23 èmes Journées Nationales d'Optique Guidée

2. 23èmes Journées Nationales d'Optique Guidée Les 25, 26 et 27 octobre 2004 à Télécom Paris.

3. 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. Brunel Groupe d’Optique et d’Optronique, CORIA UMR 6614, Université de Rouen Place Emile Blondel, 76821 Mont Saint Aignan Cedex, France

4. Plan de l’exposé : • Le laser à fibre dopée à l’ytterbium • Génération d'impulsions liées • Verrouillage de modes harmonique • Conclusion

5. fibre double gaine dopée Yb3+ encoche réseau (2) miroir CP pompe @ 975 nm sortie l/2 d CP Fibre double – gaine dopée Yb 3+ et pompe réseau (1) Isolateur / polariseur PC Sortie Isolateur optique PC Réseaux Le laser à fibre dopée à l’ytterbium • Coupleur de sortie variable • Dispersion totale de la cavité variable • Contrôleurs de polarisation La dispersion totale de la cavité: b2tot L = b2fibre Lfibre + 2db2réseaux

6. Polariseur Analyseur Fibre (milieu Kerr) Impulsion de sortie Impulsion d’entrée Contrôleur de polarisation Contrôleur de polarisation Le verrouillage de modes par rotation non-linéaire de la polarisation Système à transmission non-linéaire favorisant le fonctionnement impulsionnel par rapport au continu. Ce processus est auto-démarrant dans la cavité en anneau unidirectionnelle.

7. Le régime mono-impulsionnel T Fonctionnements multi-impulsionnels

8. Le régime mono-impulsionnel T Fonctionnements multi-impulsionnels Le régime à multi-impulsions non-liées

9. Le régime mono-impulsionnel T f f f t t t T 50 ns t = quelques 10 ps Fonctionnements multi-impulsionnels Le régime à multi-impulsions liées

10. Le régime mono-impulsionnel T f f f t t t T 50 ns t = quelques 10 ps Le régime de verrouillage de modes harmonique T/2 Fonctionnements multi-impulsionnels Le régime à multi-impulsions liées

11. Évolution du signal temporel T 2,8 2,4 2,0 Intensité (u. a.) 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

12. Évolution du signal temporel 2,8 2,4 2,0 Intensité (u. a.) 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

13. Évolution du signal temporel 2,8 2,4 2,0 Intensité (u. a.) 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

14. Évolution du signal temporel 2,8 2,4 2,0 Intensité (u. a.) 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

15. Évolution du signal temporel 2,8 2,4 2,0 Intensité (u. a.) 1,6 T 1,2 0,8 0,4 0,0 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

16. Évolution du signal temporel Spectre optique 2,8 1,0 2,4 0,8 2,0 30 nm 0,6 Intensité (u. a.) Intensité (u. a.) 1,6 0,4 T 1,2 0,2 0,8 0,0 0,4 1030 1040 1050 1060 1070 1080 1090 Longueur d'onde (nm) 0,0 Puissance de pompe = 1.86 W 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temps (ns) 1,0 Détails d ’une impulsion 0,8 1,0 1,0 27 nm 0,8 0,6 Intensité (u. a.) 0,8 0,6 0,4 0,4 0,6 0,2 Intensité (u. a.) 0,0 0,2 -2 -1 0 1 2 3 0,4 0,0 1040 1050 1060 1070 1080 0,2 Longueur d'onde (nm) 0,0 Puissance de pompe = 1.75 W 1 0 1 2 3 4 5 Temps (ns) Génération d'impulsions liées largement séparées La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2

17. Détail du spectre optique 1,0 0,8 0,6 Intensité (u. a.) 0,4 0,2 0.03 nm 0,0 1059,6 1059,8 1060,0 1060,2 1060,4 Longueur d'onde (nm) Génération d'impulsions liées largement séparées • Deux impulsions liées avec : • durée des impulsions = 140 fs • temps de séparation = 125 ps • énergie par impulsion = 1.75 nJ

18. Couplage de sortie = 36 % -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) 2,0 -70 -80 1,5 -90 Intensité (u. a.) 0 200 400 600 800 1000 1,0 Fréquence (MHz) 0,5 0,0 0 10 20 30 40 50 Temps (ns) Puissance de pompe = 2.05 W Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

19. Couplage de sortie = 62 % -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) -70 2,0 -80 1,5 -90 0 200 400 600 800 1000 Intensité (u. a.) Fréquence (MHz) 1,0 0,5 0,0 0 10 20 30 40 50 Temps (ns) Puissance de pompe = 2.05 W Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

20. Couplage de sortie = 62 % -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) -70 2,0 -80 1,5 -90 0 200 400 600 800 1000 Intensité (u. a.) Fréquence (MHz) 1,0 0,5 0,0 0 10 20 30 40 50 Temps (ns) Puissance de pompe = 2.05 W Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

21. Couplage de sortie = 62 % -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) -70 2,0 -80 1,5 -90 0 200 400 600 800 1000 Intensité (u. a.) Fréquence (MHz) 1,0 0,5 0,0 0 10 20 30 40 50 Temps (ns) Puissance de pompe = 2.05 W Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

22. Couplage de sortie = 62 % -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) -70 2,0 -80 1,5 -90 0 200 400 600 800 1000 Intensité (u. a.) Fréquence (MHz) 1,0 0,5 0,0 0 10 20 30 40 50 Temps (ns) Puissance de pompe = 2.05 W Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

23. -40 -50 Évolution du signal temporel -60 Intensité (10 dB / div) 2,0 -70 -80 1,5 -90 Intensité (u. a.) 0 200 400 600 800 1000 1,0 Fréquence (MHz) Couplage de sortie = 62 % 0,5 -40 -50 0,0 0 10 20 30 40 50 -60 Temps (ns) Intensité (10 dB / div) -70 Puissance de pompe = 2.05 W -80 -90 0 200 400 600 800 1000 Fréquence (MHz) Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2

24. Spectre optique Trace d’autocorrélation 1,0 1,0 0,8 0,8 1.54 x 1 ps 0,6 0,6 Intensité (u. a.) Intensité (u. a.) 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Retard (ps) Longueur d'onde (nm) 1040 1050 1060 1070 1080 Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion anormale) • Puissance de pompe = 2.05 W • Puissance de sortie = 50 mW • Énergie par impulsion = 125 pJ • Le nombre d’impulsions dans la cavité = 20 • Taux de répétition= 408 MHz • Suppression de la fréquence fondamentale > 30 dB

25. -30 1,0 -40 0,8 1,0 -50 0,8 -60 0,6 28 nm Intensité (u. a.) 0,6 Intensité (10 dB / div) Intensité (u. a.) 0,4 -70 1.41 x 116 fs 0,4 0,2 -80 0,0 1030 1040 1050 1060 1070 1080 0,2 -90 Longueur d'onde (nm) -100 0,0 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Fréquence (MHz) Retard (ps) Le verrouillage de modes harmonique (régime de dispersion normale) • Puissance de pompe = 2.15 W • Puissance de sortie = 170 mW • Énergie par impulsion = 1.7 nJ • Le nombre d’impulsions dans la cavité = 5 • Taux de répétition= 102 MHz • Suppression de l’harmonique fondamentale > 60 dB La dispersion totale de la cavité: 2tot L = +0.047 ps2

26. Conclusions 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 Références 1. 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.