{"id":6962,"date":"2024-01-24T14:42:58","date_gmt":"2024-01-24T13:42:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.institut-foton.eu\/?p=6962"},"modified":"2025-07-16T16:41:46","modified_gmt":"2025-07-16T14:41:46","slug":"reinjection-optique-dans-les-lasers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.institut-foton.eu\/en\/reinjection-optique-dans-les-lasers\/","title":{"rendered":"R\u00e9injection optique dans les lasers"},"content":{"rendered":"\n

\u2b9e D\u00e9partement DOP<\/a> \u2b9e Th\u00e9matiques de recherche<\/a> \u2b9e Activit\u00e9 \u00ab\u202fDynamique des lasers\u202f\u00bb<\/a> \u2b9e<\/p>\n\n\n\n\n\n\n

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Pr\u00e9sentation<\/h2>\n\n\n\n

La r\u00e9injection optique d\u00e9cal\u00e9e en fr\u00e9quence permet de stabiliser le battement entre les deux modes d\u2019un laser bifr\u00e9quence, et d\u2019obtenir ainsi des signaux RF sur porteuse optique de grande puret\u00e9 spectrale. Elle donne aussi acc\u00e8s \u00e0 une grande vari\u00e9t\u00e9 de r\u00e9gimes dynamiques, du verrouillage de fr\u00e9quence sans verrouillage de phase au chaos d\u00e9terministe.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.1 Sch\u00e9ma d\u2019un laser Nd :YAG bifr\u00e9quence soumis \u00e0 une r\u00e9troaction optique d\u00e9cal\u00e9e en fr\u00e9quence, produite par une cavit\u00e9 externe contenant une lame \u03bb\/4 et un modulateur acousto-optique (AO).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Battement RF coh\u00e9rent port\u00e9 par un laser bifr\u00e9quence en r\u00e9gime de Q-switch passif<\/h3>\n\n\n\n

Nous avons montr\u00e9 qu\u2019il est possible de verrouiller le battement entre les deux modes de polarisation d\u2019un laser Nd : YAG bifr\u00e9quence sur un oscillateur externe RF de r\u00e9f\u00e9rence. Cela est possible tant en r\u00e9gime continu qu\u2019en r\u00e9gime de Q-switch passif, induit par la pr\u00e9sence intracavit\u00e9 d\u2019un absorbant saturable de Cr : YAG. On obtient dans ce cas des impulsions de dur\u00e9e \u00e9gale \u00e0 45 ns, modul\u00e9es en intensit\u00e9 par un signal RF coh\u00e9rent \u00e0 180 MHz.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.2 (a) Intensit\u00e9 de sortie mesur\u00e9e derri\u00e8re un polariseur \u00e0 45\u00b0 des \u00e9tats propres du laser. (b) Intensit\u00e9 de sortie simul\u00e9e.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Ces signaux RF coh\u00e9rents sur porteuse optique se pr\u00eatent \u00e0 des applications de type lidar-radar, par exemple pour la v\u00e9locim\u00e9trie Doppler.<\/p>\n\n\n\n

Phase born\u00e9e, accrochage de fr\u00e9quence sans accrochage de phase<\/h3>\n\n\n\n
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Fig.3 Gauche : Charte des bifurcations et r\u00e9gimes dynamiques d\u2019un laser bifr\u00e9quence avec r\u00e9injection optique. Droite : amplitude et phase, mesur\u00e9s exp\u00e9rimentalement, du battement RF d\u2019un laser bifr\u00e9quence en r\u00e9gime d\u2019accrochage de fr\u00e9quence sans accrochage de phase chaotique.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La dynamique d\u2019un laser bifr\u00e9quence soumis \u00e0 r\u00e9injection optique d\u00e9cal\u00e9e en fr\u00e9quence est r\u00e9gie par deux param\u00e8tres de contr\u00f4le : le d\u00e9saccord de fr\u00e9quence entre l\u2019oscillateur externe de r\u00e9f\u00e9rence et la fr\u00e9quence \u0394 de battement naturelle du laser, et l\u2019intensit\u00e9 de la lumi\u00e8re r\u00e9inject\u00e9e \u0393. Un large \u00e9ventail de comportements est possible, vu que le syst\u00e8me est constitu\u00e9 par deux oscillateurs non-lin\u00e9aires en interaction. En particulier, nous nous sommes int\u00e9ress\u00e9s \u00e0 la synchronisation des deux modes laser. Nous avons montr\u00e9 qu\u2019un r\u00e9gime d\u2019accrochage de fr\u00e9quence sans accrochage de phase est possible. Dans ce r\u00e9gime, la phase relative entre les deux modes n\u2019est pas fixe mais oscille au cours du temps. Cependant, elle ne d\u00e9passe jamais 2\u03c0 : la fr\u00e9quence moyenne des deux oscillateurs est la m\u00eame, m\u00eame en absence de verrouillage de phase. Nous avons montr\u00e9 quantitativement que, de fa\u00e7on un peu inattendue, la stabilit\u00e9 \u00e0 long terme de l\u2019oscillateur ma\u00eetre est parfaitement transf\u00e9r\u00e9e au battement laser m\u00eame en absence de verrouillage de phase. Ce comportement est universel, dans le sens qu\u2019il se retrouve dans tout syst\u00e8me forc\u00e9 pr\u00e9sentant un point fixe qui se d\u00e9stabilise via une bifurcation de Hopf. Le r\u00e9gime d\u2019accrochage de fr\u00e9quence sans accrochage de phase se r\u00e9v\u00e8le \u00eatre assez robuste : nous avons trouv\u00e9 exp\u00e9rimentalement qu\u2019il survit en pr\u00e9sence de chaos d\u00e9terministe, ou encore lors d\u2019une bifurcation sous-critique menant \u00e0 des oscillations (chaotiques en l\u2019occurrence) de grande amplitude.<\/p>\n\n\n\n

Effets du retard<\/h3>\n\n\n\n
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Fig.4 Gauche : Spectrogrammes exp\u00e9rimentaux et simul\u00e9s du battement g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par un laser DFB bifr\u00e9quence soumis \u00e0 r\u00e9injection optique. En changeant un param\u00e8tre de contr\u00f4le, on observe l\u2019apparition d\u2019une instabilit\u00e9 caract\u00e9ris\u00e9e par des pulsations auto-entretenues. Droite : trace temporelle exp\u00e9rimentale du r\u00e9gime auto-puls\u00e9.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La r\u00e9injection optique est n\u00e9cessairement accompagn\u00e9e d\u2019un certain retard, li\u00e9 au temps de propagation de la lumi\u00e8re dans la cavit\u00e9 externe. Pour les lasers solides, ce retard est g\u00e9n\u00e9ralement tr\u00e8s court \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de la p\u00e9riode des oscillations de relaxation, cependant il peut jouer un r\u00f4le dynamique important. Ainsi, nous avons montr\u00e9 l\u2019apparition d\u2019une instabilit\u00e9 \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de la plage d\u2019accrochage d\u2019un laser bifr\u00e9quence DFB fibr\u00e9 : la r\u00e9injection retard\u00e9e fait apparaitre des impulsions p\u00e9riodiques auto-entretenues. A l\u2019inverse, le retard est g\u00e9n\u00e9ralement tr\u00e8s long pour les lasers \u00e0 semi-conducteur, et induit beaucoup de r\u00e9gimes sp\u00e9cifiques, que nous avons \u00e9tudi\u00e9 dans la th\u00e8se de A. Thorette.<\/p>\n\n\n\n

Financements<\/h2>\n\n\n\n