Fonctions optiques basées sur des composants fibrés passifs : Collimation du signal issu d’une fibre optique et verrouillage de mode

Optical functions based on passive fiber components

• Auteur / Autrice : Paul Mouchel
• Direction : François Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de photonique d'Angers
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Société KEOPSYS Lannion
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photonique d'Angers / LPHIA
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Chaussedent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Le Flohic, Patrice Camy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Azzedine Boudrioua, Ammar Hideur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers à fibre

Graphène

Fibres optiques

Mots clés libres

Composant passif

Collimateur

Taper

Passive component

Laser

Optical fiber

Collimator

Taper

Graphene

Résumé

Le développement de composants fibrés passifs est un enjeu crucial dans le domaine des lasers à fibre car ils permettent de répondre aux besoins de marchés critiques. Cette thèse s’intéresse à deux types de composants : les collimateurs qui servent à réduire la divergence du signal en sortie de laser et les absorbants saturables réels qui permettent d’obtenir des impulsions ultracourtes (ordre de la picoseconde). Le travail sur les collimateurs fibrés a mené dans un premier temps à la conception d’un composant compact capable de transmettre jusqu’à 20 W de puissance continue. Un second collimateur plus complexe qui permet de contrôler également l’axe optique (déviation angulaire et centrage) par rapport à la mécanique a été développé. La simulation du composant, la procédure d’assemblage et le banc d’alignement mis en place spécifiquement pour répondre à ce besoin sont détaillés. Le second composant est un absorbant saturable réel fibré : un taper sur lequel du graphène est déposé. Le choix des caractéristiques de réduction de la fibre, sa fabrication et la technique de dépôt du graphène sont détaillés. Une étude de son intégration dans la cavité résonante d’un laser est présentée. Le laser émet des impulsions d’énergie 1 nJ, de durée 4 ps et a une puissance moyenne de 520 mW. Les limitations en puissance du composant sont également évoquées.

The development of fiber-based passive components is at stakes in the industry of fiber lasers.They are key components in order to meet the needs of critical markets. Two kinds of components are studied: collimators and real saturable absorbers. The former’s goal is to reduce the divergence of the output signal of a laser. When inserted in a cavity, the latter allows the generation of ultrashort pulses (order of the picosecond). We first developed a compact fiber collimator capable of transmitting up to 20 W of continuous optical signal. A more complex collimator was then developed. We are able to control the deviation and centring of the optical axes thanks to its design. The simulation of the component, the process of fabrication and the optical bench we specifically created for the alignment are discussed. The second component that we worked on is a real saturable absorber : a taper with graphene deposited on its waist. The reduction of the fiber diameter, the fabrication of the component and the process of deposition of graphene are described. We also studied the way the component behaves in the resonant cavity of a laser. The laser generated ultrashort pulses with an energy of 1 nJ and a duration of 4 ps. The average power of the laser is 520 mW. The limitations of the component are also discussed.