Cross-phase modulation effects in normal dispersive fibers and their applications

Dans ce manuscrit, les effets émergeant de la modulation de phase croisée entredeux signaux polarisés orthogonalement dans des fibres optiques à dispersionnormale sont étudiés et leurs applications approfondies.En premier lieu, un générateur d’impulsions cadencées à 40-GHz a été développéen injectant deux ondes sinusoïdales en opposition de phase polariséesorthogonalement au sein d’une fibre optique à dispersion normale. Une grandedifférence de puissance entre les deux ondes induit un potentiel de phasepériodique pour la réplique de plus faible énergie, induisant ainsi dans régimede dispersion normale une dynamique de compression, comprimant ainsi l'ondesinusoïdale en impulsions courtes et correctement séparées.Un échantillonneur et amplificateur est ensuite démontré en utilisant le mêmePrincipe. Une pompe sinusoïdale de forte puissance et à haute fréquence estinjectée dans une fibre optique sur un axe de polarisation, orthogonalement àun long pulse de forme arbitraire et de faible énergie. Nous avons alorsdémontré un échantillonnage à 40-GHz ainsi qu'une amplification jusqu'à unfacteur 4.Nous rapportons ensuite la première observation de solitons en parois dedomaine de polarisation dans des fibres à dispersion normale en transmettanttout d'abord des trains d’impulsions périodiques anticorrélés et polarisésorthogonalement dans une fibre de 10 km, puis en encodant le mot 'PETAL' enASCII sur les ondes lumineuses et le transmettant dans une fibre de 2x25km.L'information encodée est correctement décodée après propagation.L'apparition spontanée de ces parois de domaine en polarisation est ensuiteétudiée en observant le processus de ségrégation de polarisation entre deuxondes incohérentes et décorrélées. Une approche thermodynamique est ensuiteutilisée afin d'expliquer le comportement observé. L'origine de ces parois dedomaine, liée théoriquement à l'instabilité de modulation de polarisationisotrope est ensuite étudiée. En injectant des impulsions de fortes puissancesdans de courts segments de fibre de très faible biréfringence, nous avonsobservé l'apparition des bandes théoriques d'instabilité modulationnellejusqu'à des longueurs de 200m, et mettons en avant leur extinction dans de pluslongues fibres. Enfin, une extension au modèle de Manakov est apportée enprenant en compte le processus de fabrication (spun) pour les fibres utiliséespour les expériences précédentes.In this Ph.D., physical effects arising from cross-phase modulation between twoorthogonally polarized signals propagating in normal dispersion fibers arestudied and some of their applications investigated.First, a 40-GHz pulse generator is designed by sending two orthogonallypolarized out-of-phase sinusoidal waves in a normally dispersive optical fiber.A large power imbalance between the two waves induces a periodic phasepotential for the weak replica which turns the normal dispersive defocusingregime into a focusing dynamics, thus compressing the sinusoidal wave intoshort and well-separated pulses.A signal sampler and magnifier was then designed using the same principle,sending a high power high frequency sinusoidal pump on one axis ofpolarization, orthogonally to a long arbitrary shaped pulse with low power. Wethen report a 40-GHz sampling as well as a magnification factor up to 4.We then report the first observation of polarization domain walls in normaldispersion fibers by first transmitting anticorrelated orthogonally polarizedperiodic signals in a 10-km long fiber, and then encoding the word 'PETAL' asASCII on the light waves and transmitting the signal in 2x25km fibers. Theinformation encoded was properly decoded after propagation.Spontaneous apparition of such polarization domain walls was then studied byobserving a polarization segregation process of two incoherent and uncorrelatedsignal. A thermodynamic approach was then used to explain the observedbehaviour. The origin of those domain walls, which was theoretically relatedto isotropic polarization modulation instability, was then investigated.Injecting high power pulses in short segments of very low birefringence fibers,we were able to observe the growth of the theoretical bands in a up to200m-long fibers, and highlight their extinction for longer strands, while newand unexplained side-bands appeared. Finally, an extension to the Manakovmodel is explicited taking into account the manufacturing process for thefibers used in the previous experiments