Emerging Microstructured Fibers for Linear and Nonlinear Optical Applications in the Mid-Infrared and Terahertz Spectrum

Les régions spectrales des ondes térahertz (THz) et de l'infrarouge moyen (mIR) représentent les frontières immédiates nous séparant du but d'exploiter le spectre électromagnétique dans son intégralité pour les applications technologiques du futur. La bande spectrale de l'infrarouge moyen couvre les longueurs d'ondes entre 2 et 20 microns du spectre infrarouge. Diverses applications tirant profit du mIR sont envisagées dans de nombreux domaines d intér ts tels: spectroscopie imagerie infrarouge chirurgie laser et bio-diagnostic Malgré les nombreux avantages immédiats pouvant tre tirés des applications du spectre mIR, sa pleine exploitation demeure ce jour limitée en raison d'une part par le manque de sources laser mIR couvrant une large portion de ce domaine spectral En effet la majorité des sources cohérentes mIR actuellement disponibles oscillateurs paramétriques optiques lasers cascades quantiques lasers électrons libres sont discr tes et restreignent ainsi les applications une seule longueur d'onde spécifique la fois. Il existe actuellement une forte demande au sein de l'industrie et la communauté scientifique pour la création d'une source lumineuse cohérente large bande spectrale émettant dans le mIR, et sous une forme compacte. Le premier sujet de recherche de cette thèse se rapporte au design de nouvelles fibres hautement nonlinéaires (FHNL) pour leur utilisation dans la génération de lumière mIR (e.g. génération d'un supercontinuum), et au sein de dispositifs de conversion en longueurs d'onde mIR basés sur des effets optiques nonlinéaires. À cet effet, l'efficacité de génération/conversion de la lumière mIR dépend intimement du contrôle des propriétés optiques linéaires et nonlinéaires du guide d'onde employé dans le système. Au cours de mes travaux, j'ai étudié différents designs de guides d'ondes microstructurés (ou nanostructurés) hautement nonlinéaires et possédant un potentiel pour des applications à impact concret. Plus particulièrement, nous avons démontré deux nouveaux types de FHNL: la fibre optique nanostructurée hybride en chalcogénures-métal qui supporte un mode plasmonique permettant un confinement du champ à des dimensions profondément sous-longueur d'ondes, ainsi que la fibre microporeuse en verres de chalcogénures offrant des possibilités étendues pour le contrôle de la dispersion chromatique dans les fibres optiques nonlinéaires. Par ailleurs, des simulations numériques basées sur l'équation de Schrodinger nonlinéaire, et assumant cette dernière FHNL comme guide d'onde, ont été effectuées et ont démontré leur potentiel pour la génération d'un large supercontinuum mIR dans