L'objectif de cette thèse a été l'évaluation de deux semi-conducteurs (l'InP:Fe et le SPS:Te) comme matériaux pour les télécommunications optiques aux longueurs d'ondes infrarouges. D'abord, en ce qui concerne l'InP:Fe: nous avons fait une caractérisation systématique du phénomène d'autofocalisation photoréfractive, prenant en compte les paramètres les plus importants qui intervient dans ce phénomène (température, dopage, intensité du faisceau et de l'éclairage de fond, polarisation du faisceau). Ainsi, nous sommes maintenant capables de contrôler le phénomène d'autofocalisation. En tenant compte également des temps de réponse mesurés et des simulations réalisées, nous croyons que l'interaction de deux faisceaux autofocalisés est possible et maîtrisable sur une échelle de temps de l'ordre de microsecondes. Néanmoins, alors que nous connaissons l'influence des paramètres mis en jeu sur l'autofocalisation, le développement d'un modèle théorique reste indispensable pour une compréhension des mécanismes physiques qui déterminent la dynamique de l'autofocalisation photoréfractive. Nos mesures expérimentales et simulations théoriques ont montré que les modèles existants ne décrivent pas d'une manière satisfaisante les phénomènes observés dans InP:Fe. En revanche, l'autofocalisation observée dans le SPS:Te est décrite par les modèles "classiques" existants. On peut dire que ce deux matériaux sont complémentaires: alors que dans le SPS:Te l'autofocalisation est plus lente que dans l'InPFe, elle est plus forte et plus facile à maîtriser. Tenant compte de cette remarque, nous croyons que ces deux matériaux trouveront leur place dans de futures applications / The goal of this thesis was to evaluate the suitability of two semiconductors (InP:Fe and SPS:Te) for applications at infrared wavelengths in the field of optical telecommunications. For the InP:Fe we did a systematic characterization of the photorefractive self focusing at two infrared wavelengths, taking into the account various parameters that play a role in this phenomenon (temperature, background illumination, doping, beam intensity). We are now able to control the self focusing and, taking into account the response times that we have measured, we believe that is possible to achieve and to control the interaction of two self focused beams on a microsecond time-scale. Nevertheless, even we know now the role played by the above mentioned parameters, a theoretical model is still needed in order to fully understand and control the self focusing. Our measures proved that the current models do not describe correctly this phenomenon. On the other hand, we have found that in SPS the self focusing is described by the classical models ; actually, these two materials have a complementary behaviour: the SPS has a slower response, but exhibits a stronger and easier controllable self focusing than the InP. Taking into account our results, we believe that both InP and SPS will prove to be useful in future applications

Les travaux de recherche présentés ont pour objectif l'étude des non-linéarités photoréfractives en vue de la réalisation de composants optiques pour application dans le domaine de l'instrumentation pour des dispositifs de protection laser et dans le domaine des communications optiques pour des fonctions de routage, commutation et interconnexions optiques. Mise à part la limitation optique qui concerne plutôt l'optronique, ces applications s'inscrivent essentiellement dans des applications de traitement tout optique de l'information. Nous nous intéressons plus particulièrement à la propagation d'ondes solitaires spatiales dans des matériaux photoréfractifs et à la possibilité d'utiliser les phénomènes d'interactions de solitons pour application au routage et interconnexions optiques. Une possibilité est notamment la réalisation de fonctions simples ou plus complexes comme des liaisons point à point, des coupleurs (X ou Y). <br />Dans ces objectifs, des études, à la fois expérimentales et théoriques, des phénomènes d'autofocalisation photoréfractive et de solitons spatiaux ont été réalisées : elles concernent des travaux de recherches sur des matériaux isolants (Bi12TiO20, Sr1-xBaxNb2O6) pour la limitation optique et sur des matériaux semi-conducteurs (InP :Fe, SPS) pour les applications dans les communications optiques. Des études supplémentaires sur les interactions de solitons sont en cours pour la réalisation de démonstrateurs de routage et d'interconnexions optiques. Des travaux récents s'intéressent également à l'auto-organisation de lumière en cavité optique non-linéaire (formation de structures spatiales auto-organisées, structures localisées, solitons de cavité) pour des applications de télécommunications optiques.

