Propagation optique et milieu amplificateur désordonné

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Propagation optique et milieu amplificateur désordonné
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : non connu à ce jour
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Physique
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
XLIM Limoges
Laboratoire d’accueil : XLIM/PHOTONIQUE

Présentation de l’équipe de recherche
Ce travail de thèse sera réalisé au sein de l’équipe «Systèmes lasers» du département Photonique d’XLIM.Le nouveau doctorant viendra renforcer les activités de recherche sur le contrôle de l’émission laser dans des architectures à couplage de modes, d’une équipe actuellement constituée de 3 chercheurs/enseignants-chercheurs et deux doctorants.

Résumé de la thèse en français
Ce sujet de thèse traite de l’amplification par fibre optique d’impulsions nanosecondes à haute énergie. Il s’agit de maîtriser la propagation dans une fibre active à gros cœur fortement multimodale par pré-compensation du front d’onde pour assurer à la sortie un mode spatial à faible divergence transportant des impulsions énergétiques. Par ailleurs, le contrôle spatial offre des fonctionnalités multiples en permettant d’adresser individuellement les modes de la fibre ou en les cophasant pour produire en sortie des profils en intensité ajustables et variés. Au-delà de l’application, ces travaux ont pour objectif d’explorer le domaine de la propagation des ondes optiques dans les milieux amplificateurs désordonnés. En effet, le champ en sortie d’une fibre multimodale possède une structure complexe appelée speckle s’apparentant à la structure observée en aval d’un objet diffusant, cette structure étant définie par les modes du milieu désordonné considéré. Alors que de nombreuses études ont été réalisées avec des milieux sans gain notamment dans le cadre de l’imagerie ou de la focalisation à travers les milieux diffusants (par exemple des tissus biologiques en médecine), le domaine est encore vierge lorsque celui-ci est amplificateur. Ainsi, la compréhension des mécanismes en jeu devrait permettre d’accompagner les réalisations expérimentales d’amplification par fibre à haute énergie.

Résumé de la thèse en anglais
This thesis deals with high energy nanosecond pulse amplification in large core multimode fibers. The goal is to pre-compensate the wavefront at the input of the amplifier to obtain at the output a low divergence beam carrying high energy pulses. In addition, spatial control offers several capabilities which permit to address only one mode of the fiber or to couple them for various and adjustable output intensity profiles. Beyond the application, this work aims to study propagation of optical waves in disordered amplifying media. Indeed, the output beam of a multimode fiber has a complex structure called ‘speckle’ which looks like the one observed after propagation through a scattering object. This structure is defined by the modes of disordered medium. While many studies were done with ‘cold’ media in particular for imaging or focusing in turbid media (eg biological tissues in medicine), the subject is still open for disordered amplifiers. Thus, the knowledge of mechanisms involved in such propagation is expected to help experiments on fiber amplification at high energy.

Description complète du sujet de thèse
Le travail de thèse comportera des volets expérimentaux et numériques relatifs à la mise en forme spatiale en amplitude et phase à l’entrée du guide amplificateur multimodal à l’aide d’un modulateur spatial de lumière (SLM) pour produire à sa sortie soit un faisceau de forte luminance soit un faisceau de profil contrôlé en intensité. D’une part, le doctorant sera amené à concevoir et réaliser le dispositif expérimental d’amplification à contrôle spatial de la propagation guidée. D’autre part, il devra étudier l’impact de la réponse non linéaire du milieu, du couplage entre modes, du bruit, de la polarisation sur la robustesse de la procédure d’optimisation exploitée pour maitriser l’émission. Ces études seront réalisées, pour une avancée graduelle, dans les phases initiales, avec des fibres faiblement multimodales (<10 modes) ou des fibres multicoeurs avant de passer aux fibres très fortement multimodales (>100 modes) et de large section.

Objectifs scientifiques de la thèse
Il s’agit d’étudier le contrôle de la lumière en milieux désordonnés amplificateurs, par structuration cohérente de son excitation. L’objet d’étude sera la fibre optique à gros cœur (multimodale) avec laquelle on cherchera à produire des énergies élevées tout en assurant à la sortie un mode spatial contrôlé (ou plusieurs).

Compétences à l’issue de la thèse
Le docteur aura des compétences expérimentales et théoriques dans le domaine de la conception et de la réalisation de sources lasers, systèmes optiques, propagation guidée. Il aura également des compétences en programmation sous matlab de ces systèmes et en développement de systèmes asservis.

Mots clés (séparés par des virgules)
Laser, amplification, propagation guidée, traitement du signal optique, techniques d’optimisation

Expérience/profil souhaité(e)
Titulaire d’un Master à coloration photonique: lasers, fibres optiques

Directeur de thèse
KERMENE Vincent
Adresse mail du directeur de thèse : vincent.kermene@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 45 77 38

Co-directeur de thèse
BARTHELEMY Alain
Adresse mail du co-directeur de thèse : alain.barthelemy@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 05 55 45 72 56

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