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Marc HAELTERMAN


coordonnées


Ecole polytechnique de Bruxelles
Marc HAELTERMAN
tel 02 650 28 21, fax 02 650 44 96, Marc.Haelterman@ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP194/05, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles




unités de recherche


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. ]

Conception et réalisation d'un réseau de neurones optique de type réservoir [Conception and realization of an optical ''Reservoir Computing'' implementation of neural networks]
Depuis de nombreuses années, l'un des défis majeurs de l'industrie des télécommunications est de pouvoir traiter les informations qui arrivent dans les lignes de télécommunications optiques en temps réel -par exemple pour le routage- sans passer par l'électronique. Ceci nécessite une version, éventuellement assez simple, d'un calculateur analogique tout optique. Nous en explorerons une approche particulière, appelée « Reservoir Computing », proposée très récemment pour réaliser de manière analogique de tels calculs, basés sur la dynamique des systèmes faiblement chaotiques. Ce projet est réalisé en collaboration avec l'université de Gand. [For many years, one of the most challenging issues addressed by the telecommunications industry is to process all optically, i.e. without resorting to electronics, information data carried by optical telecommunications cables. One possible way of solving this issue is to resort to simple optical analog calculators. In this project we investigate a recently proposed approach called 'Reservoir Computing' to build an all-optical calculator dedicated to realize simple specific tasks. This approach is based on the dynamics of weakly chaotic systems. This project is conducted in collaboration with Ghent University.]

Étude théorique et expérimentale des cavités optiques non linéaires passives à fibre à pompage synchrone. [Theoretical and experimental study of synchronously driven nonlinear passive optical fiber cavities.]
Nous avons mené une activité de recherche théorique sur les cavité optiques passives à fibre. Ces cavités présentent, lorsqu'elles sont soumises à un pompage synchrone, des propriétés dynamiques non linéaires extrêmement riches. D'une part, elles présentent des instabilités pouvant conduire au chaos optique et, d'autre part, elles possèdent des propriétés non linéaires remarquables telles que la bistabilité optique qui peut être appliquée à la réalisation de mémoires optiques dynamiques. Nous avons investigué de nombreux aspects fondamentaux des propriétés dynamiques non linéaires des cavités à fibre. Parmi nos travaux théoriques, on trouve entre autres : l'élaboration d'un modèle théorique analytique des instabilités de type doublement de période, la mise en évidence du phénomène d'instabilité modulationnelle en régime de dispersion normale, la découverte du chaos modulationnel de faible dimension, la conception d'une source d'impulsions lumineuses ultracourtes à haut taux de répétition ainsi que la découverte d'un régime de doublement de période de polarisation pure. Nous avons réalisé une étude expérimentale sur le sujet. Grâce à une technique de stabilisation interférométrique de la cavité développée en collaboration avec l'Université de Limoges, nous avons pu mettre en évidence la bistabilité optique et le doublement de période en régime stable, ce qui représente un progrès considérable par rapport aux études existantes sur le sujet. L'étape suivante de nos travaux sera de mettre en évidence, de façon expérimentale, le régime chaotique et surtout de le caractériser finement. [We have carried out theoretical studies of nonlinear passive fiber cavities. These cavities exhibit, when subject to synchronous pumping, a very rich spectrum of complex dynamical behaviors. On the one hand they exhibit instabilities which can lead to optical chaos and, on the other hand, they possess remarkable nonlinear properties such as optical bistability which can find applications in all-optical data storage. We have investigated numerous fundamental aspects of the nonlinear properties of the passive fiber cavities. Among our achievement, one finds: the theoretical modeling and analytical description of period-doubling instabilities, the evidence of the modulational instability in the normal dispersion regime, the discovery of low-dimensional modulational chaos, the design of a high-bit-rate source of ultra-short light pulses and the discovery of the pure-polarization period-doubling instabilities. Thanks to an interferometric stabilisation technique elaborated in collaboration with the University of Limoges (France) we observed optical bistability and period doubling in a stable operation regime. This represents a significant progress with respect to previous studies on the subject. Our next experimental work will be to observe and characterize the chaotic regime that was predicted theoretically.]

