Etudes théorique et expérimentale de la rétroinjection optique sur lasers à solide PDF Download
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Le principal objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre des lasers à base de verre phosphate codopé Yb3+:Er3+ pompés par diode afin d’étudier leur comportement lorsqu’ils sont soumis à une rétroinjection optique. Ce type de laser présente, comme principaux avantages par rapport aux autres sources, une grande sensibilité à la rétroinjection, compte tenu des propriétés de l’ion Er3+ favorisant les oscillations de relaxation du laser, et une longueur d’onde d’émission à 1,55 μm qui appartient au domaine de sécurité oculaire. Tout d’abord, nous avons établi pour la première fois les équations d’évolution de l’inversion de population et du champ électrique d’un laser à 3 niveaux (Yb:Er) soumis à un retour optique. Nous avons ensuite réalisé une étude comparative de l’influence du milieu à gain et des paramètres de cavité sur la rétroinjection optique d’un système à 3 niveaux et à 4 niveaux (LNA:Nd). Les lasers, réalisés au laboratoire, ont été mis en œuvre dans des expériences de rétroinjection optique permettant des mesures originales de vitesse et de distance. Avec ces mêmes lasers, des expériences de vibration et de restitution d’un son ont été réalisées avec succès. La troisième partie de la thèse a concerné la mise en œuvre d’un laser bi-fréquence. Un tel laser oscille simultanément sur deux états propres de polarisation orthogonaux dont les fréquences optiques sont légèrement décalées. On peut alors utiliser le battement entre ces deux états propres en rétroinjection optique. Ce type de détection permet une amélioration significative du rapport signal sur bruit obtenu avec une détection homodyne.
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Le principal objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre des lasers à base de verre phosphate codopé Yb3+:Er3+ pompés par diode afin d’étudier leur comportement lorsqu’ils sont soumis à une rétroinjection optique. Ce type de laser présente, comme principaux avantages par rapport aux autres sources, une grande sensibilité à la rétroinjection, compte tenu des propriétés de l’ion Er3+ favorisant les oscillations de relaxation du laser, et une longueur d’onde d’émission à 1,55 μm qui appartient au domaine de sécurité oculaire. Tout d’abord, nous avons établi pour la première fois les équations d’évolution de l’inversion de population et du champ électrique d’un laser à 3 niveaux (Yb:Er) soumis à un retour optique. Nous avons ensuite réalisé une étude comparative de l’influence du milieu à gain et des paramètres de cavité sur la rétroinjection optique d’un système à 3 niveaux et à 4 niveaux (LNA:Nd). Les lasers, réalisés au laboratoire, ont été mis en œuvre dans des expériences de rétroinjection optique permettant des mesures originales de vitesse et de distance. Avec ces mêmes lasers, des expériences de vibration et de restitution d’un son ont été réalisées avec succès. La troisième partie de la thèse a concerné la mise en œuvre d’un laser bi-fréquence. Un tel laser oscille simultanément sur deux états propres de polarisation orthogonaux dont les fréquences optiques sont légèrement décalées. On peut alors utiliser le battement entre ces deux états propres en rétroinjection optique. Ce type de détection permet une amélioration significative du rapport signal sur bruit obtenu avec une détection homodyne.
