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Concept
Automodulation de phase
Résumé
L'automodulation de phase (self-phase modulation, souvent abrégé en SPM en anglais) est un effet optique non linéaire d'interaction lumière-matière (gaz, solide, liquide). Une impulsion ultra-courte, lorsqu'elle voyage dans un milieu matériel, induit une variation de l'indice de réfraction de ce milieu par effet Kerr. Cette variation induit à son tour un décalage de phase dans l'impulsion, ce qui conduit à une modification du spectre en fréquence de l'impulsion.
L'automodulation de phase est un effet important dans les systèmes optiques qui utilisent des impulsions brèves et intenses, tels que les lasers et les réseaux de communications par fibre optique.
Considérons une impulsion ultra-courte dont l'intensité au temps t est donnée par I(t). Si l'impulsion se propage dans un milieu matériel, l'effet Kerr optique induit un changement de l'indice de réfraction en fonction de l'intensité :
où n0 est l'indice de réfraction linéaire et n2 l'indice de réfraction non linéaire de second ordre du milieu. Nous considérons dans toute la suite de cet article une nonlinéarité n2 positive (comme c'est par exemple le cas dans les fibres optiques), mais il est également possible d'avoir un coefficient n2 négatif (dans quel cas les conclusions énoncées seront opposées).
Lors de la propagation, l'intensité à chaque point du milieu traversé augmente, puis diminue au passage de l'impulsion. D'où la variation de l'indice de réfraction :
Cette variation provoque un décalage de la phase instantanée de l'impulsion :
où et sont respectivement la fréquence de la porteuse et la longueur d'onde (dans le vide) de l'impulsion, la distance sur laquelle l'impulsion s'est propagée.
Le décalage de phase induit un décalage en fréquence de l'impulsion. La fréquence instantanée ω(t) est donnée par
Tracer ω(t) montre la variation en fréquence de part et d'autre de l'impulsion. Le front de l'impulsion est décalé vers les basses fréquences ("décalage vers le rouge"), la traîne est décalée vers les hautes fréquences ("décalage vers le bleu"), et le sommet du pic n'est pas décalé en phase.
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