Thèse Étude Théorique de la Génération de Peignes de Fréquences Multiples dans les Résonateurs à n Dimensions H/F

Université de Lille

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : Physique des Lasers, Atomes et Molécules
Direction de la thèse : Matteo CONFORTI ORCID 0000000271589188
Début de la thèse : 2026-11-09
Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59

Les peignes de fréquences optiques sont des sources lumineuses transformatrices qui ont
profondément renouvelé la science de la mesure de précision, comme l'illustre le Prix Nobel
de physique décerné à T. W. Hänsch en 2005. Leurs applications couvrent la détection de
polluants, la mesure de distance pour les véhicules autonomes, ainsi que la détection
d'exoplanètes. Parmi les différentes plateformes capables de générer des peignes de
fréquences, les résonateurs à facteur de qualité élevé présentent des avantages
déterminants pour produire des peignes larges et stables. Malgré de nombreux travaux, les
dynamiques fondamentales qui gouvernent la formation de ces peignes restent encore
insuffisamment comprises. Les approfondir est essentiel pour améliorer le contrôle des
caractéristiques des peignes en vue des applications mentionnées ci-dessus. En particulier, les résonateurs capables de générer plusieurs peignes de fréquences nécessitent une
investigation spécifique. Ces systèmes sont d'un intérêt central pour la spectroscopie à double peigne, la mesure optique de distance, et le calcul neuromorphique, mais leurs dynamiques non linéaires intrinsèquement multidimensionnelles introduisent une complexité encore non résolue.

Optical frequency combs have become central tools in modern photonics and precision metrology, with applications ranging from spectroscopy to optical ranging and frequency synthesis. Among the various platforms, nonlinear optical resonators with high quality factors have emerged as particularly efficient systems for frequency comb generation, owing to their ability to enhance light-matter interactions and sustain rich nonlinear dynamics.

The formation of frequency combs in such systems is generally associated with modulation instability and subsequent nonlinear processes leading to phase-locked spectral structures. While these mechanisms are now well understood in simplified configurations, most theoretical descriptions rely on reduced one-dimensional models that do not fully capture the complexity of realistic systems.

In recent years, increasing attention has been devoted to resonators supporting multiple degrees of freedom, such as spatial, temporal, or modal dimensions. These systems can give rise to the simultaneous generation of multiple frequency combs and to complex coupling mechanisms between them. Such multidimensional nonlinear dynamics open new perspectives for applications including dual-comb spectroscopy and neuromorphic photonics, but also raise fundamental questions regarding stability, coherence, and control.

In this context, a comprehensive theoretical and numerical investigation of frequency comb generation in N-dimensional resonators is required to better understand the underlying physical mechanisms and to identify regimes of operation relevant for emerging applications.