Génération et intéraction d'un grand nombre de solitons dans les lasers à fibre : universalité des comportements collectifs

Generation and interaction of a large number of solitons in fiber lasers : universality of collective behavior

• Auteur / Autrice : Foued Amrani
• Direction : François Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Angers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de photonique d'Angers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solitons

Polarisation (lumière)

Lasers à fibre

Mots clés libres

Rotation non linéaire de la polarisation

Boucle non linéaire amplificatrice

Impulsions courtes

Interaction de solitons

Résumé

Le travail de cette thése comprend deux volets. Le premier concerne l’étude des interactions d’un grand nombre de solitons dans un laser, et le deuxiéme est la réalisation d 'un laser a fibre monomode de forte puissance, 10 Watts. La puissance mise en jeu dans I’expérience a permis de générer des “paquets” contenant quelques centaines d’impulsions suffisamment proches les unes des autres pour interagir. De ce fait, nous avons observé expérimentalement, dans un laser a fibre en anneau verrouillé en phase par la rotation non linéaire de la polarisation, des états ou les impulsions subissent des mouvements désordonnés, d’autres où le mouvement est collectif. Ces comportements collectifs sont analogues a ceux que I’on observe dans les états de la matiére. Nous avons présenté une classification phénoménologique de ces comportements collectifs : “gaz” de solitons ; “flux supersonique de gaz” de solitons ; “liquide” de solitons ; “polycristal ” de solitons ; “cristal” de solitons. Un laser a fibre en forme de huit verrouillé en phase par une boucle non linéaiie amplificatrice a été réalisé. Il nous a permis d'observer des comportements collectifs de solitons similaires a ceux obtenus dans Ie laser en anneau verrouillé en phase par la rotation non linéaire de la polarisation. II semble donc que l'on puisse attribuer a ces phénomènes un caractere universel, dans Ie sens où ils ne dépendraient pas d’un mécanisme particulier de verrouillage de modes, mais uniquement des interactions entre solitons. Le deuxiéme volet a consisté a réaliser un laser a fibre de puissance dopée Yb/Er avec un amplificateur qui délivre 10 W de puissance moyenne en sortie. Avec une telle puissance, un protocole strict a été mis en place pour assurer un fonctionnement sûr. En régime continu dans une cavité en anneau unidirectionnelle entièrement fibrée, une puissance de 8 W à la sortie du laser a été atteinte, ce qui constitue à notre connaissance un record pour un laser monomode fonctionnant en continu à 1550 nm. En régime multi-impulsionnel, le verrouillage de modes repose sur la rotation non linéaire de la polarisation. Nous avons obtenu expérimentalement une dynamique fascinante qui associe deux états de solitions en même temps : le verrouillage de modes harmonique de cristaux de solitions. Dans le cas du verrouillage de modes harmonique, le motif de base est une impulsion par période. Dans notre cas, le motif de base est un cristal. Des nouveaux records au niveau du nombre de solitions ont été obtenus, 900 pour l'état cristal impulsions et 2500 impulsions avec le régime harmonique de cristaux

The work of this thesis consists of two axes. The first concerns the study of interactions of a large number of solitons in fiber laser and the second is the realization of high-power single-mode fiber laser. We observed experimentally different states in a ring fiber laser mode-locked by nonlinear rotation of polarization, where the pulses are under disordered movements, others where the movement is collective. We have identified 5 different states. We point out an analogy with the states of the matter and propose for the first time a classification of dissipative soliton complexes : soliton gas, supersonic soliton gas flow, soliton liquid, soliton pottery stat and soliton crystal. We have investigated multiple-soliton pattern formations in a figure-of-eight fiber laser passively mode-locked through non linear amplifying loop mirror. We have obtained a variety of soliton patterns and states that were previously observed in double-clad fiber lasers passively mode-locked through nonlinear polarization rotation. Our results tend to demonstrate, for the first time, the universality of such soliton states. Indeed, the patterns do not depend on the precise mode locking mechanism. A high power passively mode-locked fitter laser exploiting the nonlinear polarization rotation with an amplifier that delivers 10 W at the output was set up. In multi pulsing regime, we obtained experimentally a fascinating dynamic that combines two states of solitons at the same time, the harmonic mode locking of soliton crystals, when the basic pattern is a crystal. New records in the number of solitons have been obtained for the crystal state 900 pulses and 2. 500 pulses with harmonic mode locking