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Développement de lasers à fibre dopée thulium ultra-rapides - Perspectives pour la nanophotonique à 2μm.

par Saïd Hamdi

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Philippe Grelu et de Aurélien Coillet.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (laboratoire) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    Le développement de sources impulsionnelles hautement cohérentes autour de la longueur d'onde de 2 µm est un sujet particulièrement dynamique du fait d'un grand nombre d'applications potentielles. En particulier, ces sources seront utiles pour les télécommunications optiques, la bande autour de 2 µm étant perçue comme la plus prometteuse pour l'augmentation des capacités de transmission. Dans ce contexte, les lasers à fibres à blocage de mode passif apparaissent comme une des voies les plus prometteuses, en particulier grâce à leur très grande cohérence et leur compatibilité intrinsèque avec les systèmes de télécommunication. L'étude des lasers fibrés à 1,55 µm est l'une des spécialités du laboratoire, et l'évolution vers la longueur d'onde 2 µm suit la tendance globale du laboratoire à déplacer les activités de recherche plus loin dans l'infrarouge. Dans un premier temps, le sujet de thèse proposé portera sur la transposition des techniques de blocage de modes en lasers à fibres connues à 1.55 µm vers 2 µm, afin d'étudier les dynamiques spécifiques des impulsions générées en lien avec la montée en longueur d'onde et les caractéristiques propres des amplificateurs et fibres optiques adaptés. Le blocage de mode par rotation non linéaire de polarisation et la richesse des dynamiques impulsionnelles résultantes sera étudié en premier lieu, mais d'autres configurations plus complexes (NALM, inclusion d'interféromètres de Mach-Zehnder en cavité, …) seront envisagées selon l'avancée des recherches du doctorant. Le cœur du travail de thèse consistera à étudier l'intégration de composants de nanophotonique en silicium comme élément permettant le blocage de mode. Le silicium sur isolant est en effet une plateforme particulièrement adaptée pour l'optique non linéaire à 2 µm puisque l'absorption à 2 photons devient quasiment négligeable. En particulier, le blocage de mode harmonique en utilisant des résonateurs en anneaux sur silicium sera étudié, pour obtenir des taux de répétitions de l'ordre de 50 GHz, compatibles avec les applications de télécommunications optiques

  • Titre traduit

    Development of ultra-fast thulium-doped fiber lasers - Prospects for 2μm-nanophotonics.


  • Résumé

    Developing highly coherent pulsed sources around the 2 µm wavelength has been a particularly dynamic field of research in the last couples of years, due to its numerous applications. In optical telecommunication, the wavelength range around 2 µm is one of the most promising solutions to increase the transmission capacity past the current technological bottleneck. In this context, passively mode-locked fiber lasers appear as a high potential solution for cheap laser sources, due to their very high coherence and intrinsic compatibility with telecommunication systems. Passively mode-locked fiber lasers at 1.55 µm and their ultrafast dynamics is one of the specialty of the ICB lab, and the aim is now to translate this expertise further in the infrared, around 2 µm by taking advantage of the optical gain of thulium-doped fibers. This move toward the 2 µm wavelength is a current goal of the laboratory, with several research group undergoing the same transition. The first goal of the Ph. D. project is to transpose the techniques used in the lab from 1.55 µm to 2 µm, including the various characterization experiments (spectrum measurements, auto-correlation, fast photodiode, …). This work will lead to the study of the dynamics of pulse generation around 2 µm with its similarities and differences compared to the 1.55 µm case. Various mode-locking schemes will be studied, including nonlinear evolution of the polarization, nonlinear optical loop mirrors, Mach-Zehnder configurations, … The main part of the work will consist in including a micro-resonator within a fiber laser cavity and obtain a stable mode-locking. Silicon on insulator will be the main platform for this study, as its processing is well-mastered, its nonlinear effective index is very high with relatively low two-photon absorption at 2 µm. On-chip high-Q microresonators will act as saturable absorbers leading to harmonic mode-locking with repetition rates around 50 GHz, suitable for telecommunication applications.