Los solitones ópticos son paquetes de luz (haces y/o pulsos) que no se dispersan gracias al balance entre difracción/dispersión y no linealidad. Al propagarse e interactuar los unos con los otros muestran propiedades que normalmente se asocian a partículas. Las propiedades de los solitones ópticos en fibras ópticas y cristales han sido investigadas en profundidad durante las últimas dos décadas. Sin embargo, los solitones en mallas, o redes, ópticas, que podrían ser usados para procesado y direccionamiento totalmente óptico de señales, se han convertido en una nueva área de investigación. El principal objetivo de esta tesis es el estudio de nuevas técnicas para controlar solitotes en medios no lineales en mallas ópticas.El capítulo 2 se centra en ciertas propiedades de los solitones ópticos en medios no lineales cuadráticos. La primera sección presenta en detalle la existencia y estabilidad de tres familias representativas de solitones espacio temporales en dos dimensiones en series de frentes de onda cuadráticos no lineales. Se asume, además de la dispersión temporal del pulso, la combinación de difracción discreta que surge debido al acoplamiento débil entre frentes de onda vecinos. La otra sección da cuenta de la existencia y estabilidad de vórtices de solitones multicolores en retículo, consistentes en cuatro jorobas principales dispuestas en una configuración cuadrada. También se investiga la posibilidad de generarlos dinámicamente a partir de haces de entrada Gaussianos con vórtices anidados. La técnica de inducción de mallas ópticas ofrece un sinfín de posibilidades para la creación de configuraciones de guía de ondas con varios haces de luz no difractantes. El capítulo 3 presenta el concepto de estructuras reconfigurables ópticamente inducidas por haces no difractantes de Bessel mutuamente incoherentes en medios no lineales de tipo Kerr. Los acopladores de dos nucleos son introducidos y se muestra cómo calibrar las propiedades de conmutación de estas estructuras variando la intensidad de los haces de Bessel. El capítulo también discute varios escenarios de conmutación para solitones lanzados al interior de acopladores direccionales multinucleares ópticamente inducidos por apropiadas series de haces de Bessel. Es más, la propagación de solitones es investigada en redes reconfigurables bidimensionales inducidas ópticamente por series de haces de Bessel no difractantes. Se muestra que los haces anchos de solitones pueden moverse a través de redes con diferentes topologías casi sin pérdidas por radiación. Finalmente, se estudian las propiedades de las uniones X, que se crean a partir de dos haces de Bessel intersectantes. La respuesta no local de los medios no lineales puede jugar un papel importante en las propiedades de los solitones. El capítulo 4 trata el impacto de la no localidad en las características físicas exhibidas por los solitones que permiten los medios no lineales de tipo Kerr con una retícula óptica integrada. El capítulo investiga propiedades de diferentes familias de solitones en mallas en medios no lineales no locales. Se muestra que la no localidad de la respuesta no lineal puede afectar profundamente la movilidad de los solitones. Las propiedades de los solitones de gap también se discuten en el caso de cristales fotorefractivos con una respuesta de difusión no local asimétrica y en presencia de una malla inducida.El capítulo 5 trata del impacto de la no localidad en la estabilidad de complejos de solitones en medios no lineales de tipo Kerr uniformes. En primer lugar, se muestra que la diferente respuesta no local de los materiales tiene distinta influencia en la estabilidad de los complejos de solitones en el caso escalar. En segundo lugar, se da cuenta de una serie de resultados experimentales sobre solitones multipolares escalares en medios no lineales fuertemente no locales en 2D, incluyendo solitones dipolares, tripolares y de tipo pajarita, organizados en series de puntos brillantes fuera de fase. Finalmente, el capítulo estudia la interacción entre la no linealidad no local y el acoplamiento vectorial, enfatizando especialmente la