L'optique non linéaire et ses matériaux
Effets non linéaires en optique guidée
G. Vitrant
Laboratoire d'Électromagnétisme, Micro-ondes, Optoélectronique (LEMO), UMR
5530, École Nationale Supérieure d'Électronique et de Radio-Electricité de Grenoble,
BP. 257, 23 avenue des Mariyrs, 38016 Grenoble cedex 01, France
Résumé : Les non-linéarités sont largement présentes dans le monde qui nous entoure et font l'objet
d'études de plus en plus approfondies. Malgré des non-linéarités très faibles, l'optique n'est pas en reste
et a permis de mettre en évidence et d'exploiter des manifestations spectaculaires, mélanges de
fréquences, effets paramétriques, etc. C'est l'avènement des lasers qui a permis la découverte des nonlinéarités optiques de volume, grâce à une augmentation des puissances optiques disponibles. Quant à
elle, l'optique guidée a récemment permis d'ouvrir de nouveaux horizons à l'optique non linéaire, cette
fois-ci en permettant de réaliser un rêve, celui de propager la lumière sur de grandes longueurs en
s'affranchissant de la diffraction et de renforcer les effets non linéaires par accumulation. Toutefois ce
domaine des effets non linéaires en optique guidée n'est sans doute encore qu'émergent, ainsi qu'en
atteste la proportion élevée d'articles théoriques. De nombreuses réalisations expérimentales attractives
demeurent irréalisables à cause d'exigences technologiques difficiles à atteindre. Le but du cours est de
donner au lecteur un aperçu des résultats marquants des quinze dernières années et des tendances
actuelles, en se limitant aux non-linéarités cubiques. Le choix a été fait d'aborder la plupart des aspects
en privilégiant une description qualitative des phénomènes et une analyse intuitive des concepts,
nécessairement incomplète, et de renvoyer le lecteur à des références pour plus de détails. La
propagation en régime soliton, les non-linéarités dans les fibres, les dispositifs pour le traitement tout
optique du signal, les effets spatiaux et dynamiques dans les coupleurs distribués, la spectroscopie des
lignes noires figurent parmi les thèmes abordés.
1. INTRODUCTION
L'apparition de l'optique comme discipline des sciences non linéaires ne date que de 1962.
Cela faisait déjà longtemps que les phénomènes non linéaires étaient étudiés dans d'autres
domaines de la physique, mécanique, acoustique, dynamique des fluides, électronique, ou de
la chimie. En règle générale les non-linéarités optiques sont faibles et nécessitent des champs
optiques importants pour être mis en évidence.
Rapidement l'optique n'a pas été qu'une nouvelle discipline non linéaire mais a constitué
un nouveau champ d'investigation qui a permis de mettre en évidence de nouvelles
manifestations non linéaires. La possibilité du mélange d'ondes par une non-linéarité du
deuxième ordre est tout à fait générale. Par contre, le renforcement considérable de cet effet
lorsque les différentes ondes en présence se propagent en synchronisme est une spécificité de
l'optique. L'autofocalisation d'une onde grâce à son interaction avec le milieu non linéaire ou
Effets non linéaires en optique guidée
G. Vitrant
Laboratoire d'Électromagnétisme, Micro-ondes, Optoélectronique (LEMO), UMR
5530, École Nationale Supérieure d'Électronique et de Radio-Electricité de Grenoble,
BP. 257, 23 avenue des Mariyrs, 38016 Grenoble cedex 01, France
Résumé : Les non-linéarités sont largement présentes dans le monde qui nous entoure et font l'objet
d'études de plus en plus approfondies. Malgré des non-linéarités très faibles, l'optique n'est pas en reste
et a permis de mettre en évidence et d'exploiter des manifestations spectaculaires, mélanges de
fréquences, effets paramétriques, etc. C'est l'avènement des lasers qui a permis la découverte des nonlinéarités optiques de volume, grâce à une augmentation des puissances optiques disponibles. Quant à
elle, l'optique guidée a récemment permis d'ouvrir de nouveaux horizons à l'optique non linéaire, cette
fois-ci en permettant de réaliser un rêve, celui de propager la lumière sur de grandes longueurs en
s'affranchissant de la diffraction et de renforcer les effets non linéaires par accumulation. Toutefois ce
domaine des effets non linéaires en optique guidée n'est sans doute encore qu'émergent, ainsi qu'en
atteste la proportion élevée d'articles théoriques. De nombreuses réalisations expérimentales attractives
demeurent irréalisables à cause d'exigences technologiques difficiles à atteindre. Le but du cours est de
donner au lecteur un aperçu des résultats marquants des quinze dernières années et des tendances
actuelles, en se limitant aux non-linéarités cubiques. Le choix a été fait d'aborder la plupart des aspects
en privilégiant une description qualitative des phénomènes et une analyse intuitive des concepts,
nécessairement incomplète, et de renvoyer le lecteur à des références pour plus de détails. La
propagation en régime soliton, les non-linéarités dans les fibres, les dispositifs pour le traitement tout
optique du signal, les effets spatiaux et dynamiques dans les coupleurs distribués, la spectroscopie des
lignes noires figurent parmi les thèmes abordés.
1. INTRODUCTION
L'apparition de l'optique comme discipline des sciences non linéaires ne date que de 1962.
Cela faisait déjà longtemps que les phénomènes non linéaires étaient étudiés dans d'autres
domaines de la physique, mécanique, acoustique, dynamique des fluides, électronique, ou de
la chimie. En règle générale les non-linéarités optiques sont faibles et nécessitent des champs
optiques importants pour être mis en évidence.
Rapidement l'optique n'a pas été qu'une nouvelle discipline non linéaire mais a constitué
un nouveau champ d'investigation qui a permis de mettre en évidence de nouvelles
manifestations non linéaires. La possibilité du mélange d'ondes par une non-linéarité du
deuxième ordre est tout à fait générale. Par contre, le renforcement considérable de cet effet
lorsque les différentes ondes en présence se propagent en synchronisme est une spécificité de
l'optique. L'autofocalisation d'une onde grâce à son interaction avec le milieu non linéaire ou