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Simon-Pierre GORZA


coordonnées


Ecole polytechnique de Bruxelles
Simon-Pierre GORZA
tel 02 650 28 02, Simon-Pierre.Gorza@ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP194/05, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles




unités de recherche


Centre transdisciplinaire de Recherche Optique et Information quantique [Optics and quantum information research center] (OptIQ)
OPERA - Photonique [OPERA-Photonics] (OPERA)



projets


Etude des phénomènes optiques non linéaires dans des guides d'ondes plans en matériaux semi-conducteurs [Study of nonlinear optical phenomena in semiconductor planar waveguides]
Ce projet vise à étudier les propriétés de propagation non linéaire de la lumière dans des guides d'ondes réalisés en matériaux semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont des milieux optiquement non linéaires dont la non-linéarité de Kerr quasi instantanée est plus de 500 fois supérieure à celle de la silice qui compose les fibres. En outre, cette non-linéarité apparaît aux longueurs d'onde infrarouges actuellement utilisées en télécommunication optique, ce qui fait de ces milieux des candidats potentiels intéressant pour la conception de dispositifs intégrés permettant le traitement tout-optique ultrarapide de l'information. Cependant jusqu'à présent, notre recherche dans ce domaine revêt un caractère plus fondamental puisque nous nous intéressons à la mise en évidence expérimentale de phénomènes physiques nouveaux au coeur de l'interaction non linéaire lumière/matière en milieux guidant à géométrie planaire. Plus particulièrement, nous étudions les phénomènes d'instabilités que subissent les solitons lorsque plus d'une dimension transverse (temporelle ou spatiale) est présente. Notre étude porte également sur la propagation non linéaire de la lumière en présence de structures périodiques gravées sur les guides d'ondes. Ces projets de recherche sont menés en collaboration avec le laboratoire OPTO de l'université de Gand qui réalise, entre autres, les gravures sur les guides semi-conducteurs. [The objective of this project is to study nonlinear propagation of light in semiconductor waveguides. Semiconductors are nonlinear optical media that exhibit an ultrafast Kerr nonlinearity, 500 times that of fused silica used to fabricate optical fibers. Moreover, this nonlinearity appears for near-infrared wavelengths currently used in optical telecommunications. Therefore, semiconductor media are potentially attractive to design integrated systems that perform ultrafast all-optical signal handling. However, to date, our research in this field has a more fundamental aspect since we are interested in experimental observation of new physical phenomena due to nonlinear interactions between light and matter in planar guided media. We study particularly transverse instabilities of solitons that occur when a soliton propagates in systems with two transverse dimensions (in space or time). We also study nonlinear propagation of light in periodic structures etched on waveguides. These projects are carried out in collaboration with the OPTO laboratory from the Ghent University where gratings on semiconductors are etched. ]

Photonique hautement efficace sur silicium : interactions non-linéaires ultrarapides sur puce dans le cadre d'analogies aux horizons des événements optiques [High efficient silicon photonics: on-chip ultrafast nonlinear interactions at an optical event horizon]
Problem statementNonlinear interactions between linear waves and solitons have attracted a tremendous amount of interest in the scientific community for many years. In this framework, interactions between waves of similar group velocities particularly draw the attention of researchers for their potential useful applications such as frequency converters or for future optical transistor-like devices. In this particular process, the propagation of an intense solitonic pump in a Kerr medium induces a moving refractive index perturbation, which in turn leads to a frequency conversion of a weak probe wave through a cross-phase modulation process. Since this interaction take place in a dispersive medium, the frequency conversion of the probe in the spectral domain alters the velocity of the probe that is either accelerated or decelerated, preventing any crossing between the two waves. Recently, this effect has been reinterpreted as the optical analogue of the event horizon of black and white holes, as the intense pulse constitutes a horizon that light can neither join nor escape. These so-called optical event horizons have thus also largely been studied for their analogy with general relativity and in particular with the Hawking radiation. Numerous experimental and theoretical studies have been investigated, in various configurations. However, owing to the essential role played by the dispersion properties of the structure for the observation of an optical event horizon, almost all these demonstrations have been performed in photonic crystal fibers (PCFs), for which quasi on-demand dispersion properties can be engineered. On the other hand, silicon integrated nanophotonic waveguides have already proved their great potentialities in nonlinear optics, as for instance, for the supercontinuum generation. Moreover, their fully CMOS-compatible structures, make these structures very promising for high efficiency, low cost and low power useful applications.The aim of this project is to demonstrate such optical event horizon interactions and their related effects in silicon nanophotonic waveguides. Contributions' First demonstration of an optical event horizon in integrated structure by the interaction of an intense pulse and a low power CW probe.' Demonstration of an optical event horizon in silicon nanophotonic waveguide by the interaction of an intense pulse on a cross-polarized CW probe. The very different dispersion properties of the two polarizations lead, among others, to a higher conversion efficiency.ContactDr. Charles Ciret (Charles.ciret@ulb.ac.be)Prof. Simon-Pierre Gorza (sgorza@ulb.ac.be) [Problem statementNonlinear interactions between linear waves and solitons have attracted a tremendous amount of interest in the scientific community for many years. In this framework, interactions between waves of similar group velocities particularly draw the attention of researchers for their potential useful applications such as frequency converters or for future optical transistor-like devices. In this particular process, the propagation of an intense solitonic pump in a Kerr medium induces a moving refractive index perturbation, which in turn leads to a frequency conversion of a weak probe wave through a cross-phase modulation process. Since this interaction take place in a dispersive medium, the frequency conversion of the probe in the spectral domain alters the velocity of the probe that is either accelerated or decelerated, preventing any crossing between the two waves. Recently, this effect has been reinterpreted as the optical analogue of the event horizon of black and white holes, as the intense pulse constitutes a horizon that light can neither join nor escape. These so-called optical event horizons have thus also largely been studied for their analogy with general relativity and in particular with the Hawking radiation. Numerous experimental and theoretical studies have been investigated, in various configurations. However, owing to the essential role played by the dispersion properties of the structure for the observation of an optical event horizon, almost all these demonstrations have been performed in photonic crystal fibers (PCFs), for which quasi on-demand dispersion properties can be engineered. On the other hand, silicon integrated nanophotonic waveguides have already proved their great potentialities in nonlinear optics, as for instance, for the supercontinuum generation. Moreover, their fully CMOS-compatible structures, make these structures very promising for high efficiency, low cost and low power useful applications.The aim of this project is to demonstrate such optical event horizon interactions and their related effects in silicon nanophotonic waveguides. Contributions' First demonstration of an optical event horizon in integrated structure by the interaction of an intense pulse and a low power CW probe.' Demonstration of an optical event horizon in silicon nanophotonic waveguide by the interaction of an intense pulse on a cross-polarized CW probe. The very different dispersion properties of the two polarizations lead, among others, to a higher conversion efficiency.ContactDr. Charles Ciret (Charles.ciret@ulb.ac.be)Prof. Simon-Pierre Gorza (sgorza@ulb.ac.be)]

