Manipulation de solitons optiques et Hydrodynamique Généralisée // Manipulation of optical solitons and Generalised Hydrodynamics

Les solitons sont des objets fondamentaux omniprésents dans les systèmes d'ondes dispersives non-linéaires. Dans la fibre optique, ils prennent la forme d'impulsions courtes se propageant sans déformation sur de très grandes distances. Les solitons présentent des propriétés remarquables et peuvent être décrits comme des particules interagissant par collisions élastiques. Depuis quelque années, le concept de gaz de solitons (grand ensemble aléatoire de solitons en interaction) attire une attention grandissante dans de nombreux domaines de la physique non-linéaire de par sa faculté à décrire des phénomènes complexes liés à la turbulence intégrable. Cependant, les comportements émergents à grande échelle restent méconnus. « L'Hydrodynamique Généralisée » (GHD) est un cadre théorique très récemment développé afin de décrire ces comportements dans des systèmes quantiques hors équilibre. Elle donne accès notamment à la valeur moyenne des observables locales ainsi que leurs corrélations spatio-temporelles.
L'objectif de cette thèse est de réaliser des expériences originales d'optique non-linéaire sur plateforme fibrée visant à générer, manipuler et observer des grands ensembles de solitons afin de confirmer les prédictions de GHD, voir d'en affiner les modèles. Cela repose sur le savoir faire unique de l'équipe d'accueil qui développe des systèmes de boucles de recirculation fibrées permettant le contrôle spatio-temporelles d'ondes durant leur propagation. En particulier, de nombreuses configurations où les solitons interagissent dans des potentiels externes de formes variées seront étudiées, ainsi que l'impact d'effets brisant l'intégrabilité du système. Les activités envisagées incluent aussi la réalisation de simulations numériques de propagation d'ondes et l'utilisation d'outils d'apprentissage automatique afin de générer expérimentalement des champs optiques complexes.
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Solitons are fundamental entities that are ubiquitous in nonlinear dispersive wave systems. In optical fibres, they manifest as short pulses that propagate without deformation over very long distances. Solitons exhibit remarkable properties and can be described as particles interacting through elastic collisions. In recent years, the concept of soliton gases (large random ensembles of interacting solitons) has attracted increasing attention across various fields of nonlinear physics due to its ability to describe complex phenomena related to integrable turbulence. However, their large-scale emergent behaviors remain poorly understood. 'Generalised Hydrodynamics' (GHD) is a recently developed theoretical framework designed to describe these behaviors in out-of-equilibrium quantum systems. It provides access to the average values of local observables as well as their spatio-temporal correlations.
The objective of this thesis is to conduct original nonlinear optics experiments on fiber-based platforms aimed at generating, manipulating, and observing large ensembles of solitons to confirm GHD predictions and potentially refine its models. This work relies on the unique expertise of the host team, which has developed recirculating fibre loop systems enabling spatio-temporal control of waves during their propagation. Specifically, various configurations where solitons interact within external potentials of different forms will be studied, along with the impact of effects that break the system's integrability. The proposed activities also include numerical simulations of wave propagation and the use of machine learning tools to experimentally generate complex optical fields.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Les candidats devront détenir (ou être en passe de détenir) un diplôme équivalent au M2 en Physique avec une spécialisation en dynamique non-linéaire ou en photonique. Des compétences en optique (fibrée), en programmation (Python/Matlab) et une maîtrise de l'anglais sont attendues.
Candidates must hold (or be in the process of obtaining) a degree equivalent to an M2 in Physics with a specialisation in nonlinear dynamics or photonics. Skills in optics (fiber-based), programming (Python/Matlab), and proficiency in English are expected.