Référence de fréquence à 1.5 µm et transfert de stabilité pour l’étude de l’injection optique d’un laser à semi-conducteur

Frequency reference at 1.5 µm and stability transfer for the study of optical injection of a mode-locked laser diode

• Auteur / Autrice : Karim Manamanni
• Direction : Frédéric Du Burck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/12/2021
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Bretenaker, Stéphane Guérandel, Mehdi Alouini, Isabelle Maurin, Vincent Roncin, Stéphane Trebaol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Bretenaker, Stéphane Guérandel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stabilité de fréquence

Spectroscopie infrarouge

Acétylène

Mots clés libres

Métrologie des fréquences

Stabilisation de laser

Spectroscopie

Peigne de fréquence

Fibre optique

Frequency metrology

Laser stabilisation

Spectroscopy

Résumé

Ce travail de thèse porte sur le développement d'un dispositif complet pour l'étude et la caractérisation de la stabilisation en fréquence par injection optique d'un peigne de fréquences compact à verrouillage passif de modes. Le dispositif est basé sur des technologies fibrées dans une perspective de compacité des montages et comprend trois parties. Une référence de fréquence fibrée à 1542 nm basée sur la stabilisation d'un laser sur un signal d'absorption saturée de 13C2H2. Une stabilité en fréquence de l'ordre de 10-13 entre 1 et 10 000 s de temps d'intégration est démontrée. Une cavité en anneau fibrée pour le transfert de stabilité de fréquence vers le peigne de fréquences à 1550 nm. La cavité présente une stabilité intrinsèque de 6.10-15 à 10 s et a permis de démontrer un transfert de stabilité sur 30 GHz vers deux diodes laser accordables au niveau de 4.10-14 à 1 s. Enfin, un banc de caractérisation qui a permis d'obtenir les premiers résultats de de la stabilité à long terme des modes optiques du peigne injecté par une source mono fréquence très stable. Ces travaux ont permis de démontrer le potentiel mais aussi les limites des composants fibrés à 1,55 µm pour la réalisation de dispositifs métrologiques compacts dans la perspective de réaliser des dispositifs transportables.

The subject of this thesis work is the development of a complete setup for the study and characterization of frequency stabilization by optical injection of a compact passive mode-locked laser diode. The experiment includes a fibre frequency reference at 1542 nm based on the stabilization of a laser on a saturated absorption signal of 13C2H2, the stability transfer device (a 200 m long fibre ring cavity) to the frequency comb at 1550 nm and the characterization bench that allowed to obtain the first results of the long-term stability of the optically injected comb. Low power optical injection locking was achieved using a tunable and very stable single frequency source. All the developed devices are based on commercial fiber optics components.Overall, this work has demonstrated the potential but also the limits of 1.55 µm fiber components for the realization of compact and transportable metrological devices