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
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
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
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 concerne l'étude des effets de propagation subis par des impulsions lumineuses de faible intensité lorsqu'elles se propagent dans des systèmes atomiques soumis à des champs intenses. Nous explorons aussi bien le régime d'impulsions longues que courtes et nous analysons les phénomènes qui se produisent à ces échelles de temps différents. En régime d'impulsions ultracourtes, un système atomique à deux niveaux soumis à un champ intense présente des déplacements lumineux transitoires, et des transitions non adiabatiques se produisent entre ces états. Nous avons étudié une méthode qui permette de sonder en temps réel ces déplacements lumineux en propageant un champ sonde de faible intensité. Les déplacements lumineux enrichissent le spectre de la sonde qui se trouve ainsi modifiée. Un système à deux niveaux peut se comporter alors comme un dispositif de mise en forme et peut induire sur le profil temporel d'une impulsion ultra courte des oscillations à une échelle de temps plus courte que la durée de l'impulsion. Nous montrons aussi qu'en excitant le système avec deux impulsions intenses non résonantes et décalées dans le temps, les effets non adiabatiques peuvent être dépendant de la phase. Ceci conduit à un contrôle très sensible par la phase de la population excitée. Cet effet peut être utilisée pour créer de nouvelles techniques en interférométrie. En régime d'impulsions longues, nous présentons une nouvelle méthode de ralentissement de la lumière qui peut être réalisée dans un système à deux niveaux double interagissant avec deux impulsions de lumière polarisées orthogonalement et se propageant selon des axes différents. La dépendance spatio-temporelle de la polarisation totale induit un réseau dans la cohérence Zeeman du fondamental. Le champ le plus intense (champ de contrôle) est diffracté par ce réseau dans la direction du champ sonde de faible intensité compensant l'absorption de ce dernier. Une fenêtre de transparence est alors créée dans le spectre d'absorption de ce champ conduisant au ralentissement de la lumière. La fenêtre de transparence exhibe alors des caractéristiques similaires à ceux obtenus par la méthode EIT (electromagnetic induced transparency). Toutefois la différence importante avec la méthode EIT est que dans notre cas aucun état noir n'est créé dans le système. Ceci ouvre la voie à la possibilité de ralentir la lumière dans des systèmes plus complexes. D'autre part, quand l'absorption (linéaire) du système est éliminée, la réponse non linéaire devient plus importante. Dans la situation où les champs se propagent dans la même direction et ont même fréquence, deux régimes d'interactions ont été étudiés. Pour de faibles épaisseurs optiques, la susceptibilité effective se comporte comme X line 2iphi avec phi la différence de phase entre champs. Ceci rend alors possible le contrôle de la réponse du milieu par la phase. Le milieu peut se transformer d'un absorbant à un amplificateur avec une dispersion normale ou anormale en ajustant la phase relative phi. En régime de large épaisseur optique, la saturation de la phase se produit et la susceptibilité effective se trouve changée en Xlin*, modifiant un absorbant en un amplificateur sans affecter la réponse dispersive.
Nous nous intéressons dans cette thèse à deux phénomènes optiques pour lesquels l'influence du bruit de mesure est importante. Dans le premier cas, nous analysons comment une caractérisation précise du bruit permet d'estimer le degré de polarisation de la lumière rétrodiffusée par un objet, à partir d'une unique image d'intensité acquise sous éclairement cohérent. En déterminant une borne sur la variance minimale d'estimation (borne de Cramer-Rao), et en comparant les performances de différents estimateurs, nous caractérisons la précision d'une telle méthode d'estimation. En comparant les performances de cette technique aux performances de méthodes plus standard d'estimation du degré de polarisation qui nécessitent plusieurs images polarimétriques, nous discutons le compromis entre la simplification des systèmes d'imagerie polarimétrique et la diminution de la précision d'estimation.Dans la seconde partie de cette thèse, nous étudions comment lesperformances d'une tâche d'estimation de paramètre (estimation dedéplacement d'une image) ou de discrimination entre deux hypothèses peuvent être améliorées en utilisant des lumières sous-poissoniennes qui présentent un niveau de bruit quantique inférieur à celui d'un bruit poissonien standard. Dans ces deux cas, l'étude des bornes statistiques sur les performances de traitement et les résultats des simulations numériques effectuées nous permettent d'analyser le gain en performance que l'on peut espérer obtenir en remplaçant un faisceau poissonien par une lumière de même intensité présentant des fluctuations sous-poissoniennes.
Cette thèse de doctorat porte sur l'étude d'effets optiques non linéaires d’ordres 2 et 3 dans des nanofibres optiques de silice qui sont des fibres optiques étirées jusqu'à atteindre des diamètres de l'ordre de la longueur d'onde.La première application étudiée est la réalisation de convertisseurs de longueur d’onde dans le visible en régime sub-nanoseconde, domaine peu couvert par les sources impulsionnelles actuelles. Le principe de ces convertisseurs repose sur la diffusion Raman stimulée dans le champ évanescent d’une nanofibre optique de silice baignée dans un liquide. En définissant et optimisant leur domaine de fonctionnement, nous avons atteint des efficacités de conversion externes de l'onde de pompe à 532 nm vers le premier ordre Stokes de l'éthanol à 630 nm proches de 60%. Les performances de nos convertisseurs sont très répétables et ouvrent la voie à une nouvelle famille de convertisseurs de longueur d'onde très compacts, efficaces, fiables et entièrement fibrés.La seconde application visée concerne l'étude d'une source de paires de photons corrélés émettant autour de 1,5 μm pour les télécommunications quantiques. Notre source est basée sur le mécanisme de fluorescence paramétrique à la surface d’une nanofibre optique de silice. Dans l'accord de phase modal étudié, l'onde de pompe est émise sur le mode TM01 à 775 nm et les paires de photons corrélés sont générées autour de 1,5 microm sur le mode fondamental HE11, avec l'avantage de pouvoir se recoupler avec un minimum de pertes dans un réseau fibré. Nos études ont principalement porté sur le choix de la fibre standard permettant d'optimiser l'efficacité du mécanisme, la conception de la nanofibre et de ses tapers ainsi que la mise en place d'expériences préliminaires pour l'excitation de modes d'ordre supérieur.
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.