b) Mesure du seuil
III.4 Définition des régimes d’émission du laser
III.4.2 Cartographie des régimes d’émission du laser.
Les expériences précédentes ont permis d’observer que le régime d’émission continu est obtenu pour une plage limitée de puissance de pompe. Le premier objectif de ce travail consistait à optimiser l’émission laser en régime continu multi-longueurs d’onde afin d’examiner les possibilités d’application de cette source dans le domaine des télécommunications.
L’objet de la cartographie présentée dans cette section, est de déterminer les paramètres du laser permettant une région d’émission continue, la plus vaste possible. Le protocole expérimental est
III.4 Définition des régimes d’émission du laser 108
relativement simple. Il s’agit d'observer le régime d’émission lorsqu'on varie les pertes de la cavité et la puissance de pompe. Le dispositif expérimental utilisé pour la réalisation de cette cartographie est présenté à la figure 3.9 (A) utilisant la fibre HP-980. Un atténuateur variable a été ajouté afin d’avoir un contrôle fin des pertes totales de la cavité. Pour chacune des cartes, il est nécessaire de fixer la longueur de la fibre erbium, la longueur totale de la cavité et le nombre de longueurs d’onde délivrées par le laser. Puis, pour chaque valeur de perte de cavité, nous faisons varier la puissance de pompe et nous déterminons la nature du régime d’émission à l’aide de l’oscilloscope rapide. Le tableau 3.1 résume l'ensemble des paramètres utilisés.
Tableau 3.1 : Paramètres utilisés au cours de la cartographie des régimes d’émission du laser. Paramètre de la cavité Valeurs
Longueur de la fibre erbium [m] 11.5, 10.5, 8.5 et 6.5 Étalon de fibre SMF [m] 10 à 70, 100, 140 Nombre de longueur d’onde 1, 3 et 6
Puissance de pompe [mW] 0 à 120 Pertes additionnelles [dB] 0 à 7
Nous avons utilisé quatre longueurs de fibre dopée à savoir 11.5, 10.5, 8.5 et 6.5 mètres. Il est à noter que l’inversion moyenne de 67 % permettant d’obtenir un gain plat dans la région 1540-1556 nm est obtenue pour une longueur de fibre égale à 8.5 mètres avec la puissance de pompe amximale de 120 mW. De la fibre monomode (SMF) de différentes longueurs a été ajoutée à la cavité afin d’en contrôler la longueur totale. Elles sont insérées dans la cavité entre le réseau de Bragg et le circulateur optique. (figure 3.9 (A)). La contribution de cette fibre SMF sur la longueur de la cavité est donc doublée. Nous avons utilisé plusieurs configurations de filtre permettant de sélectionner 1, 3, ou 6 bandes spectrales. Ces filtres sont toujours des réseaux de Bragg écrits sur la même fibre photosensible mais spatialement séparé lorsqu’une configuration multicanaux est nécessaire. Une présentation exhaustive des cartes produites serait fastidieuse. Aussi, la figure 3.14 présente un résumé des cartes d’intérêt, c’est-à-dire celles où le régime d’émission continu a été obtenu pour une plage importante de pertes et de puissance de pompe. L’analyse de ces cartes n’est pas toujours aisée et des règles générales sur l’apparition d’un régime déterminé sont difficiles à établir. Cependant, plusieurs conclusions se dégagent de l’étude de ces cartes.
III.4 Définition des régimes d’émission du laser 109
Figure 3.14 : Cartographie des régimes laser. (A) 6.5 m de fibre erbium, 70 m de fibre SMF, 3 longueurs d’onde, (B) 8.5 m de fibre erbium, 100 m de fibre SMF, 3 longueurs d’onde, (C) 10 m de fibre erbium, 70 m de fibre SMF, 3 longueurs d’onde, (D) 11.5 m de fibre erbium, 50 m de fibre SMF, 3
longueurs d’onde.
Tout d’abord, il apparaît que le nombre de longueurs d’ondes constitue un paramètre déterminant permettant de maximiser la région d’émission en régime continu. En effet, dans les quatre cas présentés le nombre de longueurs d’onde est toujours égal à trois. En fait comme l’indique la carte (B), le facteur limitant de la surface de la région d’émission continue est l’apparition du régime de modes bloqués lorsque la puissance de pompe devient importante.
III.4 Définition des régimes d’émission du laser 110
En augmentant le nombre de canaux, la puissance laser de chacune d’entre elle est diminuée. Une telle répartition de la puissance laser réduit l’impact des effets non linéaires à l’origine du régime impulsionnel.
