Développement des sources lasers solides continues, visibles et stabilisées en fréquence : une alternative aux lasers à colorants

Development of solid state CW visible and frequency stabilized laser sources : an alternative to dye lasers

• Auteur / Autrice : Oussama Mhibik
• Direction : Fabien Bretenaker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/12/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Aimé Cotton (Orsay, Essonne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Bretenaker, Agnès Maître, Benoît Boulanger, François Balembois, Thierry Debuisschert, Philippe Goldner
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Agnès Maître, Benoît Boulanger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Optique non linéaire

Mots clés libres

Optique non-linéaire

OPO

Information quantique

Ions de terre rare

Largeur de raie

Ion praséodyme

Fluorures

Laser solide

Diode laser

Nonlinear optics

OPO

Quantum information

Rare earth ion

Linewidth

Prseodymium

Fluorides

Solid state laser

Laser diode

Résumé

Le traitement de l’information quantique, en particulier celui utilisant les centres colorés du diamant et la manipulation cohérente des ions de terre rare incorporés dans des matrices solides (Pr3+, Eu3+) et la spectroscopie à ultra-haute résolution, nécessitent des sources accordables ayant une faible largeur de raie. Or, dans la gamme rouge-orange (570-635 nm) où les diodes lasers font défaut et les lasers solides restent très peu développés, les lasers à colorants sont actuellement les seules sources de rayonnement cohérent disponibles. En revanche, ce type de laser est assez complexe et difficile à stabiliser au niveau du kHz à cause des bruits à haute fréquence générés par le jet de colorant.Pour répondre aux besoins des expériences citées ci-dessus, cette thèse vise à proposer une alternative “tout solide” aux lasers à colorants en explorant différentes possibilités pour la construction d’une source stable émettant dans l’orange-rouge. Dans ce but, nous avons proposé deux solutions:1. La première consiste à développer des oscillateurs paramétriques optiques. Dans cette voie, nous avons développé un OPO simplement résonant à doublage de fréquence intra-cavité et stabilisé en frequence au niveau du kHz.2. La deuxième consiste en un laser à base de fluorures dopés au Pr3+pompé par diode.

The quantum information processing using diamond color center or the coherent manipulation of rare earth ion embedded in solid state matrices (Pr3+, Eu3+) or the high resolution spectroscopy, require narrow linewidth tunable laser sources.However in the orange-red range (570-635 nm) where laser diodes are lacking and solid-state lasers are poorly developed, only dye lasers are currently available. Nevertheless these sources are complex and difficult to stabilize at the kHz level because of the high frequency noise induced by dye jet.The aim of this thesis is to give an all-solid state alternative of dye lasers. For this purpose, two solutions have been studied:1. The first approach consists on the development of an intracavity frequency doubled singly resonant optical parametric oscillator (OPO) and frequency stabilized at the kHz level.2. The second approach consists on the development of a diode pumped Pr-doped fluoride laser.