Slow Light in a SPS Photorefractive Crystal

Abstract

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.