23 èmes Journées Nationales d'Optique Guidée

CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen


23èmes Journées Nationales d'Optique Guidée

Les 25, 26 et 27 octobre 2004 à Télécom Paris.

http://www.enst.fr/


Génération d'impulsions liées et verrouillage de modes harmonique

dans un laser à fibre double gaine dopée à l'ytterbium

B. Ortaç, A. Hideur, M. BrunelGroupe d’Optique et d’Optronique, CORIA UMR 6614, Université de Rouen

Place Emile Blondel, 76821 Mont Saint Aignan Cedex, France


Plan de l’exposé :

Le laser à fibre dopée à l’ytterbium

Génération d'impulsions liées

Verrouillage de modes harmonique

Conclusion


Le laser à fibre dopée à l’ytterbium

La dispersion totale de la cavité:

tot L

fibre Lfibre + 2 d réseaux

pompe @ 975 nm

CP

CP

encoche

fibre double gaine dopée Yb3+

Isolateur /

polariseur

sortie/2

réseau (1)

réseau (2) miroir

d

o Coupleur de sortie variable

o Dispersion totale de la cavité variable

o Contrôleurs de polarisation

Fibre double – gaine

dopée Yb 3+ et pompe

Isolateur

optiquePCRéseaux 2

Sortie PC


Le verrouillage de modes par rotation non-linéaire de la polarisation

Système à transmission non-linéaire favorisantle fonctionnement impulsionnel par rapport au continu.

Ce processus est auto-démarrant dans la cavité en anneau unidirectionnelle.

Contrôleur de polarisation

Fibre(milieu Kerr)Contrôleur

de polarisation

AnalyseurPolariseur

Impulsion d’entrée

Impulsion de sortie


T

Le régime mono-impulsionnel

Fonctionnements multi-impulsionnels


T



Le régime à multi-impulsions non-liées


T


Le régime à multi-impulsions liées

T 50 ns = quelques 10 ps



T


Le régime de verrouillage de modes harmoniqueT/2


Le régime à multi-impulsions liées

T 50 ns = quelques 10 ps


Génération d'impulsions liées largement séparées

La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

Évolution du signal temporel

-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

T

Inte

nsité

(u. a

.)





-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

Inte

nsité

(u. a

.)





-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

Inte

nsité

(u. a

.)





-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

Inte

nsité

(u. a

.)





-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

Inte

nsité

(u. a

.)

T




Spectre optique

1030 1040 1050 1060 1070 1080 10900,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsité

(u. a

.)

Longueur d'onde (nm)

30 nm

Puissance de pompe = 1.86 W

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 1 2 3 4 5

Inte

nsité

(u. a

.)

Temps (ns)

Détails d ’une impulsion

-2 -1 0 1 2 3


-10 0 10 20 30 40 50 60 70

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

Temps (ns)0 10 20 30 40 50

Inte

nsité

(u. a

.)

T

1040 1050 1060 1070 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsité

(u. a

.)


27 nm

Puissance de pompe = 1.75 W


Mesures de bruit du laserÉtats non-liés États liés

Giguetemporelle

(ps)

15.3 Giguetemporell

e (ps)

7.13

f1 @ 3 dB -1.5 MHz – +1.5 MHz f1 @ 3 dB -2 MHz – +2 MHz

Bruit d’amplitud

e(%)

0.88 Bruit d’amplitu

de(%)

0.2

f2 -7 MHz – +7 MHzMéthode de D. Von der

Linde :Applied Physics B, 1986.

Bruit d’amplitud

e(%)

0.85

Deux impulsions liées avec :

• durée des impulsions = 140 fs

• temps de séparation = 125 ps

• énergie par impulsion = 1.75 nJ

1059,6 1059,8 1060,0 1060,2 1060,40,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0In

tens

ité (u

. a.)


0.03 nm

Détail du spectre optique


-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-120-110-100-90-80-70-60-50-40-30

bruit du système de mesure

Inte

nsité

(dB

)

Fréquence (MHz)

Deux impulsions

non-liées

Deux impulsions

liées

Spectre basse fréquence

-10 -8 -6 -4 -2 0-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10-120-110-100-90-80-70-60-50-40-30

bruit du système de mesure

Inte

nsité

(dB

)

Fréquence (MHz)

Deux impulsions

non-liées

Deux impulsions

liées

Spectre basse fréquence


Le verrouillage de modes harmonique(régime de dispersion anormale)

La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)

Temps (ns)Puissance de pompe =

2.05 W


0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)

Couplage de sortie = 36 %




0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)


2.05 W


0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)





0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)


2.05 W


0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)





0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)


2.05 W


0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)





0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)


2.05 W


0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)





0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)

0 200 400 600 800 1000

-90

-80

-70

-60

-50

-40

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)


0 10 20 30 40 500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Inte

nsité

(u. a

.)


2.05 W



• Le nombre d’impulsions dans la cavité = 20• Taux de répétition = 408 MHz• Suppression de la fréquence fondamentale > 30 dB

• Puissance de pompe = 2.05 W• Puissance de sortie = 50 mW• Énergie par impulsion = 125 pJ


-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 100,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsité

(u. a

.)

Retard (ps)

1.54 x 1 ps

Trace d’autocorrélation

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsité

(u. a

.)

Longueur d'onde (nm)1040 1050 1060 1070 1080

Spectre optique


Le verrouillage de modes harmonique(régime de dispersion normale)

La dispersion totale de la cavité: 2tot L = +0.047 ps2

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Inte

nsité

(10

dB /

div)

Fréquence (MHz)

• Le nombre d’impulsions dans la cavité = 5• Taux de répétition = 102 MHz• Suppression de l’harmonique fondamentale > 60 dB

• Puissance de pompe = 2.15 W• Puissance de sortie = 170 mW• Énergie par impulsion = 1.7 nJ

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,40,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Retard (ps)

Inte

nsité

(u. a

.)

1.41 x 116 fs

1030 1040 1050 1060 1070 10800,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

28 nm

Inte

nsité

(u. a

.)



Conclusions

Références1. B. Ortaç et al., “Binding of widely-separated pulses with a passively mode-locked high-power Yb-doped double-clad fiber laser,” Applied Physics B, vol. 79, pp. 185–192, 2004.

2. B. Ortaç et al., “Passive harmonic mode locking in a high-power Yb-doped double-clad fiber laser,” Optics Letters, vol. 29, pp. 1995–1997, 2004.

Laser à fibre à verrouillage de modes par rotation non-linéaire de la polarisation

Génération d’états liés de deux impulsions de 140 fs de durée et de plus de 120 ps de séparation

Génération d’impulsions courtes à haute cadence


Documents

23 èmes Journées Nationales d'Optique Guidée