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23 èmes Journées Nationales d'Optique Guidée. Les 25, 26 et 27 octobre 2004 à Télécom Paris. 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 - PowerPoint PPT Presentation
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CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
23èmes Journées Nationales d'Optique Guidée
Les 25, 26 et 27 octobre 2004 à Télécom Paris.
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
Plan de l’exposé :
Le laser à fibre dopée à l’ytterbium
Génération d'impulsions liées
Verrouillage de modes harmonique
Conclusion
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
T
Le régime mono-impulsionnel
Fonctionnements multi-impulsionnels
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
T
Le régime mono-impulsionnel
Fonctionnements multi-impulsionnels
Le régime à multi-impulsions non-liées
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
T
Le régime mono-impulsionnel
Le régime à multi-impulsions liées
T 50 ns = quelques 10 ps
Fonctionnements multi-impulsionnels
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
T
Le régime mono-impulsionnel
Le régime de verrouillage de modes harmoniqueT/2
Fonctionnements multi-impulsionnels
Le régime à multi-impulsions liées
T 50 ns = quelques 10 ps
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
.)
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Inte
nsité
(u. a
.)
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Inte
nsité
(u. a
.)
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Inte
nsité
(u. a
.)
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Inte
nsité
(u. a
.)
T
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
Génération d'impulsions liées largement séparées
La dispersion totale de la cavité: 2tot = + 0.047 ps2
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
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
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
.)
Longueur d'onde (nm)
27 nm
Puissance de pompe = 1.75 W
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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.)
Longueur d'onde (nm)
0.03 nm
Détail du spectre optique
Génération d'impulsions liées largement séparées
-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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Évolution du signal temporel
0 200 400 600 800 1000
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inte
nsité
(10
dB /
div)
Fréquence (MHz)
Couplage de sortie = 36 %
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Évolution du signal temporel
0 200 400 600 800 1000
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inte
nsité
(10
dB /
div)
Fréquence (MHz)
Couplage de sortie = 62 %
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Évolution du signal temporel
0 200 400 600 800 1000
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inte
nsité
(10
dB /
div)
Fréquence (MHz)
Couplage de sortie = 62 %
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Évolution du signal temporel
0 200 400 600 800 1000
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inte
nsité
(10
dB /
div)
Fréquence (MHz)
Couplage de sortie = 62 %
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
Évolution du signal temporel
0 200 400 600 800 1000
-90
-80
-70
-60
-50
-40
Inte
nsité
(10
dB /
div)
Fréquence (MHz)
Couplage de sortie = 62 %
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
Le verrouillage de modes harmonique(régime de dispersion anormale)
La dispersion totale de la cavité: 2tot L = -0.01 ps2
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)
Couplage de sortie = 62 %
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
Évolution du signal temporel
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
• 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
Le verrouillage de modes harmonique(régime de dispersion anormale)
-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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
.)
Longueur d'onde (nm)
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen
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
CNRS – UNIVERSITE et INSA de Rouen