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Communication Dans Un Congrès Année : 2021

Couplonic Landscapes

Paysages couploniques

Résumé

Le couplage de modes est un phénomène universel dont la photonique offre de nombreuses déclinaisons, depuis la synchronisation des oscillateurs jusqu'à l'amplification paramétrique, en passant par la diffraction d'un réseau de Bragg ou la conversion de polarisation dans une fibre. Il s'agit aussi d'une technique éprouvée, dont l'intérêt réside à la fois dans la puissance du formalisme algébrique sous-jacent, et dans la clarté de l'interprétation physique. Pour se limiter aux interactions linéaires à deux modes, les exemples-types dans le domaine spatial sont d'une part le coupleur directionnel de l'optique intégrée (couplage co-directionnel), d'autre part le réflecteur de Bragg (couplage contra-directionnel). Dans un cas comme dans l'autre, sur une longueur d'interaction donnée, le problème se ramène à deux paramètres adimensionnels, l'un exprimant la "force" du couplage et l'autre le "désaccord de phase" entre les modes ; les fonctions de transfert spectrales sont normalisées de telle sorte qu'elles ne dépendent ni des dimensions du système ni de la fréquence de travail, ni même de la nature physique des ondes considérées. Connue de longue date, cette approche est aussi à la base de la description classique d'un laser DFB [1-2]. Curieusement, elle est encore trop souvent assimilée à une démarche perturbative, c'est-à-dire à une approximation au premier ordre. Pourtant, dès 1997, l'équipe menée par Ursula Keller à l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH) a démontré un résultat fondamental autant que méconnu : dans un réflecteur de Bragg, la structure formelle de la matrice de transfert d'une maille élémentaire permet toujours d'identifier rigoureusement des paramètres de couplage équivalents, et ce quel que soit le détail de la maille [3]. Contrairement aux idées reçues, le traitement en couplage de modes n'est donc pas borné à de faibles modulations d'indice, ni à une longueur d'interaction très supérieure à la période : par exemple, n'importe quel cristal photonique 1D de taille finie est susceptible d'une telle description. Inspirés de ces considérations, nos propres travaux s'attachent à établir, sous le terme générique de "couplonique" et depuis une quinzaine d'années, une équivalence formelle qui brouille la distinction classique entre "discret" et "continu", entre "interaction localisée" et "rétroaction distribuée", dans des structures où les couplages co- et contra-directionnels sont simultanément présents. Nous illustrerons ce propos par l'exemple emblématique d'un coupleur périodique symétrique passif à quatre ondes. Nous en profiterons pour introduire des techniques de visualisation originales ("alpinisme couplonique" dans le Massif de Bragg, ou "surf couplonique" sur les vagues de phase). Nous élargirons ensuite notre étude à des systèmes similaires où l'élégance du couplage de modes constitue un indéniable atout, notamment pour la prise en compte d'effets de type "symétrie parité-temps". [1] H. Kogelnik, C.V. Shank, Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback Lasers, JAP vol.43 (5), pp.2327-2335 (1972). [2] A. Yariv & P. Yeh, Optical Waves in Crystals, Wiley, New York (1984). [3] N. Matuschek, F.X. Kärtner, U. Keller, Exact Coupled-Mode Theories for Multilayer Interference Coatings with Arbitrary Strong Index Modulations, IEEE JQE vol.33 (3), pp.291-302 (1997).
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03172970 , version 1 (25-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03172970 , version 1

Citer

Yann G. Boucher. Paysages couploniques : Le couplage de modes dans quelques-uns de ses états. Webinaire du GDR Ondes, GDR Ondes, Mar 2021, En ligne, France. ⟨hal-03172970⟩
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