Modulateur passif fonctionnant sur un principe de rétroaction analogue à celui de la lame de Kerr [Passive modulator based on a feedback loop similar to that of the Kerr slice]
Ce projet vise à transposer du domaine spatial vers le domaine temporel, la génération de motifs stables par rétroaction optique dans une lame de matériau de type Kerr (à non-linéarité cubique). Outre les aspects fondamentaux de l'étude du système dynamique passif que nous avons conçu dans le domaine temporel, ce projet vise à la création d'un modulateur passif, capable de transformer un signal continu en train d'impulsions stables, dont les propriétés dépendraient des caractéristiques de dispersion et non-linéarité des différents constituants du dispositif.Ce projet est une collaboration entre OptIQ et le groupe d'optique non linéaire théorique (ONT) de l'ULB. [This project aims to transpose, from the spatial domain to the temporal domain, the development of stable patterns by optical feedback in a Kerr slice. In addition to the fundamental aspects realted to the study of the dynamical properties of the passive system that we designed, this project aims to build a passive modulator, able to generate a stable train of pulses from a continuous signal. The characteristics of the generated train should depend only on the intrinsic dispersive and nonlinear properties of the different parts of the setup. This project involves OptIQ members and members of the ONT group at ULB.]



theses


Haelterman, M., ''Contribution à l'étude de l'optique non linéaire dans les guides et les cavités : propagation non linéaire et bistabilité'', Dir. Prof. J. Ebbeni, Service d'Optique et d'Acoustique, ULB, Bruxelles, 1989

Haelterman, M., ''Instabilités modulationnelles et solitons optiques'', Service d'Optique et d'Acoustique, ULB, Bruxelles, 1999



prix


Prix FABRY DE GRAMONT (1995), décerné pour les travaux sur les solitons vectoriels par la Société française d'optique (SFO) et le Groupement des industries françaises de l'optique (GIFO)

Prix PANKOWKY-KIPFFER (1984) attribué à Marc HAELTERMAN pour son travail de fin d'études effectué dans le domaine de la Physique au sein de la Faculté des Sciences Appliquées de l'Université Libre de Bruxelles.

Prix ALCATEL BELL (1997) attribué par la Société Alcatel Bell et le Fonds national de la recherche scientifique (FNRS) pour une étude originale sur un concept nouveau dans le domaine des télécommunications.

Prix DE BOELPAEPE (2001) attribué par la Classe des sciences de l'Académie royale de Belgique, pour une contribution originale à la photographie et autres formes de l'imagerie (saisie, traitement, stockage et transmission d'information optique).

Prix FABRY DE GRAMONT (1995), décerné pour les travaux sur les solitons vectoriels par la Société française d'optique (SFO) et le Groupement des industries françaises de l'optique (GIFO)

Prix PANKOWKY-KIPFFER (1984) attribué à Marc HAELTERMAN pour son travail de fin d'études effectué dans le domaine de la Physique au sein de la Faculté des Sciences Appliquées de l'Université Libre de Bruxelles.

Prix ALCATEL BELL (1997) attribué par la Société Alcatel Bell et le Fonds national de la recherche scientifique (FNRS) pour une étude originale sur un concept nouveau dans le domaine des télécommunications.

Prix DE BOELPAEPE (2001) attribué par la Classe des sciences de l'Académie royale de Belgique, pour une contribution originale à la photographie et autres formes de l'imagerie (saisie, traitement, stockage et transmission d'information optique).



disciplines et mots clés déclarés


Lumière cohérente lasers Optique des fibres (électromagnétisme) Optique non linéaire Technologie des télécommunications [télécommunications] Technologies de l'information et de la communication (TIC)

bistabilité cavité optique dispersion doublement de période et chaos effet kerr fibre optique monomode guide d'ondes semi-conducteur optique non linéaire optique non-linéaire réseau de neurones optique reservoir computing rétroaction optique traitement optique de l'information