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NOUS EXPLORONS QUELQUES ASPECTS NOUVEAUX DES LASERS SOLIDES MONO-FREQUENCES ET BI-FREQUENCES DOPES AUX TERRES RARES. NOUS NOUS INTERESSONS NOTAMMENT A L'ERBIUM DANS LES SYSTEMES COMPLEXES QUE SONT LES VERRES, MAIS QUI PRESENTENT L'INTERET D'OFFRIR UNE GRANDE PLAGE SPECTRALE DE GAIN. TOUT D'ABORD, DANS CE TYPE DE LASER TOUT FAISCEAU GAUSSIEN TEM 0 0 INDUIT UN EFFET DE LENTILLE RESONNANT QUI, ASSOCIE A LA DIFFRACTION, PROVOQUE DES PERTES RESONNANTES. CECI CONDUIT A DES ANOMALIES DANS LES CARACTERISTIQUES DE BASE D'UN LASER, COMME LA PUISSANCE DE SORTIE D'UN LASER MONOMODE OU LE SPECTRE D'UN MICROLASER MULTIMODE. GRACE A DES MONTAGES ORIGINAUX, NOUS AVONS PU EXPLORER LE CARACTERE HOMOGENE DE LA RAIE DE CE TYPE DE LASER EN MESURANT LE COUPLAGE NON-LINEAIRE ENTRE DEUX MODES. CE COUPLAGE SE REVELE CONSTANT ET PARTICULIEREMENT ELEVE POUR L'ERBIUM DANS UN VERRE : C = 0,85. EN REVANCHE, LES TERMES DE SATURATIONS CROISEES VARIENT FORTEMENT AVEC LA LOCALISATION SPECTRALE DES DEUX MODES, METTANT EN EVIDENCE DES STRUCTURES SPECTRALES INACCESSIBLES PAR LES METHODES DE SPECTROSCOPIE USUELLES. NOUS METTONS AU POINT UN LASER BI-FREQUENCE MONO-AXE DONT LA QUALITE SPECTRALE DU BATTEMENT, DE L'ORDRE DE 1 HZ, EST PARFAITEMENT ADAPTEE POUR REALISER UN OSCILLATEUR LOCAL DANS LA GAMME DES GHZ. EN OUTRE, LA SEPARATION SPATIALE DES ETATS PROPRES D'UN LASER ER : YB : VERRE PERMET DESORMAIS D'ATTEINDRE DES FREQUENCES DE BATTEMENT ACCORDABLES DANS LA GAMME DES THZ. NOUS MONTRONS, PAR AILLEURS, QUE L'ARCHITECTURE BI-AXE D'UN TEL LASER PEUT MENER AU CONCEPT DE FREQUENCE ABSOLUE-ACCORDABLE. LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES LASERS A TERRES RARES A DEUX ETATS PROPRES EST EGALEMENT EXPLORE. PARMI LES NOUVEAUX REGIMES PREDITS PUIS OBSERVES, UN REGIME IMPULSIONNEL
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NOUS ANALYSONS QUELQUES ASPECTS NOUVEAUX DES LASERS A UN OU PLUSIEURS AXES DE PROPAGATION : NOUS METTONS EN EVIDENCE LE ROLE DU MOMENT CINETIQUE DANS LA PHYSIQUE DES LASERS ISOTROPES SOUMIS A UNE INJECTION. POUR DECRIRE LES ECHANGES ENTRE LES LASERS MAITRE ET ESCLAVE, LA LOI DE CONSERVATION DU MOMENT CINETIQUE DOIT ETRE CONSIDEREE AVANT LA LOI DE CONSERVATION DE L'ENERGIE. NOUS EXPLORONS LA PHYSIQUE DES LASERS MULTIAXES REALISES EN INTRODUISANT PLUSIEURS CRISTAUX A DOUBLE REFRACTION DANS LE RESONATEUR. CES LASERS SONT DECRITS PAR LES MATRICES DE JONES QUE NOUS AVONS GENERALISEES A N AXES. LES ETATS PROPRES SEPARES OU FOURCHUS SONT ISOLES. EN PRESENCE D'ETATS FOURCHUS, ON MONTRE L'ADDITION COHERENTE DES ENERGIES ISSUES DES DIFFERENTES ZONES DE GAIN. CE PRINCIPE EST APPLIQUE AUX LASERS SOLIDES POMPES PAR DIODES LASER FIBREES. EN PRESENCE D'ETATS SEPARES, ON PEUT EFFECTUER UNE MESURE DIRECTE DE LA CONSTANTE DE COUPLAGE ENTRE DEUX ETATS PROPRES DANS UN LASER. LE COUPLAGE FAIBLE ENTRE LES ETATS PROPRES NOUS PERMET DE REALISER UN LASER HETERODYNE ND:YAG QUI EST UTILISE POUR MESURER LE TEMPS DE VIE DE L'ION CR#4#+:YAG. L'INSERTION D'UN ETALON SELECTIF SUR UN DES AXES D'UN LASER BI-AXE PERMET D'OBTENIR L'OSCILLATION DES DEUX ETATS PROPRES A DEUX FREQUENCES DONT LA DIFFERENCE EST CONTINUMENT ACCORDABLE AU-DELA DE L'INTERVALLE SPECTRAL LIBRE DE LA CAVITE. NOUS MONTRONS QUE LES LASERS A AUTO-MODULATION DE POLARISATION, PROPOSES COMME HORLOGES OPTIQUES, OSCILLENT SUR UN SEUL TOUR DE CAVITE, ET NON SUR DEUX. LES REGIMES DE VERROUILLAGE OU DE DERIVE DES PHASES RELATIVES DES ETATS PROPRES SONT ISOLES. DANS LES RESONATEURS A CAVITE INSTABLES, LA REDUCTION DES PERTES PAR DIFFRACTION EN INTRODUISANT PLUSIEURS DIAPHRAGMES EST DEMONTREE ET EXPLIQUEE. UNE CAVITE STABLE CONTENANT UN DIAPHRAGME POSSEDE ALORS LA MEME PROPRIETE : UNE FOIS LE PREMIER DIAPHRAGME INTRODUIT, LA CAVITE DEVIENT NON-HERMITIQUE. NOUS MONTRONS QUE LE CARACTERE NON-HERMITIQUE DE TELLES CAVITES PROVOQUE DES ECARTS A LA FORMULE DE SCHAWLOW-TOWNES POUR LA LARGEUR SPECTRALE DU LASER.
