Projet ANR-12-JS04-0002 – MOLOSSE : MOde LOcking et Solitons dans les SEmiconducteurs
Programme : JCJC - SIMI 4 - Physique des milieux condensés et dilués (JCJC SIMI 4) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Stéphane Barland (Institut Non Linéaire de Nice Sophia Antipolis)
Partenaires : Institut Non Linéaire de Nice
Montant : 250512.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 42 mois
Résumé : L'étude des lasers à semiconducteur fonctionnant en régime de blocage de mode ("mode locking") s'est considérablement développée durant les dernières années, tant dans des systèmes à cavité étendue que dans des systèmes monolithiques. Le plus souvent, ces systèmes (qui admettent une symétrie de phase) sont basés sur la présence d'un élément absorbant saturable et les impulsions résultant du blocage de mode sont alors souvent décrites en termes de solitons dissipatifs.
Parallèlement, l'étude des structures spatiales localisées en optique aussi appelées "solitons de cavité" a atteint une certaine maturité, passant très rapidement de systèmes modèles (vapeurs de sodium, valves à cristaux liquides) vers des systèmes rapides et de dimensions microscopiques comme les microcavités à semiconducteur avec injection optique.
Aujourd'hui, il est ainsi possible de nucléer ces "solitons transverses dissipatifs" optiques comme des pixels indépendants les uns des autres dans des temps caractéristiques de l'ordre de la nanoseconde ou de les déplacer dans l'espace à des vitesses de l'ordre du micromètre par nanoseconde. Pourtant, en dépit des progrès accomplis, ces structures ne restent pour l'instant que localisées le long des dimensions transverses à la propagation du champ électrique et sont le plus souvent décrites dans la limite de champ uniforme le long de la dimension de propagation. Il s'agit donc de structures localisées essentiellement vis à vis du phénomène de diffraction.  
De façon remarquablement complémentaire, des solitons de cavité temporels ont récemment été observés dans une cavité constituée d'un anneau de fibre optique nonlinéaire soumis à l'application d'un faisceau cohérent. Comme dans le cas transverse, les structures observées sont des impulsions bistables et indépendantes les unes des autres, contrôlables individuellement. Chaque impulsion se propageant dans une cavité en anneau, elle se répète bien sur avec une période correspondant au temps qui lui est nécessaire pour parcourir la cavité. L'analogie avec le fonctionnement d'un laser dans un régime de blocage de modes est évidente, mais il faut souligner que, contrairement à un laser à mode bloqué passif, ce système n'admet pas de symétrie de phase. Ces solitons de cavité temporels sont donc détectés sous forme de trains d'impulsions toutes identiques les unes aux autres, sur un fond d'intensité constant, séparées d'intervalles de temps arbitraires, chaque train d'impulsions se répetant avec la périodicité définie par la cavité optique. Dans le cas temporel, les solitons de cavité sont donc localisés vis-à-vis du phénomène de dispersion. 
Dans ce projet, nous souhaitons montrer l'existence de solitons de cavité temporels dans une cavité à semiconducteur annulaire et les relier au phénomène de blocage de modes dans les lasers. Ainsi, nous mettrons à profit les avancées réalisées dans les systèmes à fibre et nous les déploierons dans des systèmes à semiconducteurs, qui ont déjà montré leurs potentialités dans le domaine transverse et dont la robustesse est un atout évident pour d'éventuelles applications. L'un des avantages des systèmes envisagés dans ce cadre est celui d'utiliser (comme celà a été fait avec succès pour les études transverses) la faculté qu'ont les matériaux semiconducteurs d'amplifier par émission stimulée la radiation qui s'y propage, ce qui diminue très fortement les puissances optiques requises. Le point de vue adopté, résolument transversal, nous permettra d'étudier les phénomènes observés tant d'un point de vue fondamental qu'applicatif. Ainsi, nous analyserons la formation de solitons de cavité temporels en tant que structures localisées (qui sont des unités d'information) mais nous porterons aussi une attention particuliere aux aspects statistiques des régimes observés, mettant l'accent sur l'apparition et le contrôle d'évènements extrêmes.