{"id":7237,"date":"2024-02-02T12:28:48","date_gmt":"2024-02-02T11:28:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.institut-foton.eu\/?p=7237"},"modified":"2025-07-16T16:37:18","modified_gmt":"2025-07-16T14:37:18","slug":"dynamique-vectorielle-des-lasers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.institut-foton.eu\/en\/dynamique-vectorielle-des-lasers\/","title":{"rendered":"Dynamique vectorielle des 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\n

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

Cette th\u00e9matique de recherche vise \u00e0 comprendre diff\u00e9rents aspects de la dynamique des lasers, avec une attention particuli\u00e8re port\u00e9e aux lasers bi-polarisation. Nous nous int\u00e9ressons aux comportements vectoriels des modes intracavit\u00e9, que ce soit dans les lasers \u00e0 semi-conducteurs, dans les lasers \u00e0 fibre ou dans les lasers \u00e0 solides dop\u00e9s aux terres rares \u2013 type microchip pomp\u00e9 par diode ou lasers \u00e0 verrouillage de modes \u00e9mettant des peignes de fr\u00e9quences. Ces \u00e9tudes ont un int\u00e9r\u00eat fondamental, mais visent \u00e9galement des applications concr\u00e8tes (par exemple de nouveaux protocoles de communication pour les spin-lasers ou la t\u00e9l\u00e9m\u00e9trie dual-comb<\/em> pour les lasers \u00e0 peignes de fr\u00e9quences), Ces \u00e9tudes sont \u00e9galement en lien avec les travaux de l\u2019\u00e9quipe en Optique hyper-fr\u00e9quence et TeraHertz et m\u00e9trologie).<\/p>\n\n\n\n

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Fig.1 Une doctorante au travail avec son encadrant<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Spin-lasers<\/em>, lasers contr\u00f4l\u00e9s par injection de spin \u00e9lectronique<\/h3>\n\n\n\n

Cette th\u00e9matique est men\u00e9e en \u00e9troite collaboration avec l\u2019UMR CNRS\/Thales et le LPN. Elle vise \u00e0 utiliser l\u2019injection de spin \u00e9lectronique pour contr\u00f4ler les propri\u00e9t\u00e9s de polarisation d\u2019un laser. Pour cela nous cherchons \u00e0 tirer profit conjointement des propri\u00e9t\u00e9s dynamiques et vectorielles de lasers de type VCSEL afin d\u2019exalter le basculement de polarisation induit par un changement du spin \u00e9lectronique du pompage m\u00eame si ce dernier est tr\u00e8s peu efficace. Nos mod\u00e9lisations th\u00e9oriques ont permis de pr\u00e9dire l\u2019architecture ad\u00e9quate pour un tel laser. Nous venons ainsi d\u2019observer exp\u00e9rimentalement le basculement de polarisation dans un laser \u00e0 cavit\u00e9 \u00e9tendue ouvrant la voie \u00e0 de nombreuses perspectives en opto-spintronique.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.2 Mod\u00e8le de cavit\u00e9 \u00e0 anisotropies localis\u00e9es.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Peignes de fr\u00e9quences \u00e0 deux \u00e9tats de polarisation<\/h3>\n\n\n\n

