Cette activité concerne les guides d’onde photo-induits et systèmes adiabatiques (robustes) de guides, l’auto-organisation spatio-temporelle de la lumière sous rétroaction non linéaire, la génération, propagation et interactions de faisceaux “non conventionnels”, ou encore le ralentissement de la lumière. Cela inclut aussi l’investigation expérimentale et théorique côté matériau des phénomènes physiques microscopiques à la base des non-linéarités utilisées.
Ralentissement de la lumière
Depuis quatre ans, une activité de recherche sur le ralentissement de la lumière dans des cristaux dits photoréfractifs (PR) a été initié au sein de la Chaire Photonique du laboratoire LMOPS, dans l’objectif de développer des systèmes photoniques innovants pour le traitement tout optique de l’information. En utilisant le mélange d’ondes dans un matériau PR SPS possédant un temps de réponse de l’ordre de 10 ms, nous avons pu ralentir des impulsions de durée comprise entre 1 ms et plusieurs secondes à des vitesses inférieures à 1cm/s, soit une réduction d’un facteur de 10 000 000 de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide. De plus, en exploitant l’interaction non-linéaire d’un laser impulsionnel avec un cristal SPS, nous avons pu réduire son temps de réponse à une valeur de 32 ns et ralentir dans ce matériau des impulsions de durée proche de 10 ns avec des retards proches de 1 ns.
Ralentissement de la lumière dans un cristal photoréfractif. (a) : Interaction de deux faisceaux dans un cristal photoréfractif. (b) : exemple de mesure, ralentissement de l’impulsion de sortie (en rouge) par rapport à l’impulsion d’entrée (en bleu).
Propagation de faisceaux non conventionnels – Réfraction conique
Nos études récentes de ces 5 dernières années suggèrent de nouveaux phénomènes physiques résultant de l’interaction de faisceaux accélérant optiques (faisceaux Airy) dans un milieu non linéaire (milieu photoréfractif) conduisant à la génération possible de structures de guidage d’ondes à la fois dynamiques et stables, de structures auto-organisées menant à des mémoires optiques adressables ainsi qu’à l’observation de phénomènes physiques plus fondamentaux comme par exemple l’effet de lentillage gravitationnel optique. Ces travaux théoriques et expérimentaux sur la complexité de la dynamique spatio-temporelle de ces faisceaux non conventionnels ouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude physique des propriétés spatiales et temporelles de l’interaction lumière-matière et permettent d’envisager le développement de tous les systèmes optiques tels que les commutateurs optiques rapides, les amplificateurs et / ou les mémoires optiques.
Photonique et analogies quantiques
Beaucoup de systèmes de physique classique présentent des analogies formelles avec des systèmes et processus correspondants en mécanique quantique, le domaine de l’optique et de la photonique étant un des cas d’école. Nos activités, dans ce cadre, s’appuient sur ce type d’analogies pour développer des systèmes robustes en photonique, notamment dans le contexte de l’optique guidée, de l’optique non linéaire et de l’optique de polarisation. En particulier nous développons des approches basées sur une évolution adiabatique des paramètres des systèmes (par exemple par le processus du STIRAP, STImulated Raman Adiabatic Passage) ou des approches équivalentes à des systèmes quantiques à impulsions composites. La robustesse se manifeste par l’obtention de la fonctionnalité désirée avec une tolérance fortement accrue aux variations des paramètres expérimentaux (longueurs d’onde, température, etc.) ou de design.