Nouvelle technique de photo-inscription dans LiNbO3 : autofocalisation contrôlée par effet pyroélectrique
Résumé
In this work a new simple and effective method, based on self-focusing beams which allows the photo-inscription of optical waveguides in the bulk of photorefractive materials, without applied field, is presented. This photo-inscription method uses the pyroelectric effect present in ferroelectric materials to yield a nonlinear focusing effect controlled by sample temperature change. Experimental demonstrations of pyroelectric beam trapping are realized in non intentionally doped lithium niobate crystals. Detailed studies led to spatial solitons formation called "pyrolitons". These spatial solitons induce circular waveguides with low loss which remain memorized for a long time in the material. In addition, propagation of surface solitons at the interface between air and LiNbO³ are also demonstrated thanks to this nonlinear effect controlled by pyroelectricity. Experimental results are confirmed by a 3-D numerical model that takes into count the dynamic of photorefractive effect. Temperature controlled optical nonlinearity revealed in this work can facilitate the demonstration of new concepts. Furthermore, the photo-induced technique associated opens new perspectives for 3-D optical circuit fabrication in LiNbO³, a key material for photonic.
Dans ce travail de thèse nous avons exposé une nouvelle méthode simple et efficace basée sur l'autofocalisation de faisceaux qui permet l'induction de guides optiques au cœur de matériaux photoréfractifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyroélectrique des matériaux ferroélectriques qui permet de générer un effet non linéaire focalisant contrôlé par une augmentation de quelques degrés de la température du matériau. La démonstration expérimentale est réalisée dans les échantillons de LiNbO³ non dopé. Une analyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spatiaux dénommés " pyrolitons ". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes dans le matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/LiNbO³ ont également été observés grâce à cet effet non linéaire contrôlé par la pyroélectricité. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle numérique 3-D qui prend en compte la dynamique de l'effet photoréfractif. La non linéarité optique commandée en température révélée dans ce travail peut faciliter la mise en évidence de nouveaux concepts. En outre, la technique de photo-inscription associée ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de circuits optiques 3-D dans le LiNbO³, matériau de référence pour la photonique.
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