Fermeture des cavités

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Les valeurs de gain mesurées ci-dessus en simple passage étant relativement modestes, on a choisi de déposer directement les miroirs nécessaires à l'oscillation laser sur les tranches polies des cristaux. On évite ainsi les pertes associées à la configuration plus classique qui consiste à collimater, à l'aide d'objectifs, les faisceaux aux extrémités des guides d'onde sur des miroirs aux coefficients de transmission adaptés.

En outre, l'épaisseur des miroirs déposée est au maximum de quelques microns. On conserve donc la possibilité d'utiliser les composants fibrés décrits jusqu'alors.

L'inconvénient majeur de ce choix est que les dépôts doivent être considérés comme quasiment définitifs, d'une part parce qu'il s'agit d'une opération délicate et coûteuse qu'on ne peut refaire aussi facilement qu'un changement d'objectif ou de lame réfléchissante dans une monture et d'autre part parce qu'il est difficile de retirer un miroir déposé sans repolir la tranche considérée, c'est-à-dire sans raccourcir le guide et diminuer le gain, sans parler du risque de rayure des électrodes.

Il faut donc en pratique prévoir le mieux possible les coefficients de transmission nécessaires.

Pour effectuer de façon simple cette évaluation, on peut reprendre les valeurs de gain net en simple passage et écrire qu'au seuil, le gain sur un aller-retour lorsqu'un des deux miroirs est totalement réfléchissant pour le signal doit être égal à la somme des pertes à la propagation et de celles occasionnées par le miroir

d'extraction du faisceau laser. On comprend ainsi que plus le facteur de transmission de ce dernier est grand, plus la puissance du laser est élevée et il en est de même pour le seuil.

Dans le cas des guides Ti:Er:LiNbO₃ étudiés plus haut, la relative modestie de la puissance de pompe couplée sur l'ensemble des échantillons conduit à un calcul fortement dépendant du dopage et de la longueur d'onde d'émission. Pour se réserver la possibilité d'étudier dans des conditions d'oscillation laser le plus grand nombre possible de structures, on a donc choisi de privilégier les cavités à faible seuil en déposant des miroirs à coefficient de réflexion élevé sur la fenêtre spectrale du signal.

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Afin de permettre le pompage longitudinal des guides à travers le miroir d'entrée déposé sur les cristaux, on a choisi un dépôt diélectrique multicouches de type double-onde (réalisé au Laboratoire d'Optique des Surfaces et des Couches Minces, ENSPM, Marseille). Il s'agit d'une succession de couches quart-d'onde de SiO₂ (épaisseur ~ 1635,4 Å, notées B pour bas indice) et de TiO₂ (épaisseur ~ 2513,1 Å, notées H pour haut indice), réalisées par évaporation assistée par ions selon la séquence B HBHB 2H BHBH B HBHB 2H BHBH.

Figure 3-18: Courbe de transmission du miroir double-onde.

La Figure 3-18 illustre l'avantage d'une telle structure, qui offre une transmission proche de 100% sur plus de 25 nm autour du pic d'absorption de l'erbium. On peut ainsi espérer exploiter au mieux la puissance fournie par la diode de pompe sur un spectre assez large (cf. Figure 3-4).

1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Fa ct eu r de tr an sm is si on Longueur d'onde (nm)

Le coefficient de réflexion de ce miroir dans la fenêtre de longueur d'onde du signal, de 1,53 à 1,6 µm, permet de l'utiliser également en temps que miroir de sortie. Les cavités sont alors achevées de la façon schématisée sur la Figure 3-19, à l'aide d'un miroir totalement réfléchissant sur l'autre tranche des cristaux.

Figure 3-19: Portion de substrat comportant un guide droit et deux modulateurs électro-optiques. Pompe à λ_p et signal à λ_s sont véhiculés via un multiplexeur fibré jusqu'à la tranche de gauche, munie d'un miroir à forte transmission à λ_p (noté AR pour anti-réflexion) et à haut coefficient de réflexion R~90% à λ_s (noté HR). A droite, un miroir HR/HR (R>99,5% de 1,4 à 1,6 µm) est déposé. Le couplage fibre-guide est fait avec liquide d'indice.

Cette configuration est possible grâce à l'emploi du multiplexeur fibré décrit lors des mesures de gain, qui permet à la fois le couplage de la pompe à 1,48 µm et l'extraction de faisceaux laser entre 1,52 et 1,65 µm. on remarque qu'elle ne nécessite qu'un seul couplage et que le miroir HR/HR est favorable au fonctionnement des modulateurs électro-optiques.

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Il est sous-entendu, sur la Figure 3-19, que le miroir HR/HR est réalisé par dépôt de diélectriques. Dans ce schéma de pompage et de récupération du faisceau laser, une autre alternative peut s'avérer intéressante.

Il s'agit de déposer un miroir constitué d'une couche unique d'or, en profitant du fait que la portion de la surface du substrat située près de la tranche et où affleurent des guides est déjà protégée par la couche tampon des systèmes d'électrodes. Même s'il est difficile de la protéger aussi bien que le reste de l'échantillon d'un débordement d'or, que ce soit par des caches ou un masque de résine, on n'a donc pas à craindre de pertes par absorption des champs évanescents.

Miroir HR/HR Electrodes Coupleur directionnel Demi-interféromètre Miroir AR/HR Platine de translation Guide Ti:LiNbO₃ isolé

Multiplexeur de longueurs d'onde

Analyse du signal

Le principal problème qui demeure est celui de l'adhérence du métal noble sur LiNbO₃ en absence de couche d'accrochage. Pour des épaisseurs de l'ordre de 2000 à 3000 Å, nécessaires pour avoir un coefficient de réflexion proche de l'unité autour de 1,5 µm, les premiers essais sont néanmoins prometteurs puisqu'on parvient même à dégager certains guides par gravure humide en protégeant localement le miroir avec des gouttes de polymère en solution.