Dynamique non-lineaire dans les lasers a semi-conducteur avec retroaction optique

par Massimo Giudici

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jorge Tredicce.

Soutenue en 1999

à Nice .

mots clés

• Lasers à semiconducteurs

Résumé

La dynamique des lasers a semi-conducteur avec retroaction optique est le sujet de cette these. En particulier, nous analysons l'instabilite a l'origine des fluctuations a basse frequence de l'intensite du laser (low frequency fluctuations, lffs) qui apparaissent pour une retroaction moderee a forte. Nous etudions la nature dynamique des fluctuations a basse frequence au moyen de techniques des mesures particulieres. Nous prouvons que les lffs trouvent leur origine dans une bifurcation noeud - col d'andronov anticipee par le bruit present dans le systeme. Nous demontrons experimentalement que, en accord avec ce type de bifurcation, le laser a semi-conducteur avec retroaction optique repond aux perturbations comme un systeme excitable. Ceci constitue la premiere preuve d'excitabilite dans un systeme optique. Corollairement, le controle du niveau de bruit dans le systeme nous permet de realiser la premiere observation du phenomene de coherence resonance. Nous avons aussi obtenu de fortes indications sur le mecanisme physique a l'origine de l'instabilite des fluctuations a basse frequence. L'analyse de l'evolution temporelle du spectre optique a des echelles inferieures a la nanoseconde nous permet de montrer que cette instabilite est generee par l'interaction entre differents modes du laser. Enfin, nous nous sommes places dans le cas experimental ou la retroaction optique est selective en frequence, analysant ainsi les caracteristiques du systeme par la variation de cette frequence. L'influence de la retroaction sur un laser a aussi ete etudiee pour des lasers a cavite verticale (vcsels) dont le fonctionnement monomode longitudinal est impose par la separation en frequence entre les modes. Pourtant, nous observons une fluctuation a basse frequence dans l'intensite emise par le systeme. Nous montrons que, dans ce cas, l'instabilite est liee a l'interaction entre les deux composants de polarisation du vcsel.

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