Accrochages de fréquences dans les lasers vectoriels à état solide : étude du verrouillage de modes passif et de la réinjection décalée en fréquence

Frequency locking in vectorial solid-state lasers : study of passiv mode-locking and frequency shifted feedback

• Auteur / Autrice : Jérémie Thévenin
• Direction : Marc Vallet, Marc Brunel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Rétroaction (électronique)

Impulsions picosecondes

Fréquences des oscillations

Synchronisation

Résumé

Nous explorons les dynamiques de synchronisation des lasers solides fonctionnant sur deux états propres de polarisation. Ce type de laser présente l'intérêt de pouvoir générer des fréquences de battement très stables dans une gamme de fréquence du Hz au THz. Cette thèse en tire parti pour étudier plusieurs mécanismes d'accrochage de fréquence dans ces lasers. Tout d'abord, nous construisons un laser bipolarisation doté d'un miroir à réflectance saturable (SESAM). Cela lui permet de fonctionner dans un régime pulsé où tous les modes longitudinaux oscillent en phase, et ce sur les deux états propres du laser. On démontre également que les états de polarisation d'impulsions successives forment des séquences dont nous détaillons les caractéristiques. Un phénomène particulier est observé dans ce laser : si la fréquence de battement est choisie égale à la moitié de l'intervalle spectral libre du laser, les deux peignes de fréquences associés aux deux états propres se synchronisent. Dans un second temps, nous soumettons un laser bi-fréquence à une réinjection optique décalée en fréquence. De cette manière, nous sommes capable de transférer, sur la fréquence de battement du laser, la stabilité d'un synthétiseur radio-fréquence, utilisé comme référence. Ce résultat est obtenu tant en régime continu que pulsé. Enfin, conjointement à la réinjection décalée en fréquence, nous utilisons les oscillations de relaxation d'un laser de classe B pour induire un régime où la fréquence de battement est synchronisée sur une référence externe, mais pas sa phase. Incidemment, des dynamiques particulières d'intensités sont observées en sortie du laser.

We explore synchronization dynamics of dual-polarization solid-state lasers. Such lasers are able to produce a stable beat frequency in a wide range from Hz up to THz. This work take advantage of it in order to study several frequency locking mecanisms in these lasers. First, we build a dual-polarization laser with a semiconductor saturable absorber miror (SESAM). It enable a pulsed operation of the laser where all longitudinal modes are phase-locked, and this on both laser eigenstates. We also demonstrate that polarization state of successive pulses forms sequences that we describe here. A particular phenomenon is observed in this laser: when the beat-frequency is chosen equal to half the free spectral range of the laser, then the two frequency combs associated with the two laser eigenstates synchronize themself. Second, we submit a two-frequency laser to a frequency-shifted feedback. Doing so, we are able to transfer the radiofrequency synthetizer stability on the laser beat-frequency. This result is obtained both in cw and Q-switched regimes. Finally, together with the frequency-shifted feedback, we use the relaxation oscillations of a class Blaser to induce a regime where the laser beat-frequency is synchronized with the external reference, while their relative phase oscillates. Subsequently, particular intensity dynamics are observed at the output.