Génération d’impulsions ultra-brèves et sculpture de profils d’impulsion au sein d’un laser à fibre équipé d’un miroir à boucle optique non-linéaire actif

Ultra-short pulse generation and carving of pulse profiles in a fiber laser with an active non-linear optical loop mirror

• Auteur / Autrice : Christian Mback
• Direction : Patrice Tchofo-dinda
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Université des sciences et techniques de Masuku (USTM)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
• Jury : Président / Présidente : Majid Taki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Couderc, Ammar Hideur, Caroline Champenois, Philippe Grelu, Alain Brice Moubissi, Patrice Tchofo dinda

Mots clés

Mots clés libres

Laser à fibre

Blocage de modes

Miroir à boucle optique non linéaire

Courbe de gain

Molécule de soliton

Multiplet d’impulsions

Fiber laser

Mode locking

Nonlinear optical loop mirror

Laser gain curve

Soliton molecule

Pulse multiplet

Résumé

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans un axe de recherche actuellement en plein essor, qui vise à optimiser l’architecture des lasers à fibre à modes bloqués de manière à les rendre aptes à générer des impulsions spéciales présentant un intérêt fondamental ou appliqué, telles que des molécules de solitons, ou des multiplets d’impulsions. La thèse a pour finalité la mise en place d’un laser à fibre capable de générer, sur mesure, des impulsions ultra brèves aux profils complexes. Pour atteindre cet objectif, la stratégie choisie consiste à utiliser un miroir à boucle optique non-linéaire, aussi appelé NOLM (Non-linear Optical Loop Mirror), plutôt que d’opter pour un absorbant saturable classique, pour favoriser le blocage de modes. Plus précisément, nous avons conçu un NOLM actif, c’est-à-dire, un NOLM doté d’un amplificateur fonctionnant en régime linéaire avec un gain accordable, auquel nous avons adjoint un atténuateur réglable afin que l’ensemble du dispositif soit piloté par deux paramètres facilement ajustables. L’idée qui sous-tend ce NOLM actif est de doter la cavité laser d’un dispositif dont on peut facilement déformer la fonction de transfert par le biais de ses deux paramètres de contrôle, afin d’obtenir un laser polyvalent. L’originalité de notre cavité laser équipée de notre NOLM actif et d’un filtre passe-bande accordable, réside dans sa polyvalence, car elle assure deux grandes fonctions optiques qui ont été jusqu’à présent réalisées par des dispositifs distincts, à savoir : la génération de trains d’impulsions et la sculpture des profils d’impulsion. L’aspect le plus original de notre cavité laser réside dans la sculpture des profils d’impulsion, c’est-à-dire, son aptitude à générer des impulsions ou multiplets d’impulsions, dotés de puissance crête et largeur temporelle définies à l’avance. Les applications visées par un tel dispositif concernent toutes les activités qui requièrent des sources d’impulsions finement accordables, tant au niveau de puissance crête des impulsions que de leur largeur temporelle. Ces activités, nombreuses dans le domaine Télécom, incluent les opérations de remise en forme des ondes modulées porteuses d’information, les diagnostics de composants optiques par interférométrie à faible cohérence, les mesures et contrôles non destructifs des lignes de transmission par réflectométrie, ou même la perspective à long terme d’utiliser des multiplets d’impulsions comme symboles d’un format de modulation multi-niveaux pour les systèmes de transmissions à ultra-haut débit.

The work of this thesis fits within a line of research currently booming, which aims to optimize the architecture of mode-locked fiber lasers so as to make them able to generate special pulses of fundamental or applied interest, such as soliton molecules, or multiplets of pulses. The aim of the thesis is to set up a fiber laser capable of generating ultra-short pulses with complex profiles. To achieve this goal, the chosen strategy is to use a non-linear optical loop mirror (NOLM), rather than opting for a conventional saturable absorber, for favouring the mode locking. Specifically, we have designed an active NOLM, that is, a NOLM preceded by an amplifier operating in linear regime with a tunable gain, and followed by an adjustable attenuator, so that the whole device is controlled by two parameters which are easily adjustable. The idea underlying this active NOLM is to provide the laser cavity with a device whose transfer function can be easily deformed by means of its two control parameters, in order to obtain a versatile laser. The originality of our laser cavity equipped with our active NOLM and a tunable band-pass filter, lies in its versatility, because it can execute two major optical functions that were so far realized by separate devices, namely, the generation of pulse trains and the carving of pulse profiles. The most original aspect of our laser cavity lies in the carving of the pulse profiles, that is, its ability to generate pulses or multiplets of pulses, with peak power and temporal width defined in advance. The practical applications targeted by such a device, extend to all activities necessitating light pulses that are finely adjustable as for their peak power and their temporal width. These activities, which are numerous in the Telecom field, include operations of shaping of modulated carrier waves, diagnostics of optical components by low coherence interferometry, measurements and non-destructive controls of transmission lines by reflectometry, or even the long-term perspective of using multiplets of pulses as symbols of a multi-level modulation format for ultra-high speed transmission systems.