estabilización de efectos vectoriales en complejos de solitones en medios no lineales no locales.Por último, el capítulo 6 resume los principales resultados obtenidos en la tesis y discute algunas cuestiones abiertas. / Optical solitons are light packets (beams and/or pulses) that do not broaden because of the proper balance between diffraction/dispersion and nonlinearity. They propagate and interact with one another while displaying properties that are normally associated with real particles. The properties of optical solitons in optical fibers and crystals have been investigated comprehensively during the last two decades. However, solitons in optical lattices, which might be used for all-optical signal processing and routing have recently emerged a new area of research. The main objective of this thesis is the investigation of new techniques for soliton control in nonlinear media with/without an imprinted optical lattice. Chapter 2 focuses on properties of optical solitons in quadratic nonlinear media. The first section presents in detail the existence and stability of three representative families of two-dimensional spatiotemporal solitons in quadratic nonlinear waveguide arrays. It is assumed in addition to the temporal dispersion of the pulse, the combination of discrete diffraction that arises because of the weak coupling between neighboring waveguides. The other section reports on the existence and stability of multicolor lattice vortex solitons, which comprise four main humps arranged in a square configuration. It is also investigated the possibility of their dynamical generation from Gaussian-type input beams with nested vortices. The technique of optical lattice induction opens a wealth of opportunities for creation of waveguiding configurations with various nondiffracting light beams. Chapter 3 puts forward the concept of reconfigurable structures optically induced by mutually incoherent nondiffracting Bessel beams in Kerr-type nonlinear media. Two-core couplers are introduced and it is shown how to tune the switching properties of such structures by varying the intensity of the Bessel beams. The chapter also discusses various switching scenarios for solitons launched into the multi core directional couplers optically-induced by suitable arrays of Bessel beams. Furthermore, propagation of solitons is investigated in reconfigurable two-dimensional networks induced optically by arrays of nondiffracting Bessel beams. It is shown that broad soliton beams can move across networks with different topologies almost without radiation losses. Finally, properties of X-junctions are studied, which are created with two intersecting Bessel beams.Nonlocal response of nonlinear media can play an important role in properties of solitons. Chapter 4 treats the impact of nonlocality in the physical features exhibited by solitons supported by Kerr-type nonlinear media with an imprinted optical lattice. The chapter investigates properties of different families of lattice solitons in nonlocal nonlinear media. It is shown that the nonlocality of the nonlinear response can profoundly affect the soliton mobility. The properties of gap solitons are also discussed for photorefractive crystals with an asymmetric nonlocal diffusion response and in the presence of an imprinted optical lattice.Chapter 5 is devoted to the impact of nonlocality on the stability of soliton complexes in uniform nonlocal Kerr-type nonlinear media. First, it is shown that the different nonlocal response of materials has different influence on the stability of soliton complexes in scalar case. Second, experimental work is reported on scalar multi-pole solitons in 2D highly nonlocal nonlinear media, including dipole, tripole, and necklace-type solitons, organized as arrays of out-of-phase bright spots. Finally, the chapter addresses the interplay between nonlocal nonlinearity and vectoral coupling, specially emphasizing the stabilization of vector effects on soliton complexes in nonlocal nonlinear media.Finally, Chapter 6 summarizes the main results obtained in the thesis and discusses some open prospects.

