5) Nonlinear Dynamics of Optical Systems

Dynamique non-linéaire des systèmes optiques non-locaux et stochastiques: l’exemple des cristaux liquides

Notre groupe est impliqué dans la recherche et les applications de systèmes optiques non-linéaires allant de la formation de motifs transversaux aux instabilités temporelles telles que les solitons. Nos études sont à la fois théoriques et expérimentales et concernent à la fois la physique fondamentale et appliquée.

Nous portons un intérêt tout particulier au contrôle et à la manipulation des objets lumineux et de leur trajectoires - des objets tels que les états localisés et les singularités d’ondes. Dans ce cadre, nous nous concentrons sur la génération de singularités d’ondes spatiales (localisation, onde de choc, effondrement d'onde, vortex, etc.). Plus spécifiquement, nous étudions les effets de la non-localité et du bruit sur les singularités qui émergent lors de la propagation à travers un milieu à cristaux liquides. C'est un milieur de type Kerr à réponse non-instantanée. Les singularités d'ondes sont bien connues dans les systèmes temporels tels que la fibre optique, mais elles sont très peu explorées dans les systèmes spatiaux focalisants.

Les cristaux liquides sont un excellent terrain de jeu pour les études non-linéaires telles que la localisation et la manipulation de la lumière. En effet, ils possèdent, en premier lieu, une non-linéarité géante mais, plus intéressant encore, presque tous les ingrédients que l’on peut rencontrer dans un système physique (bruit, non-localité, temps de réponse ultra-lent, etc.). Ainsi, ils permettent d'aborder tous les aspects d'un système expérimental. Grâce à leur réponse non-linéaire ultra-lente et à leur diffusion, ils permettent d'accéder en temps réel à la dynamique et de suivre l'évolution de la lumière tout au long de la propagation à travers le milieu.

A titre d'exemple, nous avons montré que le bruit et le temps de réponse ultra-lent des cristaux liquides induisaient une dynamique de type marche aléatoire de l'onde solitaire (l'objet optique analogue à un bit). Ceci démontre l’importance des études (i) de stochasticité par rapport au déterminisme et (i) de prendre en compte tous les paramètres expérimentaux [H. Louis, M. Tlidi, E. Louvergneaux, "Mise en évidence expérimentale de la propagation dynamique d'ondes solitaires dans un milieu de Kerr stochastique ultra-lent non local", Opt. Express 24, 16206 (2016)].

 

Research interests
1) Non-Local and Stochastic Effects on Singularities
2) Highly Nonlinear Regimes: Frequency Continuum, Rogue Waves and Non-Gaussian Statistics
3) Light Localization : Dissipative Solitons, Fronts and Localized Structures
4) Drifting Instabilities in Extended Systems
5) Pattern Formation

Our nonlinear optical experimental lab
2 single mode CW Verdi lasers @ 532 nm
Nonlinear media : nematic liquid crystal slices (Kerr equivalent)
Polarizing miscroscope

Collaborations
Groupe de photonique non-linéaire dans les fibres, M. Conforti, S. Trillo (Univ Lille)
Groupe des ondes scélérates, S. Coulibaly, M. Taki (Univ Lille)
Univ du Chili, M. Clerc
Univ Libre de Bruxelles, M. Tlidi

Projects
Coordination : E. Louvergneaux
COLORS : Control of Optical LOcalized and Rare Structures
In this project, we develop control methods and strategies for the optical localized structures arising in nonlinear passive optical experiments such as shaping the patterns, switching between different coexisting structures, displacing them transversally, or else controlling rare intense events (such as optical rogue waves) that can occur in spatiotemporal systems and that can have dramatic consequences.

We plan to study the statistics and properties of spatial localized intense events in different experimental configurations such as cavity and feedback systems. More specifically, we will explore their localization properties as well as the influence of the convective nature of the system in their statistical properties

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