Mme Clara ETHUIN soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés : « Propagation non linéaire en milieu photoréfractif de faisceaux non conventionnels dans un lattice photonique avec défaut », le mardi 26 mai 2026 à 14h00 dans l’Amphithéâtre de CentraleSupélec.
Résumé :
Le XXIe siècle est souvent décrit comme le siècle de la photonique. Avec la croissance explosive des échanges de données et les limites des ressources électroniques, un changement de paradigme vers des composants tout-optiques est devenu impératif. Parmi les candidats prometteurs, les cristaux optiques non linéaires se distinguent comme des plateformes polyvalentes permettant de manipuler la lumière par la lumière. Dans ce contexte, les faisceaux d’Airy, avec leurs caractéristiques uniques d’auto-accélération, d’invariance de propagation et d’auto-réparation, offrent de nouvelles possibilités pour explorer la dynamique de la lumière dans des environnements non linéaires. Parallèlement, les structures photoniques périodiques telles que les réseaux de guides d’ondes induits optiquement sont apparues comme des outils puissants pour contrôler et diriger le flux de lumière. Cette thèse est consacrée à l’étude théorique des effets combinés de la non-linéarité et de la périodicité sur la propagation des faisceaux d’Airy en milieu photoréfractif et leurs interactions avec un réseau de guides d’ondes photo-induits. Notre objectif est d’exploiter cette interaction afin de concevoir de nouveaux mécanismes pour des applications de commutation et de traitement du signal tout-optique. Dans la première partie, nous démontrons comment l’interaction entre la non-linéarité et la modulation du réseau, associée à l’introduction de guides défectueux, permet la formation de nouvelles structures de guidage non accessibles avec des faisceaux conventionnels. En ajustant un large éventail de paramètres allant de la réponse non linéaire aux propriétés du réseau telles que la période, la profondeur de modulation et la force du défaut, nous montrons qu’il est possible de contrôler les caractéristiques des structures générées, notamment leur position, leur niveau d’intensité et leur nombre. Nous étudions ensuite le rôle des interactions multi-faisceaux. En injectant et en copropageant deux faisceaux Airy, nous observons des caractéristiques de guidage améliorées par rapport à l’injection unique. En particulier, en contrôlant leur phase relative, nous démontrons la possibilité d’adapter la distribution symétrique des canaux de sortie, ouvrant la voie à des applications de routage tout optique reconfigurables. Enfin, nous étendons notre étude aux réseaux photoniques topologiques. En explorant les propriétés topologiques non triviales d’un réseau unidimensionnel basé sur le modèle SSH, nous montrons que les faisceaux Airy peuvent présenter une propagation robuste face au désordre et aux imperfections. Cette robustesse met en évidence le potentiel de la combinaison de faisceaux structurés et de photonique topologique pour des applications avancées dans les télécommunications et les systèmes photoniques intégrés.
Abstract :
The 21st century is often described as the century of photonics. With the significant growth of data exchanges and the limitations of electronic resources, a paradigm shift toward all-optical components has become imperative. Among the promising candidates, nonlinear optical crystals stand out as versatile platforms for manipulating light with light. In this context, Airy beams, with their unique features of self-acceleration, propagation invariance, and self-healing, offer novel opportunities for exploring light dynamics in nonlinear environments. In parallel, periodic photonic structures such as optically-induced waveguide lattices have emerged as powerful tools to control and steer the flow of light. This thesis is devoted to the theoretical study of the combined effects of nonlinearity and periodicity on the propagation of Airy beams in photorefractive media and their interactions with optically-induced waveguide lattices. Our goal is to exploit this interplay in order to design novel mechanisms for all-optical switching and signal processing applications. In the first part, we demonstrate how the interplay between nonlinearity and lattice modulation, together with the introduction of defect channels, enables the formation of new guiding structures not achievable with conventionnal beams. By tuning a wide range of parameters ranging from the nonlinear response to the lattice properties such as period, modulation depth, and defect strength, we show that it is possible to control the characteristics of the generated structures, including their position, intensity level, and number. We further investigate the role of multi-beam interactions. By injecting and copropagating two Airy beams, we observe enhanced guiding features compared to the single-injection case. In particular, by controlling their relative phase, we demonstrate the ability to tailor the symmetrical distribution of the output channels, opening routes toward reconfigurable all-optical routing applications. Finally, we extend our study to topological photonic lattices. By exploring the nontrivial topological properties of a one-dimensional lattice based on the SSH model, we show that Airy beams can exhibit robust propagation against disorder and imperfections. Such robustness highlights the potential of combining structured beams with topological photonics for advanced applications in telecommunications and integrated photonic systems.