Le premier volet de cette thèse est consacré à la modélisation des phénomènes de transport dans le LN. Partant d'une analyse critique des modèles de bande usuels, nous montrons leur inadéquation dans le cas du LN et nous proposons un modèle de saut basé sur la théorie des petits polarons. Nous étudions d'abord par simulation Monte-Carlo la décroissance d'une population de polarons liés NbLi4+ relaxant vers des pièges profonds FeLi3+. Nous montrons que les pièges FeLi3+ ont des rayons effectifs particulièrement grands, rayons qui augmentent encore à température décroissante, et limitent considérablement les longueurs de diffusion des polarons. Les résultats de simulations sont ensuite confrontés aux résultats expérimentaux obtenus par différentes techniques ; Absorption photo-induite, Raman, Enregistrement holographique et Pompe-sonde. Le deuxième volet de cette thèse est consacré aux applications électro-optiques dans le LN périodiquement polarisé (PPLN). Sous l’effet d’une tension électrique, l’indice de réfraction du PPLN est périodiquement diminué et augmenté, formant ainsi un réseau d’indice activable électriquement. Un premier composant utilisant l’effet électro-optique dans du PPLN a été développé et démontré expérimentalement. Dans ce composant, la lumière est défléchie sous l’effet de la tension électrique par le réseau d’indice. Ce déflecteur de Bragg atteint une efficacité de diffraction proche de 100% avec une faible tension de commande de l’ordre de 5 V. Un deuxième composant a également été proposé, où la lumière se propage perpendiculairement aux parois de domaines du PPLN. Dans cette configuration un réflecteur de Bragg électro-optique peut être réalisé / The first part of this thesis is devoted to the modeling of transport phenomena in the LN. From a critical analysis of the usual band models, we show their inadequacy in the case of LN and we propose a hopping model based on the theory of small polarons. We first study by Monte-Carlo simulation the population decay of bound polarons NbLi4+ in deep traps FeLi3+. We show that the traps (FeLi3+) have particularly large effective radii, which increase further at decreasing temperature, and considerably limit the diffusion lengths of the polarons. The results of simulations are then compared with experimental results obtained by different techniques; Light-induced absorption, Raman, Holographic storage and Pump-Probe. The second part of this thesis is devoted to electro-optical applications in the periodically poled LN (PPLN). Under the effect of an electrical voltage, the refractive index of the PPLN is periodically decreased and increased, thus forming an electrically activatable index grating. A first component using the electro-optical effect in PPLN has been developed and demonstrated experimentally. In this component, the light is deflected under the effect of the electrical voltage by the index grating. This Bragg deflector achieves a diffraction efficiency of close to 100% with a low drive voltage of the order of 5 V. A second component has also been proposed, where light propagates perpendicularly to the domain walls of the PPLN. In this configuration an electro-optic Bragg reflector can be realized

Les plasmons-polaritons de surface (PPS) font figure de plateforme polyvalente très promet- teuse pour le guidage des ondes électromagnétiques à l’échelle nanométrique. Dans ce contexte, le contrôle dynamique de la propagation PPS est d’une importance capitale. Le contrôle actif des dispositifs plasmoniques a souvent été réalisé jusqu’à présent par le biais d’un effet thermo-optique (TO). Toutefois dans la majorité des cas considérés, l’effet thermo-optique résulte d’une modification des propriétés d’un matériaux diélectrique en contact avec le métal supportant le mode plasmon. Ainsi, le rôle des propriétés thermo-optiques du métal lui-même a rarement été analysé aux fréquences télécom dans le cadre d’applications plasmoniques. L’objectif principal de cette thèse est donc d’analyser en détail l’impact des propriétés thermo- optiques des métaux sur différents modes PPS aux longueurs d’ondes télécom. En premier lieu, nous considérons la modulation photo-thermique d’un mode plasmon supporté par un film mince d’or se propageant à l’interface "or/air". Nous démontrons tout d’abord la modulation de la propagation des modes PPS induite par la dépendance des pertes ohmiques de l’or à la température du film mince. Le contrôle de la température du film est obtenu par un effet photo-thermique en régime continu modulé. Les mesures expérimentales de la pro- fondeur de modulation de l’intensité des modes PPS combinées à la simulation numérique de la distribution de température le long du film d’or nous permettent de remonter aux coefficients thermo-optiques de l’or aux fréquences télécoms. Dans un second temps, nous considérons