Experimental observation of different forms of modulation instability in passive fiber cavities

• Main Author: Bessin, Florent
• Other Authors: Lille 1
• Language: en
• Published: 2019
• Subjects: Instabilité modulationnelle; Cavités fibrées passives; 621.369 2
• Online Access: http://www.theses.fr/2019LIL1R042/document

L'instabilité de modulation (IM) en optique est un processus non-linéaire responsable de l'amplification exponentielle d'une faible perturbation périodique au dépend d'une onde porteuse de forte puissance, cela en raison du parfait équilibre entre la dispersion et la non linéarité. Dans les cavités optiques passives, la superposition entre le champ injecté dans le système et le champ intra-cavité ajoute un degré de liberté supplémentaire à ce mécanisme, ce qui enrichit sa dynamique. Dans cette thèse, nous avons principalement mené des études expérimentales de l’IM dans de tels dispositifs faits de fibres optiques, dans des régimes inexplorés. En particulier, nous avons étudié expérimentalement ce processus dans des cavités fonctionnant en régime de dispersion faible. Nous avons montré que la dynamique de l'IM dans un tel régime est fortement modifiée par rapport à celle de l'IM standard dans les cavités. Nous avons également étudié la dynamique temporelle de l'IM montrant que le motif temporel généré peut présenter deux comportements distincts. Une partie de ces travaux est également consacrée à l’étude expérimentale du mécanisme de gain induit par les pertes. Dans des conditions spécifiques, ce processus peut générer de l'IM ainsi que des peignes de fréquence ajustables. Ces études sont en bon accord avec les modèles théoriques et les simulations numériques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons exploré analytiquement le processus de l’IM amorcée de façon cohérente. Nous avons montré que la dynamique du processus est sensible à la phase, ce que nous confirmons expérimentalement en enregistrant l'évolution de la puissance et de la phase des ondes impliquées dans le processus. === Modulation instability (MI) in optics is a nonlinear process where a weak periodic perturbation exponentially grows at the expanse of a strong carrier wave as a result of the perfect balance between dispersion and non-linearity. In passive optical cavities, the coherent superposition between the driving field and the intra-cavity field adds a extra-degree of freedom to this mechanism that enriches its dynamics. In this thesis, we mostly led experimental study of MI in such devices made of optical fibers in unexplored regimes. In particular, we experimentally investigated this process in cavities that operate under weak normal dispersion. We showed that the MI dynamics in such regime is strongly modified compared to standard MI in cavities. We also studied the real-time dynamics of MI in the temporal domain highlighting that the generated temporal pattern can exhibit two distinct behaviors. A part of this work is also dedicated to the experimental study of the gain through loss mechanism. Under specific conditions this process can generate MI and tunable optical frequency combs. These studies are in pretty good agreement with theoretical models and numerical simulations. Finally, we explored analytically the process of coherent seeded MI. We reported that the dynamics of the process is phase-sensitive, which was confirmed experimentally by recording the power and phase evolution of the waves involved in the process.