Manipulation d’un grand nombre de solitons dissipatifs dans les lasers à fibre

Manipulation of a large number of dissipative solitons in fiber lasers

• Auteur / Autrice : Alioune Niang
• Direction : François Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique appliquée et lasers
• Date : Soutenance le 10/12/2014
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de photonique d'Angers - LphiA - Laboratoire de Photonique d'Angers
• Jury : Président / Présidente : Pascal Picart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kamel Aït-Ameur, Hervé Leblond, Mohamed Salhi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Brunel, Marc Vallet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes laser

Interactions électromagnétiques

Solitons

Lasers à fibre

Mots clés libres

Impulsions courtes

Verrouillage de modes harmonique

Fiber laser

Short pulses

Injected laser

Harmonic-Mode locking

Résumé

Ce travail est consacré à l’étude des interactions d’un grand nombre de solitons dans un laser à fibre dopée erbium/ytterbium. Les impulsions interagissent entre elles et se structurent pour former des distributions plus ou moins organisées. Deux cavités ont été réalisées, l’une basée sur la rotation non-linéaire de la polarisation (RNLP) et l’autre sur le miroir optique à boucle non-linéaire (NOLM) en configuration de laser en forme de huit. Avec la RNLP, nous nous sommes intéressés d’abord à une distribution où les impulsions sont liées (cristal de solitons). Ce cristal, stable pour des puissances moyennes, devient instable lorsque la puissance augmente : il se disloque. Les solitons se réorganisent pour former un régime de verrouillage harmonique (HLM) de 50 cristaux. Nous avons ensuite cherché s’il était possible de contrôler les distributions de solitons par l’injection d’une composante continue externe. Nous avons montré que le HLM peut être forcé par l’injection de cette composante. Nous avons développé deux approches afin de modéliser un laser verrouillé en phase et soumis à l'injection d'une composante continue, l'une est scalaire et l'autre vectorielle. Ces modèles démontrent que le signal injecté peut modifier les interactions entre les solitons. Enfin, le NOLM a permis d’observer plusieurs dynamiques : pluie de solitons, gaz de solitons, liquide de solitons, poly-cristal de solitons, multi-cristal de solitons, cristal de solitons, états liés et verrouillage harmonique d’états liés. Ce laser a permis également d’observer une émission laser continue et impulsionnelle autour de 1600 nm.

This work has been devoted to study the interaction of the large number of solitons in the erbium/ytterbium doped fiber laser. The interaction of pulses with each other causes to form more or less organized distribution. Two laser cavities have been constructed, one based on the non-linear polarization rotation (NLPR) and the other based on the nonlinear optical loop mirror (NOLM) in a figure-eight laser configuration. With the NLPR, we were interested to the distribution of coherent pulses (crystal solitons). This crystal, stable for moderate power, becomes unstable at high power, which means to get loose from the initial soliton. These solitons rearrange their relative position to form one harmonic-mode locking regime (HML) of 50 crystals. Afterward, we have investigated the possibility of controlling the solitons distribution by injecting an external continuous wave (cw). It has been observed that cw could force the laser to operate at HLM regime. Moreover, we have developed two theoretical approaches, such as scalar and vectorial, to model the passively mode-locked fiber laser submitted to the cw. Both models confirm that the injected signal could modify the interactions between the solitons. Finally, the NOLM allowed us to observe several dynamics, including rain solitons, gas solitons, liquid solutions, poly-crystal solitons, multi-crystal solitons, crystal solitons, bound states and harmonic-mode locking of bound states. Furthermore, it made possible to observe the continuous as well as pulsed laser emission around 1600 nm.