le contrôle thermo-optique de modes plasmons dont le confinement spatial (et donc l’indice effectif) est supérieur à ceux des modes de films. Les modes considérés dans cette seconde étude sont connus sous le nom de "polymer- loaded surface plasmon waveguides (PLSPPWs)". Ces modes présentent un confinement latéral induit par l’indice de réfraction du ruban de polymère déposés sur le film métallique et un confinement vertical résultant de leur nature plasmonique. L’excitation photo-thermique de ces guides plasmoniques dans un régime nano-seconde nous permet de mettre en évidence la dynamique thermo-optique du métal aux temps courts (<1ns) et du polymère aux temps plus longs (<1µs). La même démarche appliquée à un micro-résonateur plasmonique en anneau révèle les temps caractéristiques de la dynamique de diffusion de la chaleur dans le polymère à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres. Sur la base de ces expériences, nous suggérons un design de dispositifs plasmoniques thermo-optique dont la bande passante est de l’ordre du megahertz, un ordre de grandeur au-dessus des systèmes thermo-optiques traditionnels. Enfin, nous présentons la modulation photo-thermique de la propagation PPS le long de nanofils d’or fabriqués par lithographie électronique supportant des modes plasmons très confinés aux longueurs d’onde télécom. La transmission d’un signal télécom à 10 Gbit/s est tout d’abord démontrée afin d’établir sans ambiguïté la pertinence de tels guides d’ondes miniatures pour la transmission d’informations à très courtes échelles. Enfin, nous mettons en évidence la modulation photo-thermique de la propagation de tels modes. En particulier, nous investiguons l’influence sur la profondeur de modulation de la polarisation du faisceau pompe relativement à l’orientation des nanofils. Cet effet de polarisation s’explique par une absorption exaltée si la polarisation du faisceau pompe est orientée perpendiculairement à l’axe du nanofil. L’exaltation résulte de l’excitation d’un mode plasmon local selon l’axe transverse du nanofil. / Surface plasmon polaritons (SPPs) is the promising versatile platform proposed for guiding electromagnetic waves at nanoscale dimensions. In this context dynamic control of SPPs prop- agation is of paramount importance. Thermo-optical (TO) effect is considered as an efficient technique for performing active control of plasmonic devices. Among the thermo-optical based plasmonic devices demonstrated so far TO coefficient is dominantly provided by a dielectric material on top of the metal sustaining the SPP mode, however, the role of TO properties of the metal has been rarely investigated for plasmonic applications especially at the telecom frequency ranges. Therefore, the aim of this thesis is to investigate in detail the impact of thermo-optical properties of metals onto various SPP modes at telecom wavelengths.First, we report on photo-thermal modulation of thin film SPP mode traveling at gold/air interface excited at telecom wavelengths. We start by investigating the photo-thermally in- duced modulation of SPPs propagation mediated by the temperature dependent ohmic losses in the gold film. Then we extract the thermo-plasmonic coefficient of the SPP mode from the accurately measured SPPs signal depth of modulation by which we could compute the thermo-optical coefficients (TOCs) of gold at telecom wavelength. Lastly, we demonstrate a pulsed photo-thermal excitation of the SPPs in the nanosecond regime.Secondly, we investigate the thermo-optical dynamics of polymer loaded surface plasmon waveguide (PLSPPW) based devices photo-thermally excited in the nanosecond regime. First, we demonstrate thermo-absorption of PLSPPW modes mediated by the temperature-dependent ohmic losses of the metal and the thermally controlled field distribution of the plasmon mode within the metal. Next, we consider the thermo-optical response of a PLSPPW based racetrack shaped resonator coupled to a straight bus waveguide and evaluate the photo-thermal activation through heating and cooling times. We conclude that nanosecond excitation combined to high thermal diffusivity materials opens the way to high speed thermo-optical plasmonic devices.Finally, we report on the photo-thermal modulation of SPPs propagation along litho- graphically fabricated gold nanowires sustaining highly confined plasmonic mode at telecom wavelengths. First, we investigate telecommunication characterization of the nanowires by ap- plying high bit rate signal transmission, 10 Gbit/s, through fiber-to-fiber confocal detection setup. Next, we demonstrate and evaluate the photo-thermal modulation of SPPs propagation along the nanowires where we discuss qualitatively TO effects due to light-induced modula- tions on nanowires and show the impact of the incident beam polarization on the photo-thermal modulation.