Nous nous proposons maintenant d’étudier une configuration utilisant deux diodes de pompe. Dans le paragraphe précédent, nous avons vu que la puissance de pompe est rapidement absorbée dans le cas de la fibre (B). La conséquence en est que l’amplification du signal est limitée dans la mesure où la fin de la fibre dopée est très peu inversée. Afin d’accroître le coefficient de gain, il est possible ajouter une diode de pompe à la fin de la fibre. La faible inversion de la fin de la fibre sera donc compensée par un apport d’énergie de pompe.
La procédure numérique pour la simulation d’une configuration à double pompe est sensiblement identique à celle d’une pompe unique. La différence réside dans le fait que l’on doit
II.3
Laser à fibre dopée: aspects physiques 79
ajouter l’équation différentielle suivante au système (2.11) afin de modéliser le signal de pompe en contra-propagation. - p e a - - 2 p 1 p p p p
dP
=-(N σ -N σ )P +α P
dz
(2.12)De plus, les conditions aux limites doivent être modifiées afin de prendre en compte le fait que le signal de pompe en contra-propagation est injecté à la fin du milieu de gain. Sous ces conditions, il est alors possible de calculer le gain pour les deux longueurs d’onde de pompe. Nous choisissons une fibre de 4 mètres dans le cas du pompage à 980 nm et de 6 mètres pour le pompage à 1480 nm ce qui correspond aux longueurs optimales représentées aux figures 2.34 et 2.35.
Figure 2.36 : Analyse du gain petit signal en fonction de la puissance de la pompe pour la fibre (B) dans une configuration de double pompage. (A) λp= 980 nm. (B) λp= 1480 nm.
La figure 2.36 montre que dans les deux cas, le gain maximal est supérieur à celui obtenu avec une configuration de simple pompe, ce qui semble naturel. En effet, lorsque la fibre est pompée avec une longueur d’onde de 980 nm le gain maximal est de 53 dB, et dans le cas du pompage à 1480 nm, celui-ci est égal à 54.3 dB.
La figure 2.37 représente l’évolution des puissances de pompe en co et contra-propagation. L’analyse indique que l’absorption de la puissance de pompe est plus élevée dans le cas du pompage à
II.3
Laser à fibre dopée: aspects physiques 80
980 nm que lorsque la longueur d’onde de 1480 nm est utilisée. Ceci est toujours dû à la différence des sections efficaces d’absorption entre les deux longueurs d’onde.
Figure 2.37 : Simulations de la propagation de la puissance de pompe en co et contra-propagation dans le milieu de gain (fibre (B)). (A) λp= 980 nm. (B) λp= 1480 nm.
L’intérêt du pompage contra-propagatif apparaît lors de l’analyse des figures 2.38 et 2.39.
Figure 2.38 : Calcul de l’ESA co et contra-propagative dans la fibre (B). (A) λp= 980 nm
(B) λp= 1480 nm.
La puissance de pompe contra-propagative permet d’entretenir le processus d’amplification du signal sur toute la longueur de la fibre. Le résultat est donc un gain plus important. L’inconvénient d'un gain plus important est une augmentation de la puissance d’ESA co-propagative.
II.4
Conclusion 81
Figure 2.39 : Évolution du gain le long de la fibre dopée erbium. (A) λp= 980 nm.
(B) λp= 1480 nm.
En effet, au lieu d’être atténuée par le manque d’inversion, l’ESA bénéficie également de l’entretien du processus d’amplification par la pompe contra-propagative et sa puissance est supérieure à celle d’une configuration utilisant une seule source pour le pompage. Malgré cet inconvénient, dont il faudra tenir compte, la configuration de double pompage reste une méthode efficace pour obtenir un amplificateur optique permettant de délivrer de fortes puissances.
II.4 Conclusion
Au cours de ce chapitre, nous avons abordé plusieurs propriétés fondamentales des lasers à fibre dopée aux terres rares. Tout d’abord, nous avons présenté une description technique et physique du milieu de gain que nous nous proposons d’utiliser pour la réalisation de nos lasers multi-longueurs d’onde, à savoir la fibre de silice dopée à l’erbium. Il est maintenant clair pour le lecteur que l’erbium n’est pas le candidat idéal pour la réalisation de ce type de source. En effet, bien que sa bande spectrale d’émission corresponde exactement aux longueurs d’onde couramment utilisées dans le domaine des télécommunications optiques, l’erbium se comporte comme un milieu de gain à élargissement majoritairement homogène à température ambiante. La conséquence est qu’une seule et unique longueur d’onde peut saturer le gain du laser et empêcher ainsi le processus d’amplification pour d’autres signaux. Cependant ce milieu de gain est caractérisé par un gain petit signal important et la
II.4
Conclusion 82
production de fibres optiques dopées à l’erbium est maintenant bien maîtrisée. Dans le cadre de cette thèse, nous allons étudier l’utilisation d’un décaleur de fréquence et montrer qu'il est possible de s'affranchir de l’élargissement homogène de ce milieu afin d’obtenir une émission multi-longueurs d’onde.
Par la suite, nous avons décrit les cavités susceptibles d’être utilisées pour la réalisation de lasers à fibre. Pour nos travaux, la cavité en anneau semble être le choix le plus pertinent. D’une part, elle permet d’éliminer la modulation spatiale du gain caractéristique des cavités de type Fabry-Perot. D’autre part, sa mise en œuvre en utilisant une technologie fibrée, est relativement aisée.
Nous avons aussi abordé la question de la sélection spectrale qui est essentielle pour la réalisation de lasers multi-longueurs d’onde. Là encore, notre choix s’est porté vers une technologie fibrée : les réseaux de Bragg, qui permettent de réaliser des filtres relativement complexes. De plus, en superposant deux réseaux de Bragg à pas variable, il est possible d’obtenir une structure de type Fabry- Perot qui présente une réponse spectrale périodique avec des pics uniformément répartis sur une bande spectrale relativement importante. La technologie des réseaux de Bragg nous permettra aussi de réaliser des cavités laser complètement fibrées, dans l'espoir d'une meilleure stabilité et d'un meilleur fonctionnement de nos sources.
Enfin les simulations numériques que nous avons réalisées avec les deux fibres dopées à l’erbium à notre disposition, nous a permis de connaître leurs performances en terme de milieu amplificateur. La fibre de la société Coreactive semble être plus performante et retient donc tout notre intérêt. De plus la configuration en double pompage sera intéressante lorsque les pertes de la cavité seront trop importantes en raison des pertes d’insertions des différents composants qui la compose.
Dans le chapitre suivant, nous réalisons une caractérisation complète des régimes d’émission d’un laser multi-longueurs d’onde utilisant un décaleur de fréquence dans sa boucle de contre- réaction. Nous consacrerons cependant une partie du chapitre à démontrer que l’émission lumineuse issue de ce type de source est bien une émission laser.
II.5
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