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3.4 Mo

Thèse présentée à

UFR des Sciences de Rouen

Mention : PHYSIQUE-OPTRONIQUE

Par

Bülend ORTAÇ

Soutenue le 10 décembre 2004

Développement d’un laser à fibre double-gaine dopée à l’ytterbium femtoseconde
et caractérisation des régimes multi-impulsionnels.
Jury P. LAPORTE - Directeur de Recherche au CNRS à Saint-Etienne - Président
P. GEORGES - Directeur de Recherche au CNRS à Orsay - Rapporteur
J. M. DUDLEY - Professeur à l’Université de Besançon - Rapporteur
F. SANCHEZ - Professeur à l’Université d’Angers - Examinateur
A. HIDEUR - Maître de Conférences à l’Université de Rouen - Examinateur
M. BRUNEL - Maître de Conférences à l’Université de Rouen - Co-directeur de thèse
C. ÖZKUL - Professeur à l’Université de Rouen - Co-directeur de thèse

Ce travail est consacré à l’étude et la réalisation d’un laser à fibre double-gaine dopée à l’ytterbium femtoseconde et à la caractérisation des régimes multi-impulsionnels.

Dans une première partie, sont présentés les derniers développements dans le domaine des lasers à fibre de puissance incluant les nouvelles structures des fibres double gaine ainsi que les techniques de pompage par diode. Différentes techniques de verrouillage de modes y sont décrites et analysées.

Dans une seconde partie, un laser à fibre double-gaine dopée à l’ytterbium à verrouillage de modes passif par rotation non-linéaire de polarisation est présenté. Les différentes zones de fonctionnement continu et impulsionnel sont étudiées en fonction de l’orientation de deux lames de phase demi-onde insérées dans la cavité. Les effets de la puissance de pompage et de la dispersion totale de la cavité sur ces régimes sont analysés. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats théoriques, et un bon accord entre théorie et expérience est obtenu en régime de dispersion normale. La deuxième partie est consacrée à la réalisation d’un laser à fibre émettant des impulsions femtosecondes de quelques nanojoules d’énergie. Des impulsions de 90 fs ont été obtenues après compression à l’extérieur de la cavité associé à une énergie de 3.3 nJ. Une analyse du bruit du laser montre que les fluctuations de l’énergie émise sont de l’ordre de 0.048 %, indiquant la forte stabilité de la source.

Dans une troisième partie, une étude détaillée des divers régimes d’états liés d’impulsions obtenues dans le laser à fibre double-gaine dopée à l’ytterbium à verrouillage de modes est effectuée. En régime de dispersion anormale, deux impulsions de 760 fs séparées de 2.7 ps présentant une relation de phase constante égale à -p/2 sont obtenues. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la génération d’états liés dans le régime de dispersion normal. Cette étude nous a permis de mettre en évidence l’existence de divers régimes d’états liés avec des comportements très riches. Une modélisation théorique des états liés en régime de dispersion normale a été menée. Par la suite, nous avons abordé la génération d’un triplet d’impulsions liées présentant des temps de séparations entre impulsions égaux ou différents. Des doublets et des triplets d’impulsions avec des séparations de plus de 185 ps ont été démontrés. Ce chapitre décrit également la démonstration d’un nouveau régime d’émission du laser qui se manifeste sous la forme de deux impulsions liées et d’une impulsions non-liée.

La quatrième partie porte sur l’étude d’un laser à fibre dopée à l’ytterbium fonctionnant en verrouillage de modes harmonique passif, tant en régime de dispersion normale qu’anormale. Dans le cas du régime de dispersion anormale, une cadence de 408 MHz a été observée correspondant à la génération de 20 impulsions de 1 ps chacune et d’énergie égale à 125 pJ. En régime de dispersion proche de zéro, une cadence de 2 GHz a été démontrée avec des impulsions de 700 fs. Enfin, en régime de dispersion normale, des impulsions plus courtes (116 fs) ont été générées à 102 MHz avec une gigue temporelle très faible.

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