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Apparitions et disparitions multiples de la récurrence de Fermi-Pasta-Ulam dans une fibre optique dues à la pente de la dispersion

3 juin 2014

Laser , PhLAM - UMR 8523 , fibre optique , optique non linéaire

Des physiciens viennent de mettre en évidence expérimentalement et numériquement le rôle joué par la pente de la dispersion sur le phénomène de récurrence de Fermi-Pasta-Ulam dans une fibre optique. Ce paramètre induit de multiples disparitions et réapparition de ce phénomène de récurrence que l’on peut associer à des pertes réversibles ou irréversibles induites sur le système.

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Dans certains systèmes non linéaires, après s’être dispersée dans l’ensemble des modes du système, l’énergie revient intégralement sur le mode excité initialement. Ce phénomène, nommé récurrence Fermi - Pasta - Ulam a été découvert théoriquement dans les années 1950, mais il a fallu attendre le début des années 2000 pour l’observer expérimentalement dans des fibres optiques. Alors que jusqu’à présent, les expériences avaient été menées dans des régimes de fonctionnement particuliers où la dispersion de la vitesse de groupe est supposée constante sur le spectre d’intérêt, des physiciens du Laboratoire de physique des lasers, atomes et molécules – PhLAM (CNRS / Univ. Lille 1) et de l’Université de Canberra viennent de montrer que ce phénomène peut être observé dans une fibre optique « réaliste » où la dispersion de la vitesse de groupe varie avec la fréquence. Ce travail est publié dans la revue Physical Review X.

Les expériences ont été réalisées dans une fibre optique à dispersion décalée dans laquelle une pompe puissante a été injectée en zone de dispersion anormale avec un faible signal sonde. L’évolution longitudinale du gain subie par le signal, qui rend compte du phénomène de récurrence, a été mesurée en découpant la fibre en plusieurs tronçons (environ 30). Pour chacun d’entre eux, la longueur d’onde de pompe a été balayée afin de faire varier le rapport entre dispersion de vitesse de groupe et sa pente (supposée constante sur toute la plage de variation) dont dépend la dynamique du phénomène. En analysant théoriquement ces expériences, les chercheurs ont montré que les interactions entre les ondes dispersives et les harmoniques issues du processus d’instabilité de modulation dans les fibres optiques conduisent soit à des pertes irréversibles ou réversibles qui annihilent ou non le phénomène de récurrence. Ce processus est modélisé par l’équation de Schrödinger non linéaire étendue qui rend compte de la dynamique de systèmes dans d’autres domaines de la physique et l’on pourrait s’attendre à observer ce même type de comportement en hydrodynamique ou en physique des plasmas par exemple.

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Résultats expérimentaux illustrant l’évolution des puissances de pompe (a) et signal (b) en fonction de la longueur de fibre et de la dispersion de vitesse de groupe.

En savoir plus

Fermi-Pasta-Ulam recurrence in nonlinear fiber optics : the role of reversible and irreversible losses
A. Mussot1, A. Kudlinski1, M. Droques1, P. Szriftgiser1 et N. Akhmediev2, Physical Review X (2014)

Contacts chercheurs

Arnaud Mussot, maître de conférence à l’Université de Lille 1

Informations complémentaires

1 Laboratoire de physique des lasers, atomes et molécules (PhLAM)

2 Optical Sciences Group, Research School of Physics and Engineering, The Australian National University

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr