Propagation d'ondes dans le spectre d'un laser multimode PDF Download
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Book Description
Nous montrons dans ce travail, qu'un laser multimode peut se comporter comme une chaîne d'oscillateurs couples, chaque oscillateur étant associe a un mode longitudinal. Cette situation se présente lorsque la largeur homogène est faible devant la largeur inhomogène, comme c'est le cas pour les lasers a verre dope. Ce type de système peut alors se comporter comme un milieu de propagation dont la variable d'espace est l'indice du mode longitudinal i. Cette approche permet d'identifier ce type de laser a une classe de systèmes dynamiques (les systèmes localement couples), et par conséquent de bénéficier de puissants outils pour interpréter les résultats expérimentaux et numériques. Pour valider cette approche en régime linéaire, nous avons montre expérimentalement et numériquement que des ondes pouvaient se propager dans le spectre du laser. Les résultats obtenus peuvent être interprétés au moyen d'un modèle simple de laser multimode. Il apparaît que la dynamique en régime linéaire est entièrement déterminée par une simple relation de dispersion. La prise en compte des effets de polarisation, typique de ce type de laser, fait apparaître l'analogue des branches optiques et acoustiques des relations de dispersion des cristaux diatomiques. En ce qui concerne les régimes non linéaires, nous avons mis en évidence expérimentalement et théoriquement que la modulation de la pompe induisait une excitation paramétrique d'ondes dans le spectre du laser, phénomène comparable a l'instabilité de faraday apparaissant dans un fluide soumis a une oscillation verticale. Nous avons étudié l'influence des variations spatiales des paramètres de contrôle et montre qu'elles entraînaient des changements qualitatifs importants au niveau des structures excitées paramétriquement. Nous avons également observe une grande richesse d'instabilités secondaires qui motive des études complémentaires.
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Nous montrons dans ce travail, qu'un laser multimode peut se comporter comme une chaîne d'oscillateurs couples, chaque oscillateur étant associe a un mode longitudinal. Cette situation se présente lorsque la largeur homogène est faible devant la largeur inhomogène, comme c'est le cas pour les lasers a verre dope. Ce type de système peut alors se comporter comme un milieu de propagation dont la variable d'espace est l'indice du mode longitudinal i. Cette approche permet d'identifier ce type de laser a une classe de systèmes dynamiques (les systèmes localement couples), et par conséquent de bénéficier de puissants outils pour interpréter les résultats expérimentaux et numériques. Pour valider cette approche en régime linéaire, nous avons montre expérimentalement et numériquement que des ondes pouvaient se propager dans le spectre du laser. Les résultats obtenus peuvent être interprétés au moyen d'un modèle simple de laser multimode. Il apparaît que la dynamique en régime linéaire est entièrement déterminée par une simple relation de dispersion. La prise en compte des effets de polarisation, typique de ce type de laser, fait apparaître l'analogue des branches optiques et acoustiques des relations de dispersion des cristaux diatomiques. En ce qui concerne les régimes non linéaires, nous avons mis en évidence expérimentalement et théoriquement que la modulation de la pompe induisait une excitation paramétrique d'ondes dans le spectre du laser, phénomène comparable a l'instabilité de faraday apparaissant dans un fluide soumis a une oscillation verticale. Nous avons étudié l'influence des variations spatiales des paramètres de contrôle et montre qu'elles entraînaient des changements qualitatifs importants au niveau des structures excitées paramétriquement. Nous avons également observe une grande richesse d'instabilités secondaires qui motive des études complémentaires.
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE DE MENER UNE ETUDE CONCERNANT L'ADMISSION ET LA PROPAGATION D'IMPULSIONS LASER ENERGETIQUES DANS UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE. NOUS AVONS DEFINI LE COUPLAGE D'UN LASER ND-YAG PULSE A 15 NS ET D'UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE A SAUT D'INDICE. NOTRE DISPOSITIF DE COUPLAGE EST CONSTITUE D'UNE LENTILLE CONVERGENTE DONT LE POINT FOCAL EST LOCALISE EN AMONT DE LA SURFACE D'INJECTION DE LA FIBRE DANS UNE ENCEINTE SOUS VIDE PRIMAIRE. CE DISPOSITIF DE COUPLAGE REALISE PRESENTE L'AVANTAGE DE MINIMISER LES PERTES D'ENERGIE PAR ABSORPTION AU POINT FOCAL DE LA LENTILLE. A L'AIDE DE CE DISPOSITIF DE COUPLAGE, NOUS AVONS CARACTERISE LES ENDOMMAGEMENTS A L'INTERFACE D'ENTREE ET A L'INTERFACE DE SORTIE DE LA FIBRE OPTIQUE EN FONCTION DE LA DENSITE SURFACIQUE DE PUISSANCE SUR L'INTERFACE D'ENTREE DE LA FIBRE. LA DENSITE SURFACIQUE DE PUISSANCE DEFINIE INFERIEURE AU SEUIL D'ENDOMMAGEMENT, NOUS AVONS OBTENU UNE DEGRADATION A L'INTERIEUR DE LA FIBRE OPTIQUE LOCALISEE EN AVAL DE L'INTERFACE D'ENTREE DE LA FIBRE. NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE THEORIQUE DE PROPAGATION DE RAYONS POUR VALIDER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX. LES ENDOMMAGEMENTS OBTENUS AINSI QUE CEUX OBSERVES PAR D'AUTRES EXPERIMENTATEURS LOCALISES A L'INTERIEUR DE LA FIBRE SONT EN ACCORD AVEC LES RESULTATS DU MODELE PROPOSE. LA DEFINITION DE LA DISTRIBUTION DE LA DENSITE SURFACIQUE DE PUISSANCE A L'INTERIEUR DE LA FIBRE OPTIQUE A PARTIR DE LA DISTRIBUTION DE LA DENSITE SURFACIQUE DE PUISSANCE A L'INTERFACE D'ENTREE PERMET DE LOCALISER LES PICS D'INTENSITE. FINALEMENT, CETTE ETUDE NOUS A CONDUIT A DEFINIR LE SEUIL DE TRANSMISSION D'ENERGIE DU DISPOSITIF DE COUPLAGE SOUS VIDE LASER - FIBRE OPTIQUE EN FONCTION DU SEUIL D'ENDOMMAGEMENT SURFACIQUE DE PUISSANCE DU MATERIAU ET DE L'INTENSITE SURFACIQUE DE PUISSANCE DISTRIBUEE SUR L'INTERFACE D'ENTREE DE LA FIBRE OPTIQUE
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Cette thèse présente différents aspects expérimentaux et théoriques concernant un système propre à l'optique atomique: le laser à atomes. Dans notre expérience, celui-ci est issu d'un condensat de Bose-Einstein de Rubidium 87. Aussi, dans un premier temps, nous détaillons les différentes techniques de refroidissement que nous mettons en oeuvre pour obtenir cette source atomique cohérente dans un piège ferromagnétique hybride. Les lasers à atomes que nous réalisons sont extraits du nuage condensé par radiofréquence, et se propagent verticalement sous l'effet de la gravité. Une spécificité de notre expérience réside dans le fort confinement magnétique utilisé, ce qui a pour conséquence de rendre importantes les interactions collisionnelles entre le laser et le condensat-source. Nous montrons que ceci a une influence, non seulement sur la dynamique de couplage du laser, mais aussi sur sa propagation. Nous observons en effet une structure transverse du faisceau laser contenant des caustiques. En utilisant des méthodes initialement développées pour l'optique photonique (approximation eikonale, intégrale de Fresnel-Kirchhoff, matrices ABCD), nous calculons la fonction d'onde du laser à atomes. De plus, nous caractérisons la propagation de l'onde de matière dans le régime paraxial à l'aide du facteur de qualité M2. Enfin, nous rapportons la réalisation d'un laser à atomes guidé par un potentiel optique horizontal, ce qui nous permet d'annuler l'accélération due à la gravité de telle façon à ce que la longueur d'onde de De Broglie reste constante tout au long de la propagation.
