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• W2198820466 abstract "Les regions spectrales des ondes terahertz (THz) et de l'infrarouge moyen (mIR) representent les frontieres immediates nous separant du but d'exploiter le spectre electromagnetique dans son integralite 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 envisagees dans de nombreux domaines d inter ts tels: spectroscopie imagerie infrarouge chirurgie laser et bio-diagnostic Malgre les nombreux avantages immediats pouvant tre tires des applications du spectre mIR, sa pleine exploitation demeure ce jour limitee en raison d’une part par le manque de sources laser mIR couvrant une large portion de ce domaine spectral En effet la majorite des sources coherentes mIR actuellement disponibles oscillateurs parametriques optiques lasers cascades quantiques lasers electrons libres sont discr tes et restreignent ainsi les applications une seule longueur d’onde specifique la fois. Il existe actuellement une forte demande au sein de l'industrie et la communaute scientifique pour la creation d’une source lumineuse coherente large bande spectrale emettant dans le mIR, et sous une forme compacte.Le premier sujet de recherche de cette these se rapporte au design de nouvelles fibres hautement nonlineaires (FHNL) pour leur utilisation dans la generation de lumiere mIR (e.g. generation d'un supercontinuum), et au sein de dispositifs de conversion en longueurs d'onde mIR bases sur des effets optiques nonlineaires. A cet effet, l'efficacite de generation/conversion de la lumiere mIR depend intimement du controle des proprietes optiques lineaires et nonlineaires du guide d'onde employe dans le systeme. Au cours de mes travaux, j'ai etudie differents designs de guides d'ondes microstructures (ou nanostructures) hautement nonlineaires et possedant un potentiel pour des applications a impact concret. Plus particulierement, nous avons demontre deux nouveaux types de FHNL: la fibre optique nanostructuree hybride en chalcogenures-metal qui supporte un mode plasmonique permettant un confinement du champ a des dimensions profondement sous-longueur d'ondes, ainsi que la fibre microporeuse en verres de chalcogenures offrant des possibilites etendues pour le controle de la dispersion chromatique dans les fibres optiques nonlineaires. Par ailleurs, des simulations numeriques basees sur l'equation de Schrodinger nonlineaire, et assumant cette derniere FHNL comme guide d'onde, ont ete effectuees et ont demontre leur potentiel pour la generation d'un large supercontinuum mIR dans----------Abstract The terahertz (THz) and middle-infrared spectrum (mIR) represent the next frontiers in the goal of harnessing the whole electromagnetic spectrum in future technological applications.The middle-infrared spectral band covers the wavelengths between 2 and 20 microns in the infrared. A myriad of applications that take advantage of the mIR spectrum are envisioned in several fields of interest such as: spectroscopy, infrared imagery, laser surgery and bio-diagnostic. Despite the numerous immediate benefits that may be reaped from applications of mIR technology, its full exploitation remains limited by the lack of bright and coherent optical sources of mIR light. In fact, the majority of current mIR coherent sources (optical parametric oscillators, quantum cascade lasers, free electron lasers) are discrete and thus restrict applications to a single specific wavelength at a time. Thus there is presently a strong demand within the industrial and academic communities for the creation of a broad bandwidth coherent mIR light source in a compact form factor.The first research topic of my thesis was to design novel highly-nonlinear fibers (HNLFs) to be used in mIR light generation (e.g. supercontinuum generation) and mIR wavelength conversion schemes based on nonlinear optical effects. The efficiency of mIR light generation/conversion depends intimately on the precise control of the linear and nonlinear optical properties of the waveguide used in the optical setup. During the course of this work, we investigated various designs of both microstructured and nanostructured highly-nonlinear waveguides with great potential for end-user applications. In particular, we demonstrated two novel types of HNLFs: the hybrid chalcogenide-metal nanostructured optical fiber that supports a plasmonic mode enabling deep-subwavelength field confinement capabilities, and the chalcogenide microporous fiber that provides extensive design freedom for engineering the chromatic dispersion of nonlinear fibers. Furthermore, simulations of the nonlinear Schrodinger equation, assuming the latter type of HLNF, were performed and showed the potential for generating a broad mIR supercontinuum inside a chalcogenide microporous fiber seeded at long wavelengths (i.e. 10.5 μm) using short picosecond pulses.Furthermore, the study of the hybrid chalcogenide-metal nanostructured optical fiber demonstrated subwavelength-size optical mode confinement beyond the classical diffraction limit. This feat was made possible by harnessing surface plasmon polaritons guided by the" @default.
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