Génération d’impulsions courtes dans un laser à 27 – 30 Avril 2009, JPU, Bordeaux, France Génération d’impulsions courtes dans un laser à fibre dopée erbium à dispersion fortement normale Amélie Cabasse, Gilles Martel CORIA-G20, UMR 6614, Université de Rouen, Avenue de l'université BP 12, 76801 Saint Etienne du Rouvray, France Jean-Louis Oudar Laboratoire de Photonique et de Nanostructures, UPR20, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France

Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques

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) Dispersion Durée (1) A. Chong et al., Opt. Express 14, 10095 (2006) (2) A. Chong et al., JOSA B 25, 140 (2008)

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) Dispersion Durée  Périodicité temporelle : emploi d’un absorbant saturable (1) A. Chong et al., Opt. Express 14, 10095 (2006) (2) A. Chong et al., JOSA B 25, 140 (2008)

Introduction  Filtrage passif intra-cavité (3) l = 1030 nm Epulse = 26 nJ Pout = 325 mW (3) A. Chong et al., Opt. Lett. 32, 2408 (2007)

Introduction  Filtrage par le gain (4,5) l = 1550 nm Epulse = 933 pJ Pout = 30 mW (4) L. M. Zhao et al., Opt. Lett. 31, 1788 (2006) / (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, 19322 (2008)

Introduction  Filtrage par le gain (4,5) l = 1550 nm Epulse = 933 pJ Pout = 30 mW Fibres à compensation de dispersion (4) L. M. Zhao et al., Opt. Lett. 31, 1788 (2006) / (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, 19322 (2008)

Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux  Configuration expérimentale  Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques

Configuration expérimentale

Configuration expérimentale Fibre dopée Erbium : Pic d’absorption = 80 dB/m @ 1530 nm β2 = 0,061 ps²/m @ 1550 nm ( D = -48 ps/nm/km) Ouverture numérique = 0,29 Diamètre du coeur = 4,9 µm (MFD) Diamètre de la gaine = 125 µm

Configuration expérimentale Fibre à compensation de dispersion : β2 = 0,116 ps²/m @ 1550 nm ( D = -91 ps/nm/km)  Dispersion fortement normale Multiplexeur : Hi1060 : β2 = -0,011 ps²/m @ 1550 nm ( D = 8,7 ps/nm/km) Coupleur de sortie : SMF28 : β2 = -0,022 ps²/m @ 1550 nm ( D = 17,7 ps/nm/km)

Configuration expérimentale Longueur totale de la cavité = 3,1 m  frép = 33,5 MHz Dispersion totale de la cavité : b2-net = +0,19 ps² ( Dnet = -0,14 ps/nm)

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

Résultats expérimentaux Coupleur 50/50 – frép = 33,5 MHz Régime mode-lock : 320 mW < Pp < 750 mW (pump power limited) Spectre optique ‘steep-edge’ Impulsion étirée Puissance de sortie = 60 mW Energie par impulsion = 1,8 nJ Accepté Opt. Express : High power dissipative soliton in an Erbium-doped fiber laser

Résultats expérimentaux Coupleur 70/30 – frép = 35,7 MHz Régime mode-lock : 360 mW < Pp < 750 mW (pump power limited) Spectre optique ‘steep-edge’ Impulsion étirée Puissance de sortie = 71 mW Energie par impulsion = 2 nJ

Résultats expérimentaux Impulsion compressée Spectre BF (6) Dn  Dt = 0,42 (théorie = 0,31) Puissance crête = 7,5 kW Fluctuations d’amplitude < 0,2 %  régime ML très stable (6) D.Von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986)

Plan 1) Introduction 2) Résultats expérimentaux 3) Simulations numériques  Modèle théorique  Résultats numériques

Modèle thérorique Résolution de l’équation de Schrödinger non linéaire (NLSE) β2 : dispersion g : effet Kerr g : saturation du gain de la fibre dopée Er β’: Filtrage spectral

Modèle thérorique Résolution de l’équation de Schrödinger non linéaire (NLSE) Absorbant saturable (7) : Avec : g g (7) N.N.Akhmediev et al., Opt. Lett. 23, 280 (1998)

Résultats numériques Cavité Fabry-Pérot dépliée Ep = 1,77 nJ ( 1,8 nJ exp.) ΔλG_FWHM = 25 nm Esat = 610 pJ Pertes = 0,8 m-1 (55%) g0 = 4,4 m –1 (21 dB)

Résultats numériques ΔτFWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) ΔλFWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.)

Résultats numériques ΔτFWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) ΔλFWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.)

Solitons dissipatifs (5) Résultats numériques ΔτFWHM = 12,4 ps ( 10,3 ps exp.) ΔλFWHM = 14,7 nm ( 11,8 nm exp.) Solitons dissipatifs (5) (5) A. Cabasse et al., Opt. Express 16, 19322 (2008)

Conclusions / Perspectives Génération d’impulsions femtosecondes d’énergie égale à 2 nJ < 71 mW > 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 d’énergie > 8 nJ 24

Merci pour votre attention !

Montée en énergie Esat = 900 pJ

Montée en énergie ANDi

Le verrouillage de modes Domaine spectral Domaine temporel Intensité Fréquence (n) c/2nL Courbe de gain  10 20 30 40 50 Intensité (u. a.) Temps R= 2nL/c  = K/  Chaque mode est défini par : Amplitude : Ak Fréquence : k Phase : k L’émission laser : Verrouillage de phase [k=cste (=0)] : Colloque UMR CORIA, 21-22 Janvier 2009

Régimes de dispersion 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 SA GVD<0, NL GVD>0, NL, Gain SA [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) 30

Mesure du bruit d’amplitude d’un laser impulsionnel Mesures du spectre de puissance (basse fréquence) du signal laser Bruit d’amplitude (5) : (5) D.Von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986) 31