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CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen 27 – 30 Avril 2009, JPU, Bordeaux, France Amélie Cabasse, Gilles Martel CORIA-G 2 0, UMR 6614, Université de Rouen,

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1 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen 27 – 30 Avril 2009, JPU, Bordeaux, France Amélie Cabasse, Gilles Martel CORIA-G 2 0, UMR 6614, Université de Rouen, Avenue de l'université BP 12, Saint Etienne du Rouvray, France Jean-Louis Oudar Laboratoire de Photonique et de Nanostructures, UPR20, Route de Nozay, Marcoussis, France Génération dimpulsions courtes dans un laser à fibre dopée erbium à dispersion fortement normale

2 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques

3 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Introduction Objectif Obtenir un régime mono-impulsionnel auto-démarrant générant une forte puissance de sortie Montée en énergie = régime de dispersion purement normale (1,2) (1) A. Chong et al., Opt. Express 14, (2006) (2) A. Chong et al., JOSA B 25, 140 (2008) Dispersion Durée

4 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Introduction Objectif Obtenir un régime mono-impulsionnel auto-démarrant générant une forte puissance de sortie Montée en énergie = régime de dispersion purement normale (1,2) (1) A. Chong et al., Opt. Express 14, (2006) (2) A. Chong et al., JOSA B 25, 140 (2008) Dispersion Durée Périodicité temporelle : emploi dun absorbant saturable

5 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Introduction Filtrage passif intra-cavité (3) (3) A. Chong et al., Opt. Lett. 32, 2408 (2007) = 1030 nm E pulse = 26 nJ P out = 325 mW

6 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Introduction Filtrage par le gain (4,5) (4) L. M. Zhao et al., Opt. Lett. 31, 1788 (2006) / (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, (2008) = 1550 nm E pulse = 933 pJ P out = 30 mW

7 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Introduction Filtrage par le gain (4,5) (4) L. M. Zhao et al., Opt. Lett. 31, 1788 (2006) / (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, (2008) = 1550 nm E pulse = 933 pJ P out = 30 mW Fibres à compensation de dispersion

8 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux Configuration expérimentale Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques

9 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Configuration expérimentale

10 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Configuration expérimentale Fibre dopée Erbium : Pic dabsorption = nm β 2 = 0, nm ( D = -48 ps/nm/km) Ouverture numérique = 0,29 Diamètre du coeur = 4,9 µm (MFD) Diamètre de la gaine = 125 µm

11 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Configuration expérimentale Fibre à compensation de dispersion : β 2 = 0, nm ( D = -91 ps/nm/km) Dispersion fortement normale Multiplexeur : Hi1060 : β 2 = -0, nm ( D = 8,7 ps/nm/km) Coupleur de sortie : SMF28 : β 2 = -0, nm ( D = 17,7 ps/nm/km)

12 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Configuration expérimentale Longueur totale de la cavité = 3,1 m f rép = 33,5 MHz Dispersion totale de la cavité : 2-net = +0,19 ps² ( D net = -0,14 ps/nm)

13 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Configuration expérimentale Absorbant Saturable à base de multi-puits quantiques ( * ) : = 1550 nm Profondeur de modulation = 37% Pertes non saturable = 12% Fluence de saturation = 17 µJ/cm² Temps de relaxation = 2 ps ( * ) Collaboration avec LPN – J.L. Oudar

14 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résultats expérimentaux Accepté Opt. Express : High power dissipative soliton in an Erbium-doped fiber laser Puissance de sortie = 60 mW Energie par impulsion = 1,8 nJ Impulsion étiréeSpectre optique steep-edge Coupleur 50/50 – f rép = 33,5 MHz Régime mode-lock : 320 mW < P p < 750 mW (pump power limited)

15 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Puissance de sortie = 71 mW Energie par impulsion = 2 nJ Résultats expérimentaux Impulsion étiréeSpectre optique steep-edge Coupleur 70/30 – f rép = 35,7 MHz Régime mode-lock : 360 mW < P p < 750 mW (pump power limited)

16 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen = 0,42 (théorie = 0,31) Puissance crête = 7,5 kW Fluctuations damplitude < 0,2 % régime ML très stable Impulsion compressée Spectre BF (6) Résultats expérimentaux (6) D.Von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986)

17 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques Modèle théorique Résultats numériques

18 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résolution de léquation de Schrödinger non linéaire (NLSE) β 2 : dispersion : effet Kerr g : saturation du gain de la fibre dopée Er β: Filtrage spectral Modèle thérorique

19 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résolution de léquation de Schrödinger non linéaire (NLSE) Modèle thérorique Absorbant saturable (7) : Avec : g g (7) N.N.Akhmediev et al., Opt. Lett. 23, 280 (1998)

20 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résultats numériques E p = 1,77 nJ ( 1,8 nJ exp.) Cavité Fabry-Pérot dépliée Δλ G_FWHM = 25 nm E sat = 610 pJ Pertes = 0,8 m -1 (55%) g 0 = 4,4 m –1 (21 dB)

21 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résultats numériques Δ τ FWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) Δλ FWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.)

22 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résultats numériques Δ τ FWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) Δλ FWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.)

23 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Résultats numériques Δ τ FWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) Δλ FWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.) Solitons dissipatifs (5) (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, (2008)

24 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Conclusions / Perspectives Génération dimpulsions femtosecondes dénergie égale à 2 nJ Configuration Fabry Pérot Cavité à dispersion fortement normale : 0,19 ps² Régime limité par la puissance de pompe Comment améliorer le régime ? Coupleurs 75/15 – 80/20 – 85/15 à tester Passer en régime « all-normal » Prédiction en terme dénergie > 8 nJ

25 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Merci pour votre attention !

26 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen

27 Montée en énergie E sat = 900 pJ

28 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Montée en énergie ANDi

29 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Domaine spectralDomaine temporel Intensité (u. a.) Temps R = 2nL/c = K/ Chaque mode est défini par : - Amplitude : A k - Fréquence : k - Phase : k Lémission laser : Verrouillage de phase [ k =cste (=0)] : Colloque UMR CORIA, Janvier 2009 Le verrouillage de modes

30 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Régimes de dispersion [1] K. Tamura et al., Electr. Lett. 28, 2226 (1992) [2] A. Albert et al., IEEE Phot. Techn. Lett. 16, 416 (2004) [3] A. Chong et al., Opt. Lett. 32, 2408 (2007) Régime soliton Dispersion purement anormale Énergie du pulse limitée à 100 pJ [1] Régime étiré Fibres de dispersion normale et anormale Énergie du pulse 12 nJ [2] Régime purement normal Dispersion purement normale Énergie du pulse 26 nJ [3] GVD<0, NL, Gain S A GVD>0, NL, Gain SAGVD<0, NL GVD>0, NL, Gain SA

31 CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen Mesure du bruit damplitude dun laser impulsionnel Bruit damplitude (5) : (5) D.Von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986) Mesures du spectre de puissance (basse fréquence) du signal laser


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