Étude expérimentale et théorique de la dynamique de lasers Brillouin à fibre optique

Experimental and theoretical study of the dynamics of a Brillouin fiber ring laser

• Auteur / Autrice : Stéphane Randoux
• Direction : Bernard Ségard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, molécules, rayonnement atmosphérique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers à fibre

Brillouin, Effet

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la dynamique d'un laser Brillouin émettant jusqu'à trois composantes Stokes. Lorsque la puissance de pompe est suffisamment faible, le laser Brillouin génère une unique composante Stokes et ne présente aucune fenêtre de fonctionnement instable. Le comportement ainsi observé contraste avec celui qui est habituellement rencontre dans ce genre de système. Toutefois, les résultats obtenus sont interprétés de manière simple grâce à une analyse modale qui conduit également à une compréhension plus complète du principe général de fonctionnement des lasers Brillouin. En particulier, nous avons montré, grâce à un diagramme de stabilité, que la longueur de la fibre utilisée exerçait une influence déterminante sur le comportement de ce système. A plus haut niveau de pompage, la première composante Stokes devient assez intense pour qu'apparaisse une composante Stokes d'ordre deux qui peut à son tour engendrer l'apparition d'une composante Stokes d'ordre trois. Le comportement dynamique du laser Brillouin a été étudié au cours de ces deux phases de la cascade Stokes. Lorsque seules sont émises deux composantes Stokes, on observe des régimes d'instabilité périodiques et quasi-périodiques. L'émergence de la composante Stokes d'ordre trois s'accompagne de l'apparition de comportements chaotiques. Sur le plan théorique, la prise en compte de l'existence des multiples ondes Stokes a nécessité une extension de la description habituellement employée. Deux modèles ont alors été élaborés pour décrire le comportement du laser lors de chacune des deux étapes du processus de cascade. Pour le premier d'entre eux, les solutions caractérisant l'état stationnaire du système ont été déterminées et l'expression analytique du seuil d'oscillation de la seconde composante Stokes a été calculée. L'étude de la dynamique du laser a été effectuée au moyen de simulations numériques qui ont montré l'existence d'un accord satisfaisant entre résultats théoriques et expérimentaux.