous avons realisee laisse presager des applications possibles dans le domaine des reseaux de telecommunication optique.