High intensity behavior of pyroelectric photorefractive self-focusing in LiNbO3

International audienceThe formation of self-confined beams using pyroelectric effect is numerically and experimentally studied in photorefractive LiNbO3. For a given crystal temperature change, the trapped beam width is shown to be less efficient as intensity is increased. Numerical calculations reveal that the induced refractive-index profile varies along propagation for large intensities due to a nonlinear photovoltaic effect. Moreover, it eventually gives beam splitting for intensities greater than a threshold intensity that depends on LiNbO3 composition

Dispersive wave emission and supercontinuum generation in a silicon wire waveguide pumped around the 1550 nm telecommunication wavelength

We experimentally and numerically study dispersive wave emission, soliton fission and supercontinuum generation in a silicon wire at telecommunication wavelengths. Through dispersion engineering, we experimentally confirm a previously reported numerical study [1] and show that the emission of resonant radiation from the solitons can lead to the generation of a supercontinuum spanning over 500 nm. An excellent agreement with numerical simulations is observed.Comment: 4 pages, 4 figure

Low power inelastic light scattering at small detunings in silicon wire waveguides at telecom wavelengths

When a pump beam is propagating through a silicon nanophotonic waveguide, a very small fraction of the light is scattered to other frequencies. At very low intensity, the amount of scattered light is proportional to the power of the pump beam. We show that the scattering intensity increases linearly within the temperature range 300-575 K and that the photon flux decreases as the inverse of the frequency detuning {\nu} over the investigated bandwidth 0.4 THz < |{\nu}| < 2.5 THz. The simplest interpretation of these observations is that the pump beam is scattered on a 1 dimensional thermal bath of excitations. Finally, the implications of this scattering process for quantum optics applications of silicon nanophotonic structures are discussed.Comment: 11 pages, 5 figures, to submit to Journal of the Optical Society

Nouvelle technique de photo-inscription dans LiNbO3 : autofocalisation contrôlée par effet pyroélectrique

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

Nouvelle technique de photo-inscription dans LiNbO3 (autofocalisation contrôlée par effect pyroélectrique)

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 coeur de matériaux photoréactifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyrolélectrique 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 des échantillons de LiNbO3 non dopé. Une annalyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spaciaux dénommés "pyrolitons". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes de matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/ LiNbO3 ont également été observés grâce à cet effet nonlinéaire 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 photoniqueIn 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 " This 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 the pyroelectricity. These experimental results are confirmed by a 3D digital model that takes into count the dynamic of the photorefractive effect. The temperature controlled optical revealed in this work can facilitate the demonstration of new concepts. Furthermore, the photo-induced technique associated opens new perspectives for 3D optical circuit in the LiNbO3, key for material photonic.BESANCON-BU Sciences Staps (250562103) / SudocSudocFranceF

Pyroelectric self-focussing of light beams in reduced lithium niobate crystals

International audienceWe have experimentally studied the dynamics of self-focusing of light beams in chemically reduced lithium niobate crystals when they are uniformly heated. We have established that the pyroelectric effect leads to a change in the light-induced space-charge fi eld, which results in compensation of the photorefractive self-action of the beams

Dynamics of pyroelectric self-focussing of laser beams in reduced LiNbO3 crystals

International audienc