C'est autour de la photoréfractivité et de l'auto-focalisation laser que mes travaux de recherche<br />ont principalement été effectués. Cet ouvrage tente une description qui se veut la plus complète<br />possible sans toutefois sacrifier à la minutie des détails, laquelle se trouvant dans d'autres écrits<br />plus spécialisés tels que thèses ou publications scientifiques.<br />Nous la démarrons par une introduction aux raisons qui nous ont conduit à mener ces travaux.<br />Les premiers développements de l'auto-focalisation laser photoréfractive sont donnés dans<br />la première partie — laquelle contient également des références à des travaux antérieurs et à<br />des activités d'enseignement. La deuxième est consacrée aux approfondissements qui ont suivi et<br />qui, pour la plupart, sont encore en cours. La troisième partie est, elle, dévolue à des sujets en<br />marge, qui ont en commun avec les premiers d'une part la photoréfractivité et d'autre part l'autofocalisation.<br />Par ailleurs, c'est en annexe que l'on trouvera des détails mathématiques originaux<br />ainsi que des listes de publications dont certaines sont données dans leur totalité. La bibliographie<br />s'y trouve également à sa place, la dernière.<br />Nous nous attachons à démontrer expérimentalement la réalité de l'auto-focalisation d'un faisceau<br />laser dans un matériau photoréfractif, à des temps aussi de l'ordre de la seconde que de<br />la nanoseconde. Nous avons également développé deux modèles distincts qui nous permettent<br />d'interpréter nos résultats. L'exploitation de ces modèles passe par la réalisation d'algorithmes parall`<br />eles, au développement desquels quelques pages sont consacrées. Ces études ont permis, de par<br />les outils qu'elles utilisent, le développement d'autres thématiques —Double Conjugaison de Phase<br />Photoréfractive et Auto-focalisation dans les solutions photopolymérisables—, au sujet desquelles<br />la dernière partie de ce document apporte quelques éclaircissements.

L'objectif de cette thèse a été l'évaluation de deux semi-conducteurs (l'InP :Fe et le SPS :Te) comme matériaux pour les télécommunications optiques aux longueurs d'ondes infrarouges. <br /> D'abord, en ce qui concerne l'InP :Fe: nous avons fait une caractérisation systématique du phénomène d'autofocalisation photoréfractive, prenant en compte les paramètres les plus importants qui intervient dans ce phénomène (température, dopage, intensité du faisceau et de l'éclairage de fond, polarisation du faisceau). Ainsi, nous sommes maintenant capables de contrôler le phénomène d'autofocalisation. En tenant compte également des temps de réponse mesurés et des simulations réalisées, nous croyons que l'interaction de deux faisceaux autofocalisés est possible et maîtrisable sur une échelle de temps de l'ordre de microsecondes. Néanmoins, alors que nous connaissons l'influence des paramètres mis en jeu sur l'autofocalisation, le développement d'un modèle théorique reste indispensable pour une compréhension des mécanismes physiques qui déterminent la dynamique de l'autofocalisation photoréfractive. Nos mesures expérimentales et simulations théoriques ont montré que les modèles existants ne décrivent pas d'une manière satisfaisante les phénomènes observés dans InP :Fe.<br /> En revanche, l'autofocalisation observée dans le SPS :Te est décrite par les modèles "classiques" existants. On peut dire que ce deux matériaux sont complémentaires: alors que dans le SPS :Te l'autofocalisation est plus lente que dans l'InPFe, elle est plus forte et plus facile à maîtriser. Tenant compte de cette remarque, nous croyons que ces deux matériaux trouveront leur place dans de futures applications.