Author: Pierre Suret Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 12
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La problématique principale de ce mémoire concerne la dynamique de systèmes complexes d’optique fibrée. Notre approche est basée sur de nombreux aller-retours entre expériences, théorie et simulations numériques. L’étude s’articule autour de la dynamique extrêmement riche des lasers Raman à fibre (LRF) continus. Les LRF sont utilisés comme sources de rayonnement (partiellement) cohérent sur des plages de longueurs d’onde peu ou pas accessibles avec les lasers traditionnels. Sur le plan conceptuel et expérimental, deux classes de phénomènes caractérisent la dynamique des lasers Raman à fibre : des instabilités « lentes » de la puissance de sortie de l’onde émise (appelée « Stokes ») et une dynamique spatio-temporelle très rapide dont le spectre optique est une signature indirecte. En ce qui concerne la dynamique « lente » nous avons montré que les LRF standard pompés continûment présentent fréquemment des oscillations spontanées de la puissance de Stokes. Notre étude compare de nombreux dispositifs expérimentaux basés par exemple sur des fibres standard, des fibres à maintien de polarisation ou des fibres microstructurées. Nos travaux permettent d’identifier l’origine des instabilités souvent liées à la rotation non linéaire de polarisation induite par l’effet Kerr.
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Les lasers accordables sur deux longueurs d'onde sont utilisés pour un vaste champ d'applications telles que la génération d'ondes térahertz, le multiplexage en longueur d'onde et la métrologie optique. Notre projet étudie l'accord sur deux longueurs d'onde d'un laser à semi-conducteurs utilisé en cavité externe avec un réseau de diffraction. Nous avons fabriqué des réseaux de diffraction qui permettent de réfléchir deux longueurs d'onde colinéairement, en configuration de Littrow. La fabrication de ces réseaux implique l'enregistrement d'un réseau à pas variable et d'un réseau à pas constant au mème endroit dans la résine photosensible. En utilisant ce type de réseau comme coupleur de la cavité externe d'une diode laser, nous avons obtenu une émission laser simultanée sur deux longueurs d'onde avec une séparation en longueur d'onde allant de 0.8 à 6.2 nm. La technique de fabrication de ces réseaux ainsi que les résultats expérimentaux obtenus avec une diode laser commerciale seront présentés.
Author: Bruno Thédrez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 178
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LA POLARISATION OPTIQUE DU MILIEU DANS UN LASER A SEMICONDUCTEUR EST ETUDIEE DE FACON THEORIQUE A L'AIDE DU FORMALISME DE LQ MQTRICE DENSITE. UNE EQUIVALENCE AVEC LA POLARISATION D'UN ENSEMBLE DE SYSTEMES A DEUX NIVEAUX EN EST DEDUITE. UNE COMPARAISON AVEC LES EQUATIONS D'EVOLUTION A PERMIS D'EXPRIMER LES CONSTANTES PHENOMENOLOGIQUES DE CES DERNIERES EN FONCTION DES PARAMETRES MICROSCOPIQUES. D'AUTRE PART, L'INFLUENCE DE LA CAVITE EST PRISE EN COMPTE POUR MODELISER L'ENSEMBLE "SYSTEME A DEUX NIVEAUX AMPLIFICATEUR - CAVITE LASER" PAR UN NOUVEAU SYSTEME A DEUX NIVEAUX. L'EXISTENCE DE RESONANCES DANS LE SPECTRE DU LASER A SEMICONDUCTEUR, A PU ETRE AISEMENT EXPLIQUE EN TERME D'EFFET STARK DYNAMIQUE A L'INTERIEUR DU SYSTEME EQUIVALENT A DEUX NIVEAUX. CES RESONANCES QUI PEUVENT DONNER LIEU A UNE MODULATION DU FAISCEAU A LA FREQUENCE DE RABI GENERALISEE F SONT INTERPRETEES EN TERME DE FREQUENCE DE RELAXATION. L'EMERGENCE DU DOUBLEMENT DE PERIODE EST ETUDIEE DANS LE DOMAINE DES FREQUENCES A PARTIR DE LA POLARISATION NON LINEAIRE. UNE ETUDE EXPERIMENTALE A PERMIS DE CONFIRMER L'APPARITION DE NOUVELLES ONDES PAR MELANGE A QUATRE PHOTONS PLUSIEURS FOIS RESONANT ET DE MONTRER L'EXISTENCE D'UN POINT SINGULIER.
Author: Juliette Billy Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 200
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Cette thèse a pour objet l'étude du transport quantique d'ondes de matière, obtenues à partir de condensats de Bose-Einstein, en connection avec les problèmes de transport électroniques dans les solides. En effet, les atomes froids, de part le très bon contrôle qu'ils offrent sur les paramètres du système, sont aujourd'hui utilisés pour revisiter des problèmes fondamentaux de la matière condensée. Dans cette thèse, nous étudions en particulier la propagation d'une onde de matière créée par un condensat en expansion dans un guide optique 1D en présence de désordre, réalisé par un champ de tavelures laser (speckle). Cette étude a conduit à la première observation directe de la localisation d'Anderson 1D d'ondes de matière. Ce phénomène, emblématique de l'effet du désordre sur la propagation des ondes et initialement prédit dans le domaine de la matière condensée pour expliquer la transition métal-isolant, a en effet été mis en évidence avec divers types d'ondes classiques mais n'avait jamais été observé directement avec des ondes de matière. Ces travaux sont le point de départ à des expériences de transport quantique plus complexes. En parallèle, nous étudions un nouveau type d’onde de matière: le laser à atomes guidé. Celui-ci se propage avec une longueur d'onde de de Broglie élevée et offre la possibilité de contrôler indépendamment son énergie et son flux. Le laser à atomes est ainsi particulièrement adapté à l'étude de phénomènes de transport quantique. Nous présentons dans cette thèse la caractérisation de sa largeur spectrale, réalisée à partir de la mesure de la transmission du laser à atomes à travers une barrière de potentiel épaisse, réalisée optiquement.
Author: Daniel Pasquet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 241
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CE TRAVAIL DECRIT DE MANIERE SIMPLIFIEE LE COMPORTEMENT ELECTROMAGNETIQUE D'UN LASER A GUIDE D'ONDE. D'ABORD, TOUS LES MODES DE PROPAGATION SONT DECRITS POUR LES FORMES DE GUIDE LES PLUS EMPLOYEES. ENSUITE, UNE ETUDE DES DISPOSITIFS DE COUPLAGE DE LA CAVITE LASER EST MENEE. EN PARTICULIER, UN MODELE SIMPLIFIE DES COUPLEURS A TROU EST PROPOSE. LA METHODE UTILISEE EST CONFORME A L'ETUDE DES DISCONTINUITES DANS LES AUTRES DOMAINES DE L'ELECTROMAGNETISME. ENFIN, TOUS CES RESULTATS SONT ASSEMBLES POUR CONSIDERER LES CONDITIONS D'ACCROCHAGE ET LA PARTIE DU RENDEMENT LIEE AUX DIMENSIONS DE LA CAVITE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX TROUVES DANS LA LITTERATURE VIENNENT CONFIRMER LE MODELE PROPOSE
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ON ETUDIE LA METHODE DE DIAGNOSTIC UTILISANT LA DIFFUSION THOMSON ETALONNEE PAR LA DIFFUSION RAYLEIGH: ON MESURE LA VALEUR ABSOLUE DE LA SECTION EFFICACE DIFFERENTIELLE DE DIFFUSION RAYLEIGH DANS UNE SERIE DE GAZ A DIFFERENTS ANGLES DE DIFFUSION ET LONGUEURS D'ONDE MOYENNANT DES SOURCES LASERS DE DUREES D'IMPULSION VARIABLES, ET DONT LA POLARISATION DU CHAMP ELECTRIQUE EST PERPENDICULAIRE AU PLAN D'OBSERVATION DE LA LUMIERE DIFFUSEE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX CONCERNENT: L'ETUDE A 90**(O) DE L'AXE DE PROPAGATION LASER; LA REPARTITION ANGULAIRE DE L'INTENSITE DIFFUSEE.
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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
Author: Christophe Szwaj
Author: Christophe Szwaj
Author: BRUNO.. RICHOU
Author: Jean-Félix Riou
Author: Pierre Suret
Author: Véronique Zambon
Author: Bruno Thédrez
Author: Juliette Billy
Author: Daniel Pasquet
Author: YASSER ALAYLI.
Author: MEHDI.. ALOUINI