Élaboration de lasers few-cycle à fibres optiques dans le moyen-infrarouge

Discipline

Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Moyen infrarouge, Soliton, Puissance crête, Fibre optique, Supercontinuum, Spectroscopie des gaz à effet de serre

Mots-clés

Lasers de puissance - Innovation,

Lasers femtoseconde,

Fibres optiques,

Verres de fluorures

La propagation d’impulsions sub-picosecondes issues des lasers à haute énergie dans des fibres optiques passives déclenche, sous certaines conditions, un régime de propagation unique connu sous le nom de « régime solitonique ». Ce régime particulier, émanant de l’interaction entre l’automodulation de phase et la dispersion chromatique, permet de produire des solitons fondamentaux de quelques dizaines de femtosecondes grâce à la fission multi-solitonique de l’impulsion-source. Le large spectre des solitons fondamentaux leur permet de subir la diffusion Raman intra-impulsionnelle qui a pour conséquence un auto-décalage spectral de l’impulsion vers les hautes longueurs d’onde lors de sa propagation dans la fibre optique. La fission multi-solitonique et l’auto-décalage fréquentiel des solitons permettent de générer des impulsions accordables en longueur d’onde dans l’IR moyen. Cette thèse a pour but de développer une source laser à haute puissance crête à de hautes longueurs d’onde. La région spectrale entre 2,5 et 5 μm est peu couverte par l’émission directe des lasers solides ou fibrés. La transparence des fibres en silice étant limitée à 2,4 μm, l’exploration d’un autre type de fibres optiques a été nécessaire. Les fibres optiques en verre fluoré, transparentes jusqu’à 4,8 μm, se présentent comme une plateforme idéale pour ce genre d’applications. L’utilisation de fibres à grande surface modale permet la génération d’impulsions de forte puissance crête. Dans ces travaux, l’exploitation du régime solitonique dans une cascade de fibres optiques en silice et en verre fluoré a permis de produire des impulsions de forte puissance crête dans la bande de fréquence moyen infrarouge : 1,2 MW à 2,27 μm, 0,5 MW à 3,03 μm et 35 kW à 4,5 μm. Ces sources permettent la génération de supercontinuum dans l’IR moyen dans des fibres en verres de chalcogénure. La génération d’un SC couvrant deux octaves, de 2 à 8 μm, a été obtenue dans une fibre microstructurée air-chalcogénure. La large bande spectrale des supercontinuum couvre les raies d’absorption de plusieurs gaz polluants dont le méthane et le dioxyde carbone. La dernière partie de cette thèse présente une étude spectroscopique de l’absorption du gaz méthane CH4 dans l’air à l’aide de cette source supercontinuum fibrée.