'SMART LASERS', Développement de sources laser intégrant un fonctionnement optimisé via un processus d'apprentissage

'SMART laser', Development of laser sources integrating an optimized functioning via a process of learning

• Auteur / Autrice : Jérémie Girardot
• Direction : Philippe Grelu, Edouard Hertz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/04/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Giovanna Tissoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Hauden
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Couderc, Marco Romanelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photonique

Lasers à fibre

Faisceaux laser

Mots clés libres

Laser

Fibre

Impulsions ultracourtes

Algorithme d'évolution

Optimisation

Fiber

Ultrashort pulses

Optimization

Laser

Genetic algorithms

Résumé

La plupart des lasers à blocage de mode disponibles dans le commerce fournissent un régime d’impulsions uniques à l’utilisateur, piloté seulement par un simple interrupteur. Pour résoudre certaines problématiques, il serait avantageux d’augmenter les possibilités de réglage d’impulsions dans de nombreux domaines d’applications, du micro-usinage à la conversion de longueur d’onde. Une façon d’augmenter les degrés de liberté d’une cavité laser est d’incorporer dans celle-ci un absorbant saturable à paramètres réglables, comme avec les dispositifs d’évolution non linéaires de polarisation (NPE). L’absence de relation analytique entre les paramètres réglables de la cavité et les caractéristiques d’une impulsion générée peut être contournée par l’utilisation d’algorithmes évolutifs, bien adaptés à l’optimisation multi-objectifs de fonctions complexes. Cette thèse présente l'implémentation d'algorithmes sur des systèmes laser fibrés. L'objectif à long terme est une automatisation complète de lasers fibrés, avec une grande versatilité des régimes auto-générables et une adaptation du système à tous les environnements. Si les régimes lasers continus sont faciles à obtenir, et présentent un intérêt limité, la génération de régimes impulsionnels ultracourts est plus intéressante et plus complexe, nécessitant l'implémentation d'algorithmes pour tenter de générer ces régimes. Ce projet a débuté par la thèse d'Ugo Andral en 2013, donnant les premiers résultats d'auto-génération de régimes impulsionnels à soliton unique. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans la continuité du projet en augmentant la stabilité des régimes, la durée des optimisations ainsi que la versatilité des régimes générés. Cet objectif permet une approche pluridisciplinaire des travaux, avec une partie purement photonique (développement de cavités laser versatiles et robustes) et une partie programmation (adaptation des algorithmes pré-développés aux nouvelles cavités). Chaque nouvelle étape présentée requiert un ajustement et un développement de ces deux volets.

Ost commercially available mode-blocking lasers provide a unique pulse regime to the user, driven only by a simple switch. To solve certain problems, it would be advantageous to increase the possibilities of pulse adjustment in many areas of application, from micro-machining to wavelength conversion. One way to increase the degrees of freedom of a laser cavity is to incorporate into it a saturable absorbant with adjustable parameters, as with non-linear polarization evolution devices (NPEs). The absence of an analytical relationship between the adjustable cavity parameters and the characteristics of a generated pulse can be circumvented by the use of scalable algorithms, well suited to multi-objective optimization of complex functions. This thesis presents the implementation of algorithms on fiber laser systems. The long-term goal is a complete automation of fiber lasers, with a great versatility of self-generating regimes and adaptation of the system to all environments. While continuous laser regimes are easy to obtain, and of limited interest, the generation of ultra-short impulse regimes is more interesting and complex, requiring the implementation of algorithms to attempt to generate these regimes. This project began with the thesis of Ugo Andral in 2013, giving the first results of self-generation of single soliton impulse regimes. The work presented in this manuscript is part of the continuation of the project by increasing the stability of the regimes, the duration of the optimizations as well as the versatility of the regimes generated. This objective allows a multidisciplinary approach to the work, with a purely photonic part (development of versatile and robust laser cavities) and a programming part (adaptation of pre-developed algorithms to new cavities). Each new stage presented requires an adjustment and development of these two components.