Author: Ngoc Diep Lai Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 215
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Nous explorons quelques aspects nouveaux des lasers solides impulsionnels ou continus fonctionnant en régimes mono-fréquence ou bi-fréquence. Tout d'abord, nous avons mis au point quelques techniques pour optimiser les caractéristiques des lasers impulsionnnels. (i) Une faible modulation de la puissance de pompe a permis de rendre stable le taux de répétition avec une stabilité relative de 10-6. (ii) La durée des impulsions a été contrôlée continûment d'une dizaine de ns à quelques centaines de ns par trois méthodes différentes : l'ajustement du diamètre du faisceau laser dans l'absorbant saturable, l'ajustement du diamètre du faisceau de pompe dans le milieu actif, et, en particulier, l'utilisation des états fourchus dans un laser à deux axes. De plus, cette méthode des états fourchus a aussi permis (iii) d'augmenter l'énergie des impulsions par addition cohérente. Un laser tout compact Nd:YAG-Cr:YAG à deux fréquences dont la différence est continûment accordable jusqu'à 2,7 GHz a été construit. Les impulsions bi-fréquences sont idéales pour répondre aux besoins des applications telles que le lidar-radar Doppler. En outre, nous montrons que les impulsions bi-fréquences à 1550 nm peuvent être obtenues en utilisant un nouvel absorbant saturable Co: ASL taillé suivant l'axe c dans un laser Er-Yb: verre. Ces impulsions sont parfaitement adaptées aux systèmes de détection en espace libre nécessitant la sécurité oculaire. Le temps de cohérence du battement dans ces lasers a aussi été étudié : il est limité à la durée de l'impulsion. Une nouvelle technique de modulation de la puissance de pompe au voisinage de la fréquence d'oscillation de relaxation du laser a été étudiée et a permis d'obtenir des battements cohérents d'impulsion. La conversion de fréquence utilisant des effets optiques non linéaires a permis d'obtenir des sources bi-fréquences dans le visible. Des impulsions bi-fréquences vertes et rouges ont été obtenues. Une source THz dans le rouge a aussi étér éalisée en utilisant un laser à deux axes Er-Yb:verre doublé dans un cristal mixte "en éventail" de PPLN. Les applications à la génération de micro-ondes et d'ondes sub-millimétriques sont discutées.
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Le phénomène de "self-mixing" (interférences à deux ondes dans le milieu actif d'une diode laser) est utilisé pour des applications métrologiques telles que la mesure de distance, de déplacement ou de vitesse. Dans ces dispositifs, une diode laser émet un faisceau en direction d'une cible. Une partie de l'onde lumineuse est réfléchie en direction du laser et perturbe la puissance d'émission. L'information métrologique recherchée est alors déterminée en traitant ces variations de puissance. Dans la première partie (ch.I à III), les limitations intrinsèques des interférences par self-mixing dues à la source laser sont étudiées. La seconde partie (ch.IV à VI) a pour objectif de déterminer les critères prépondérants au choix de la source laser à utiliser pour chaque application métrologique du self-mixing.
Author: Anne Doutte Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 139
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Le laser Raman a été réalisé dans les années 70. Cependant la configuration ne permettait pas de l'utiliser à des fins industrielles. Il a fallu attendre les années 90, avec l'arrivée des diodes laser et des réseaux de Bragg pour que la configuration de ce laser évolue vers un système "tout fibre" utilisables dans des applications industrielles. Cependant pour rendre ce système vraiment attractif, la puissance de sortie doit être stable. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse. Deux axes essentiels sont développés : l'étude du laser Raman muni d'une fibre standard de télécommunication (laser LSF) et l'étude du laser Raman muni d'une fibre à maintien de polarisation (laser LPMF). Les expériences ont montré que la dynamique du LSF est très riche. En effet la puissance de sortie du signal Stokes est instable et ces instabilités dépendent de la polarisation des différentes ondes se propageant dans la cavité du laser. Le laser PMF quant à lui a un comportement différent : quelque soit l'état de polarisation de l'onde pompe incidente, le signal Stokes en sortie est stable. De plus, nous avons mené une étude résolue en polarisation du laser PMF, mettant en évidence le fait que le laser PMF est constitué de deux lasers indépendants linéairement polarisés le long des axes de biréfringence de la fibre. Ce travail de thèse a également consisté en la modélisation théorique du LSF ainsi que du PMF. Les résultats obtenus sont qualitativement très proches des résultats expérimentaux. Pour cela nous avons inclus dans notre modélisation les effets liés à la polarisation tels que l'effet Kerr et la biréfringence des fibres utilisées.