Figure 3.15 : Analyse de l’impact du nombre de longueurs d’onde. (A) 6.5 m de fibre erbium, 70 m de fibre SMF, 1 longueur d’onde, (B) 6.5 m de fibre erbium, 70 m de fibre SMF, 3 longueurs d’onde.
Cette particularité est clairement représentée à la figure 3.15. La figure 3.15 présente les cartes de régime d’émission pour une cavité composée de 6.5 mètres de fibre dopée erbium et dont la longueur totale est de 110 mètres. La différence entre les deux configurations a trait aux nombres de bandes spectrales pouvant développer une émission laser. Dans le cas de la figure 3.15 (A), la cavité est composée d’un filtre mono-longueur d’onde, la seconde configuration quant à elle, utilise un dispositif spectral permettant la sélection de trois longueurs d’onde. Il est possible de remarquer que lorsque la configuration laser ne contient qu’une seule longueur d’onde, le régime de modes bloqués est relativement important. Le régime continu ne peut s’établir dans la cavité seulement si les pertes intrinsèques sont élevées. Dans le cas de la seconde configuration (la sélection de trois longueurs d’onde), le régime continu prédomine progressivement et le régime de modes bloqués disparaît.
III.5 Conclusion 111
Au regard de ces observations, nous pouvons en déduire que plus le nombre de longueurs d’onde est élevé, plus le laser aura tendance à émettre dans un régime continu. Il s’agit là d’un point positif dans la mesure où notre premier objectif est de réaliser des sources continues fortement multi- longueurs d’onde. L’apparition du régime de modes bloqués sera donc combattue en augmentant le nombre de longueurs d’onde, ce qui dans le cadre de nos travaux est amplement satisfaisant.
Un aspect plus préoccupant est la présence du régime de modes déclenchés. En effet, si nous poursuivons l’analyse de la figure 3.14, nous nous constatons que ce régime est présent dans tous les cas de figure étudiés. Aucun des paramètres utilisés lors de cette caractérisation ne permet de l’éliminer, tout au plus est-il possible de réduire sa surface. Ce régime constitue un problème non négligeable puisqu’il limite la puissance disponible pour le régime continu, ce qui est notre objectif. De plus, aucune application dans le domaine des télécommunications optique ne requiert une source multi-longueur d’onde émettant dans un régime de modes déclenchés.
Enfin, pour conclure notre analyse de la cartographie des régions d’émission de ce laser, nous avons étudié les frontières entre les différents régimes. Il apparaît que ces frontières ne sont pas nettes et cela est du à des effets de polarisation à l’intérieur de la cavité. En effet, la cavité est sensible à la polarisation car elle n’est pas constituée de fibre à maintien de polarisation ce qui est généralement le cas pour les lasers commerciaux. Pour y remédier, nous avons tenté d’optimiser l’état de polarisation en ajustant au mieux le contrôleur de polarisation, mais ceci n’a pas garanti la conservation de l'état de polarisation lors des expériences. Une attention particulière devra être accordée à la polarisation durant la réalisation de laser multi-longueurs d’onde.
III.5 Conclusion
Au cours de ce chapitre nous avons apporté la preuve expérimentale que l’émission lumineuse issue d’une source multi-longueurs d’onde, utilisant un décaleur de fréquence, était effectivement une émission laser. En effet, nous avons déterminé l’apparition d’un seuil dans la courbe Puissance optique laser de sortie-puissance de pompe ainsi qu'une discrimination spectrale.
III.5 Conclusion 112
La seconde partie de ce chapitre était consacrée à la caractérisation des régimes d’émission de ce type de laser. La littérature scientifique fait état d’une controverse sur le régime d’émission de ce type de cavité. La réalisation d’une cartographie complète des régimes d’émission nous a permis d’éclaircir ce point. En effet, nous avons déterminé que ce laser pouvait émettre suivant trois régimes : un régime continu, un régime de modes déclenchés passif et un régime de modes bloqués passif. L’analyse des différentes cartes réalisées n’a pas permis la définition de règles claires régissant l’apparition de ces régimes. Cependant, une constante semble émerger: l’augmentation du nombre de longueurs d’onde favorise un régime continu. Cet aspect est positif car nous souhaitons réaliser des sources fortement multi-longueurs d’onde et à émission continue pour des applications de télécommunications optiques. Malheureusement, le régime à modes déclenchés passif est toujours présent. Il s'agit d'un inconvénient majeur puisqu'il limite la présence du régime continu et qu'il est inutilisable pour des applications de communication optique.
Nous pensons donc qu’il est essentiel avant de poursuivre le développement de sources multi- longueur d’onde, de réaliser une étude de ce régime afin d’en identifier l’origine et la dynamique.
III.6 Bibliographie 113
III.6 Bibliographie
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