Les \u00e9tats de polarisation des lasers \u00e0 verrouillage de modes sont g\u00e9n\u00e9ralement impos\u00e9s par le l\u2019anisotropie du milieu actif, et le plus souvent un seul \u00e9tat de polarisation lin\u00e9aire est \u00e9mis. R\u00e9cemment, la possibilit\u00e9 d\u2019\u00e9mettre deux \u00e9tats de polarisation simultan\u00e9ment du m\u00eame oscillateur a suscit\u00e9 l\u2019int\u00e9r\u00eat, notamment pour la g\u00e9n\u00e9ration de doubles peignes pour les applications de spectroscopie ou en lidar (technique \u00ab dual-comb \u00bb). Nous travaillons actuellement sur des lasers \u00e0 cristaux dop\u00e9s \u00e0 l\u2019ytterbium dans des architectures de cavit\u00e9 o\u00f9 l\u2019\u00e9mission de deux \u00e9tats de polarisations orthogonaux est possible. Nous pouvons distinguer des configurations o\u00f9 les deux \u00e9tats de polarisation sont \u00e9mis simultan\u00e9ment (peignes synchrones), ce qui donne lieu \u00e0 des s\u00e9quences de polarisations ajustables dans le train d\u2019impulsions. Nous pouvons \u00e9galement s\u00e9parer spatialement les deux \u00e9tats de polarisation et les rendre ind\u00e9pendants en taux de r\u00e9p\u00e9tition, ce qui offre la perspective de r\u00e9aliser des sources dual-comb accordables.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.2 (a) Sch\u00e9ma d’un laser mode-lock Yb:YAG quasi-isotrope oscillant sur deux \u00e9tats de polarisations. (b) Spectre du battement autour de frep<\/sub>\/2, quand la diff\u00e9rence de fr\u00e9quence \u03b4\u03bd<\/em> est hors de la zone d’accrochage (en rouge) ou dans la zone d’accrochage (en vert). (c) Dans la zone d’accrochage, le spectre est frep<\/sub>\/2-p\u00e9riodique.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Impact de la polarisation de la pompe dans les lasers bi-polarisation<\/h3>\n\n\n\n

Les lasers solides dop\u00e9s \u00e0 l’ytterbium sont tr\u00e8s utilis\u00e9s pour la g\u00e9n\u00e9ration d’impulsions femtosecondes. Dans le cas des cristaux isotropes tels que le YAG, le CaF2<\/sub>, ou encore le CNGG, deux \u00e9tats de polarisation peuvent osciller simultan\u00e9ment. Nous avons montr\u00e9 que l’orientation de la polarisation du laser de pompage pouvait avoir une influence sur l’\u00e9quilibre des puissances \u00e9mises par les deux \u00e9tats propres. De plus, cette influence est gouvern\u00e9e par le coefficient de saturation crois\u00e9e \u00df et par le degr\u00e9 de sym\u00e9trie des sites de l’ytterbium dans la matrice.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.3 Sch\u00e9ma du laser microchip Yb:YAG<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Fig.4 (a) Spectre optique bi-polarisation. (c) Puissance r\u00e9solue en polarisation.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Stabilisation du battement de lasers \u00e0 fibres bifr\u00e9quences bipolarisations<\/h3>\n\n\n\n

Nous avons mis au point plusieurs m\u00e9thodes de stabilisation du battement de lasers \u00e0 fibre dop\u00e9s erbium, DFB ou DBR, \u00e9mettant deux \u00e9tats de polarisation \u00e0 deux fr\u00e9quences diff\u00e9rentes s\u00e9par\u00e9es de 1 GHz ou 10 GHz. La m\u00e9thode par boucle \u00e0 verrouillage de phase utilise la puissance de pompe comme actuateur de la diff\u00e9rence de fr\u00e9quence, r\u00e9duisant la largeur de raie de 3 kHz en fonctionnement libre \u00e0 1 Hz en fonctionnement verrouill\u00e9. D\u2019autre part, une \u00e9tude de la r\u00e9-injection optique \u00e0 d\u00e9calage de fr\u00e9quence sur de tels lasers \u00e0 fibres a permis de d\u00e9montrer non seulement des plages d\u2019accrochage o\u00f9 le battement est verrouill\u00e9 sur la r\u00e9f\u00e9rence externe, mais \u00e9galement un nouveau r\u00e9gime dynamique o\u00f9 l\u2019intensit\u00e9 devient instable dans la zone d\u2019accrochage \u00e0 taux de pompage \u00e9lev\u00e9. De telles sources optique-microondes pourraient trouver des applications pour le d\u00e9port optique d\u2019oscillateurs.<\/p>\n\n\n\n

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Fig.5 \u00c9mission de lasers \u00e0 fibres bifr\u00e9quences. En haut : spectre optique et battement libre, en bas : battement stabilis\u00e9 et bruit de phase.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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