Author: DAVID.. JACOB Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 250
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POUR CARACTERISER LA SENSIBILITE D'UN LASER A DIFFERENTES PERTURBATIONS, LE CONCEPT DE ROBUSTESSE DES ETATS PROPRES EST INTRODUIT. ON MONTRE QUE LA CONSTANTE DE COUPLAGE C ENTRE LES DEUX ETATS PROPRES EST UN PARAMETRE DETERMINANT POUR LA ROBUSTESSE DU SYSTEME. L'ETUDE DE LA ROBUSTESSE ET LE CONTROLE DU COUPLAGE CONDUISENT A DIFFERENTES APPLICATIONS POUR LA MISE AU POINT DE NOUVEAUX SENSEURS OPTIQUES. UNE NOUVELLE SOURCE LASER A DEUX RAIES SIMULTANEES ET RESOLUES SPATIALEMENT EST PRESENTEE ET UTILISEE POUR FAIRE UNE MESURE DIFFERENTIELLE ET ABSOLUE DE TRACES DE METHANE DANS L'ATMOSPHERE. UN EFFET DE LEVIER OPTIQUE EST MIS EN EVIDENCE POUR LA MESURE INTRACAVITE DE TRES FAIBLES ABSORPTIONS DANS UN LASER MONOMODE UTILISE DANS UN REGIME QUASI-CRITIQUE. NOUS PRESENTONS EGALEMENT UNE MESURE DIFFERENTIELLE D'ACTIVITE OPTIQUE DANS UN LASER GRACE A DES ETATS PROPRES PRESENTANT UNE STRUCTURE PARTICULIERE: LES ETATS PROPRES BIHELICOIDAUX. LES ETATS PROPRES DES CAVITES PASSIVES DE GRANDE FINESSE SONT DES SONDES TRES SENSIBLES POUR CARACTERISER LES MIROIRS DE LA CAVITE ET POUR LA MESURE INTRACAVITE D'EFFETS TRES PETITS. DEUX METHODES NOUVELLES ET COMPLEMENTAIRES L'UNE DE L'AUTRE SONT PRESENTEES POUR MESURER LES BIREFRINGENCES RESIDUELLES DE SUPERMIROIRS POUR DIFFERENTS ANGLES D'INCIDENCE. L'UNE, DYNAMIQUE, EST FONDEE SUR L'EVOLUTION TEMPORELLE DE LA POLARISATION D'UNE IMPULSION LUMINEUSE DANS UNE CAVITE, ALORS QUE LA SECONDE, STATIQUE, UTILISE LA LOI EN F#2. LES POTENTIALITES DE CETTE DEUXIEME TECHNIQUE SONT AUSSI ILLUSTREES DANS LE CAS D'UNE CAVITE DE HAUTE FINESSE PAR LA MESURE DE TRES PETITES ROTATIONS FARADAY
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Cette thèse propose une mise en évidence expérimentale et théorique de la possibilité d'auto-focaliser une impulsion laser d'une durée de quelques nanosecondes dans un cristal photoréfractif (Bi12TiO20). Ce travail a pour but l'utilisation de ce phénomène pour la limitation optique. Grâce à des hypothèses adaptées au régime impulsionnel, nous avons pu dériver, à partir d'un modèle simple de transport par bande, une équation de propagation permettant de décrire le profil du faisceau à tout instant pendant la durée de l'impulsion. Les simulations réalisées ont permis de mettre en évidence la possibilité d'auto-focaliser une impulsion laser de durée 5 nanosecondes. L'analyse de cette équation permet d'étudier l'influence de différents paramètres tels que le champ électrique et l'éclairement dû au faisceau sur le phénomène d'auto-focalisation. Un banc expérimental, spécialement conçu et réalisé pour cette étude, nous a permis d'observer expérimentalement le phénomène d'auto-focalisation dans Bi12TiO20 a des éclairements de l'ordre du MW/cm 2. Des mesures systématiques ont été réalisées pour différents champs appliqués, différents cols d'entrée, différents éclairements et différentes polarisations
Author: Luc Kervevan
Author: Luc Kervevan
Author: MEHDI.. ALOUINI
Author: MARC.. BRUNEL
Author: Ngoc Diep Lai
Author: Gregory Mourat
Author: Anne Doutte
Author: Bernard Decomps
Author: Martial Ducloy
Author: DAVID.. JACOB
Author: Delphine Wolfersberger