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Harmonic Mode-locked Fibre Lasers

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De meilleurs lasers optiques à impulsions ultra courtes

Des chercheurs ont conçu des lasers à fibre à verrouillage de mode (MLFL), économiques, faciles à fabriquer, et générant des impulsions ultra courtes. Ils sont importants dans de nombreux secteurs, comme les communications et l'imagerie médicale. La fiabilité des impulsions est assurée par de nouvelles techniques de stabilisation.

Économie numérique

Les lasers utilisant des fibres optiques dopées comme milieu de pompage ont considérablement progressé ces dernières années. Pour de nombreux usages, il est essentiel d'assurer une très grande stabilité des caractéristiques des impulsions. Le projet de formation HARMOFIRE (Harmonic mode-locked fibre lasers), financé par l'UE, a été lancé pour former de jeunes chercheurs prometteurs au développement des lasers à fibre, en visant une stabilisation économique. La formation comportait des approches expérimentales et théoriques. Le verrouillage de mode harmonique est une technique sophistiquée conduisant à un taux très élevé de répétition des impulsions. Pour surmonter les limites du résonateur en matière de taux de répétition d'une impulsion, les chercheurs y ont fait circuler plusieurs impulsions ultra courtes, avec un espacement temporel constant. Ils ont conçu et fabriqué de nouveaux lasers à fibre à verrouillage de mode harmonique, à partir d'un absorbeur saturable en nanotubes de carbone, et d'une fibre de verre fortement dopée à l'erbium. Ces absorbeurs ont été largement utilisés en verrouillage de mode, avec une réponse rapide et une large bande. Leur insensibilité à la polarisation les rend utiles pour étudier les attracteurs de polarisation dans les lasers en mode verrouillé. Les chercheurs ont continué en étudiant en détail la dynamique de la polarisation de molécules solitons, dans ce contexte. Les solitons sont des impulsions dotées d'effets dispersifs et non linéaires précisément équilibrés, de sorte que leur forme temporelle et spectrale est préservée sur de longues distances de propagation. En outre, les solitons peuvent montrer des états liés, avec séparation des phases fixe et discrète. Les chercheurs ont observé des solitons avec divers attracteurs de polarisation, jusqu'au verrouillage du 11ème mode harmonique (une harmonique est un multiple entier de la fréquence initiale). Ils ont intégré dans la cavité du laser un système de couplage de mode (des fibres optiques à réseaux de Bragg), stabilisant le taux de répétition et réduisant le bruit des lasers fonctionnant avec des harmoniques d'ordre élevé (plus de 5). Ceci a permis un fonctionnement harmonique stable pendant 16 heures, à la 19ème harmonique, avec une répétition des impulsions à la fréquence de 460 MHz. La disponibilité de MLFL stabilisés, avec une grande souplesse de génération d'états de polarisation dynamique, soutiendra d'importantes innovations dans les communications, le piégeage d'atomes et de nanoparticules, et le contrôle de la magnétisation. Les résultats du projet HARMOFIRE devraient donc trouver de nombreuses applications.

Mots‑clés

Lasers optiques, lasers à fibre à verrouillage de mode, impulsions ultra courtes, techniques de stabilisation, verrouillage de mode harmonique

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