Applications potentielles

Une peigne avec de telles performances peut ˆetre tr`es int´eressant pour les syst`emes de transmission optique combinant le multiplexage en longueurs d’onde (WDM) et les formats de modulation avanc´es. Rappelons qu’en appliquant la mˆeme technique `a une diode `a blocage de modes passif, Pfeifle et al., ont pu d´emontrer la premi`ere transmission WDM coh´erente employant une telle source [9]. Dans leur cas, les largeurs de raies intrins`eques atteintes ´etait de la centaine de kilohertz, au centre du peigne

Chapitre 3. La technique d’asservissement `a correction aval de la phase optique d’un

laser : extension `a une diode `a blocage de modes 90

de bandes lat´erales affin´ees et atteignaient la dizaine de m´egahertz aux extr´emit´es. En utilisant 30 bandes lat´erales affin´ees, cela leur a tout de mˆeme permis d’atteindre un d´ebit de1 terabit/s. Avec les performances que nous avons atteintes en terme de largeur de raie intrins`eque, on serait th´eoriquement en mesure d’atteindre le petabit/s. Mis `a part le domaine des t´el´ecommunications, les performances obtenus que nous avons d´emontr´e se rapprochent de celles pouvant ˆetre offertes par des lasers `a blocage de modes passif `

a fibre [88], cela peut ´eventuellement ouvrir aux diodes `a blocage de modes l’acc`es au mˆeme champ d’applications.

Stabilisation de la fr´equence d’un laser

sur un interf´erom`etre `a fibre d´es´equilibr´e

Sommaire

4.1 Introduction . . . 92 4.2 G´en´eralit´es sur la stabilisation de la fr´equence d’un laser . . 93 4.2.1 Principe de fonctionnement . . . 93 4.2.2 Gain | Stabilit´e du syst`eme . . . 95 4.3 Stabilisation de la fr´equence d’un laser sur un interf´ero-

m`etre `a fibre d´es´equilibr´e : Introduction et ´el´ements de th´eorie 99 4.4 Stabilisation de la fr´equence d’un laser sur un interf´ero-

m`etre `a fibre d´es´equilibr´e : Analyse exp´erimentale . . . 104 4.4.1 Description de la source utilis´ee . . . 105 4.4.2 Le dispositif exp´erimental . . . 106 4.4.3 R´esultats exp´erimentaux. . . 107 4.5 Conclusion. . . 113

Chapitre 4. Stabilisation de la fr´equence d’un laser sur un interf´erom`etre `a fibre

d´es´equilibr´e 92

Ce chapitre est consacr´e `a l’´etude d’une technique d´edi´ee `a la stabilisation de la fr´equence d’un laser sur un interf´erom`etre `a fibre d´es´equilibr´e. Dans un premier temps, nous pr´esentons quelques g´en´eralit´es concernant le principe de stabilisation de la fr´equence d’un laser. Nous proposons ensuite une description analytique d’un syst`eme de stabilisation bas´e sur un interf´erom`etre d´es´equilibr´e. Une ´etude exp´erimentale consistant `

a appliquer cette technique pour stabiliser la fr´equence d’un laser vient clore ce chapitre. On conclue sur les r´esultats obtenus en faisant le lien avec la technique ´etudi´ee dans les chapitres pr´ec´edents. On met en pratique cette technique en conduisant une analyse exp´erimentale. Nous pr´esentons les premiers r´esultats encourageant obtenus que nous analysons en vue d’une am´elioration future.

4.1

Introduction

La densit´e spectrale de puissance des fluctuations de fr´equence du laser Oewaves Gen3, que l’on a utilis´e au cours des exp´erimentations men´es au chapitre2et3, pr´esente un niveau de bruit blanc de fr´equence d’environ∼ 5Hz2/Hz pour les fr´equences de Fourier sup´erieures `a80 kHz (voir Chap.2 et 3). A un tel niveau de bruit correspond un spectre optique lorentzien avec une largeur de raie intrins`eque de ∆ν_l≈ 15Hz. Cependant, en dessous de 80 kHz, un bruit basse fr´equence ´evoluant en1/ f2 pr´edomine son spectre de bruit. Cette contribution limite les performances du laser `a un temps d’observation inf´erieur `a 333µs (donn´e par l’intersection de laβ-line et le spectre de bruit de fr´equence du laser). Concr`etement, le spectre laser a une largeur de raie de ∼ 15 Hz `a l’instant t = 0 (origine du temps d’observation), pour une dur´ee de mesure inf´erieure `a 333µs. En augmentant le temps d’observation au-del`a de 333µs la raie laser s’´elargit progressivement. D’apr`es l’approximation de la β-line (voire Chap.1, Sec.1.1.4), on estime cette largeur `

a ∼ 37kHz pour un temps d’observation de10ms. On constate donc que passer d’une dur´ee d’observation de 333µs `a10 ms se traduit par une largeur `a mi-hauteur qui ´evolue de ∼ 15Hz `a∼ 37kHz. Cette observation correspond au passage d’un profil lorentzien `a un profil de Voigt, qui comme nous l’avons d´ecrit, est illustr´e par la m´ethode de β-line. Pour des applications telles que les t´el´ecommunications optiques, cet ´elargissement n’est pas toujours consid´er´e comme un facteur limitant, car l’observation du spectre se fait g´en´eralement sur des dur´ees tr`es courtes (< 1µs), insensibles `a l’´elargissement spectral induit par le bruit de scintillement (seul le niveau du bruit blanc de fr´equence est d’int´erˆet). A contrario, dans les domaines tels que, la m´etrologie [89] ou la spectroscopie `

a haute pr´ecision, on s’int´eresse `a des ph´enom`enes relativement lents, le spectre est par cons´equent amen´e `a ˆetre observ´e sur des temps plus longs, on est dans ce cas sensible `a l’´elargissement. Dans ce cas, la r´eduction du bruit basse fr´equence devient une n´ecessit´e.

Afin de r´eduire le bruit de fr´equence en 1/ fα, il est courant de recourir `a un as- servissement `a correction amont de la fr´equence laser, plus connu sous son appellation anglo-saxonne « Feedback Loop Control ». N´eanmoins le terme de stabilisation est usuel- lement r´eserv´e pour les fr´equences inf´erieures au hertz, g´en´eralement en recourant `a une r´ef´erence mol´eculaire ou atomique. Nous parlerons dans ce chapitre de pr´e-stabilisation, car la r´eduction de bruit de fr´equence en1/ fα vis´ee concerne la gamme de fr´equence au dessus de 100 Hz. Att´enuer le bruit de scintillement r´eduit la contribution gaussienne dans le profil de Voigt de la raie, soit la largeur de raie, soit la gigue fr´equentielle du