Amélioration de la résolution spatiale en microscopie multiphotonique par saturation de la fluorescence
Dans le cadre de ce projet, nous nous proposons de développer une méthode permettant d'améliorer sensiblement la résolution spatiale en microscopie multiphotonique en se basant sur l'effet de saturation du signal de fluorescence. Une méthode similaire a récemment été proposée dans la littérature dans le contexte de la microscopie confocale. Il peut paraître paradoxal que la saturation du signal de fluorescence puisse améliorer la résolution spatiale. En effet, en première analyse, celle-ci devrait conduire à une déformation de la PSF par rapport au cas non saturé et donc à une diminution de la résolution spatiale. Cependant, lorsque le signal d'illumination est modulé périodiquement à la fréquence w et que l'amplitude crête du signal de modulation est suffisante pour entrer en régime de saturation du signal de fluorescence, des harmoniques d'ordre supérieur (2w, 3w,...) vont apparaître dans le signal de fluorescence. Ces harmoniques seront présentes dans le signal de fluorescence modulé parce que la relation entre l'intensité d'illumination et l'intensité de fluorescence n'est plus linéaire lorsque l'on s'approche du régime de saturation. Ainsi, si la démodulation du signal de fluorescence se fait non pas sur la première harmonique mais sur une harmonique supérieure (p.ex. 2w), il est possible de montrer que la résolution spatiale, tant axiale que latérale, est améliorée, car le signal harmonique est préférentiellement généré au centre de la fonction d'étalement du point. [Dans le cadre de ce projet, nous nous proposons de développer une méthode permettant d'améliorer sensiblement la résolution spatiale en microscopie multiphotonique en se basant sur l'effet de saturation du signal de fluorescence. Une méthode similaire a récemment été proposée dans la littérature dans le contexte de la microscopie confocale. Il peut paraître paradoxal que la saturation du signal de fluorescence puisse améliorer la résolution spatiale. En effet, en première analyse, celle-ci devrait conduire à une déformation de la PSF par rapport au cas non saturé et donc à une diminution de la résolution spatiale. Cependant, lorsque le signal d'illumination est modulé périodiquement à la fréquence w et que l'amplitude crête du signal de modulation est suffisante pour entrer en régime de saturation du signal de fluorescence, des harmoniques d'ordre supérieur (2w, 3w,...) vont apparaître dans le signal de fluorescence. Ces harmoniques seront présentes dans le signal de fluorescence modulé parce que la relation entre l'intensité d'illumination et l'intensité de fluorescence n'est plus linéaire lorsque l'on s'approche du régime de saturation. Ainsi, si la démodulation du signal de fluorescence se fait non pas sur la première harmonique mais sur une harmonique supérieure (p.ex. 2w), il est possible de montrer que la résolution spatiale, tant axiale que latérale, est améliorée, car le signal harmonique est préférentiellement généré au centre de la fonction d'étalement du point.]



theses


Gorza, Simon-Pierre, « Étude expérimentale de la propagation non linéaire dans les guides optiques plans : instabilité serpentine et soliton de Bragg », 2004



prix


Prix Charles FRERICHS (2002) décerné par la Faculté des sciences appliquées de l'Université libre de Bruxelles pour avoir obtenu la moyenne des cotes la plus élevée de la Faculté durant les trois dernières années d'études.

SOLVAY AWARD (2002) décerné pour le travail de fin d'études : « Tomographie interférométrique pour la mesure de distributions tridimensionnelles de température dans un liquide »

Prix Charles FRERICHS (2002) décerné par la Faculté des sciences appliquées de l'Université libre de Bruxelles pour avoir obtenu la moyenne des cotes la plus élevée de la Faculté durant les trois dernières années d'études.

SOLVAY AWARD (2002) décerné pour le travail de fin d'études : « Tomographie interférométrique pour la mesure de distributions tridimensionnelles de température dans un liquide »



disciplines et mots clés déclarés


Biophysique Lumière cohérente lasers Optique Optique non linéaire Sciences de l'ingénieur Technologie des télécommunications [télécommunications]

biophotonique guide d'ondes semi-conducteur multiphoton optique non linéaire optique non-linéaire photonique résolution sax microscopie traitement optique de l'information