Etude experimentale de l'effet laser dans des microspheres de silice dopees avec des ions neodyme

Experimental study of laser effect in neodymium ions doped silica microspheres

• Auteur / Autrice : FRANCOIS-MICHEL TREUSSART
• Direction : Serge Haroche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Ce travail de these porte sur la mise en evidence de l'effet laser dans des microresonateurs optiques de tres haute surtension, bases sur les modes de galerie de microspheres de silice d'un diametre de 50 a 100 m. Ces modes resonnants correspondent a une propagation guidee par reflexion totale interne. La lumiere est ainsi confinee dans un anneau equatorial dont les dimensions transversales sont de l'ordre de la longueur d'onde, ce qui donne lieu a une forte exaltation du champ lumineux. Les pertes de ces modes guides sont extremement faibles. Ils offrent donc la combinaison remarquable d'une tres forte localisation du champ dans un tout petit volume et de tres longs temps de vie pour les photons. Ces proprietes en font des resonateurs de choix tant pour obtenir des effets d'optique non-lineaire a tres bas seuil que pour des experiences d'electrodynamique quantique en cavite. Ce memoire presente d'abord les proprietes de ces resonances et leur observation experimentale par spectroscopie laser. Le dedoublement de ces resonances par retrodiffusion interne est ensuite decrit et interprete par un modele d'oscillateurs couples, en bon accord avec les experiences. La realisation d'un microlaser avec des microbilles dopees au neodyme est ensuite presentee. Les tres bas seuils observes (200 nw) correspondent bien aux predictions theoriques obtenues par un modele semi-classique approprie. Pour renforcer les effets de cavite, ces experiences ont ete poursuivies en immergeant les microspheres dans l'helium superfluide. Le montage cryogenique mis au point nous permet de conserver des surtensions a 2 k de 10#9 et l'emission laser a pu etre observee, ouvrant la voie a la recherche d'un fonctionnement laser avec seulement quelques ions couples a quelques photons.