Etude d’un peigne de fréquences généré par effet Raman dans une fibre optique à cœur creux.

Sujets de thèse

Intitulé de la thèse
Etude d’un peigne de fréquences généré par effet Raman dans une fibre optique à cœur creux.
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Physique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Institut de recherche XLIM
UMR CNRS 7252
Université de Limoges
Laboratoire d’accueil : XLIM/PHOTONIQUE

Introduction
Le sujet de thèse proposé repose sur la génération d’un peigne de fréquence généré par effet Raman dans une fibre à cœur creux remplie de gaz.

Présentation de l’équipe de recherche
The Gas-Phase Photonic and Microwave Materials (GPPMM) is a newly established research group of XLIM Research institute. It stems from Prof. Benabid GPPM (Gas-Phase Photonic Materials) research group at the University of Bath which is now transferred with all the laboratory equipments to XLIM on one hand, and from the pre-existing experience and facilities of XLIM in optical fiber on the other hand. The GPPM has been the world pioneering and leading research group on hollow-core PCF and its applications for gas-phase materials based quantum and nonlinear optics. This international leadership is substantiated by a recent report by the Institute of Physics (IOP) and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, UK) on the research of optics and photonics in the United Kingdom, which has ranked Prof. Benabid’s GPPM as a word-leading research group (see footnote1 for the internet link). A further example of this pioneering and leading role was demonstrated during the leading conference in laser and optoelectronic CLEO 2008, Baltimore, US, where the GPPM group contribution to the “symposium on hollow-core photonic crystal fiber” represented 45% of the 20 presented papers. In parallel, XLIM work on photonic crystal fiber has enjoyed an international standing.

Résumé de la thèse en français
La génération de peigne de fréquence optique ultra-large et cohérent est un ingrédient essentiel pour le traitement optique ultra-rapide et le domaine de l’attoscience. Au cours de ces dernières années, des progrès remarquables ont été fait dans la réalisation de large peignes de fréquences optiques. Parmi les techniques qui ont montré de véritables prouesses on compte l’effet de Raman stimulée dans les fibres creuses à cristaux photoniques remplies de gaz. Il est à noter que le peigne est initié de façon intrigante à partir du bruit quantique. Par conséquent, ce peigne offre la possibilité de générer des impulsions non conventionnelles ultra-courtes (atto-seconde). Le projet vise alors à générer un peigne multi-octave allant de l’UV au moyen IR puis d’exploration les relations de phase et d’amplitudes entre les différentes fréquences du peigne. Le projet implique un travail important au niveau (a) de la conception et la de fabrication des HC-PCF; (b) une partie expérimentale et (c) la détection et la caractérisation des impulsions laser ultra-rapide.

Résumé de la thèse en anglais
Ultra-broad coherent optical frequency comb is an essential ingredient for ultra-fast optical processing and attoscience. During the past few years, a huge progress was made in generating such broad optical frequency combs. Among the techniques that have shown exciting promises is stimulated Raman scattering in gas-filled hollow-core photonic crystal fibres. This has the intriguing feature that the comb is initiated from quantum noise. Consequently, this comb offers the prospect of generating non-classical ultra-short (attosecond) pulses. The project aims at generating a multi-octave Raman comb spanning from UV to mid-IR and exploring the phase and amplitude relationship of the comb spectral components. The project entails strong work in (a) HC-PCF design and fabrication; (b) experimental optical set-ups and (c) Ultra-fast laser pulse detection and characterisation.

Description complète du sujet de thèse
Les peignes de fréquences sont des sources optiques qui émettent un faisceau laser composé de plusieurs fréquences réparties périodiquement sur l’intervalle spectral de la source (cf. figure). L’espacement entre chaque fréquence étant constant (d’où l’analogie à un «peigne»), ces sources sont excellentes pour mesurer des fréquences avec une très grande résolution pour des applications de métrologies ou de spectroscopies. De plus, les peignes de fréquence sont les éléments de base pour la génération d’impulsions extrêmement brèves (tel que les sources laser femto-seconde (10-15s), la durée de l’impulsion étant inversement proportionnelle à la largeur du peigne.
Ainsi depuis plusieurs années, de nombreuses études portent sur l’élargissement de ces peignes afin de générer les impulsions les plus brèves. L’état de l’art aujourd’hui peut produire des impulsions aussi courte que quelque centaine d’atto-seconde (atto-seconde =10-18s). L’excitation optique d’un gaz confiné dans le cœur creux d’une fibre optique à cristal photonique permet la génération de fréquence par le processus de diffusion Raman stimulée. Cette technique est extrêmement prometteuse pour la génération de peigne cohérent de fréquences ultra large. De plus, la génération de fréquence étant initiée à partir du bruit quantique, cette propriété originale ouvre de nouvelles perspectives pour la génération non-conventionnelle d’impulsions ultra brèves (atto-seconde).
Le sujet de thèse aura donc pour but la génération expérimentale d’un peigne de fréquence à partir d’une fibre optique à cœur creux remplie d’un gaz, puis la caractérisation et l’étude des propriétés optiques du peigne généré. Cette étude donnera suite à des travaux qui ont été publié par le groupe dans des revues de haut rang (F. Benabid et al., Science 298, pp. 399–402 (2002) / .F. Couny et al., Phys. Rev. Lett. 99, pp. 143903–143904 (2007) / F. Couny et al., Science 318 (2007) / Y.Y. Wang et al., in ECOC 2009 postdeadline paper).
Il est à noter que l’Institut de recherche XLIM dispose d’une expertise reconnue internationalement dans le domaine des fibres optiques dites de nouvelle génération. Les fibres du projet proposé seront ainsi réalisées entièrement au sein de la plateforme fibre d’XLIM qui regroupe en autre deux tours de fibrage à l’état de l’art mondial.

Objectifs scientifiques de la thèse
Le travail demandé comprendra la génération d’un peigne de fréquence extrêmement large (de l’ultra-violet à l’infra-rouge moyen) puis d’étudier ses propriétés. L’accent sera mis sur l’étude des relations (de phase et d’amplitudes) entre les différentes fréquences du peigne.
Le travail demandé comprendra aussi une étude bibliographique, la conception et la fabrication d’une fibre optique à cœur creux remplie d’un gaz, et la démonstration finale d’une telle source.

Compétences à l’issue de la thèse
Les compétences attendues à l’issues de la thèse seront:
– Expertise forte dans le domaine de la génération de peigne de fréquence
– Expertise forte concernant la conception et la fabrication de fibres optiques
– Forte expérience dans la caractérisation des procédés linéaires et nonlinéaires dans les fibres optiques remplies de gaz
– Forte expérience dans la diffusion de la culture scientifique (communications internationales, articles, séminaires, …)
– Forte autonomie

Mots clés (séparés par des virgules)
Laser, Peigne de fréquence, fibre optique, interaction gas/lumière, effet Raman, impulsions optiques ultra-brèves.
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer à l’adresse mail suivante: f.benabid@xlim.fr

Directeur de thèse
F. benabid
Adresse mail du directeur de thèse : f.benabid@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 0555457385

Co-directeur de thèse
F. Gérôme et G. Humbert
Adresse mail du co-directeur de thèse : gerome@xlim.fr et georges.humbert@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 0555457385
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : OUI

Justification du cofinancement LABEX
Sujet qui fait partie de la Chaire attribuée au Pr. Benabid
Thématique LABEX concernée : Thème 2: Composants
Thèse pour Action transverse : OUI

Action transverse concernée et justification
Nouvel axe transverse d’Xlim: GPPMM

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