Résultats

Après la description du montage expérimental, nous présentons les résultats obtenus lors du verrouillage en phase des modes.

Le seuil laser se situe pour une puissance de pompe d’environ 6 W. Le verrouillage des modes se produit pour une puissance de pompe d’environ 26 W en ajustant correctement les lames de phase. La puissance en sortie de laser est alors d’environ 6 W. Pour une puissance de pompe de 66 W, le laser émet plus de 11 W de puissance moyenne en mode impulsion-nel. La durée de la trace d’autocorrélation de l’impulsion directement en sortie de laser est d’environ 1,3 ps (fig.4.2). En supposant un profil d’impulsion gaussien, on prend alors un facteur de déconvolution de 0,707, la durée de l’impulsion est alors de 910 fs. A la cadence de répétition de 74 MHz, l’énergie par impulsion est de 149 nJ et la puissance crête est de plus de 163 kW.

FIGURE4.2 – Trace d’autocorrélation de l’impulsion en sortie de laser et ajustement

gaus-sien (rouge). La durée à mi-hauteur de la trace est de 1,3 ps

Le train d’impulsion généré est très stable et ne présente pas de fluctuation crête à crête importante. La fig.4.4présente un train d’impulsions a une cadence de 74 MHz, enregistré lorsque le laser fonctionne. La mesure a été effectuée avec un oscilloscope numérique fonc-tionnant à 40 giga échantillons par seconde et ayant une bande passante de 2.5 GHz couplé à une photodiode rapide dont le temps de réponse est de 70 ps. Les lames de phase ont les orientations suivantes :θ₁= 165° θ₂= 0° et α₂= 311° . L’intensité ne fluctue pas d’une impulsion à l’autre et ne présente pas de gigue temporelle significative. Pour confirmer ces observations sur le train d’impulsions, nous avons mesuré le spectre du train d’impulsions à l’aide d’un analyseur de spectre électrique. La mesure présentée en fig.4.3a été effectuée sur une fenêtre temporelle de 1 MHz et avec une résolution de 100 Hz. Le train d’impulsion est centré à 74,3 MHz. Le rapport signal à bruit est de 35 dB. Ceci indique que l’intensité impulsion à impulsion est stable. De plus, la finesse du pic corrobore l’absence de gigue temporelle.

FIGURE4.3 – Spectre électrique du train d’impulsion laser centré à 74,3 MHz.

FIGURE4.4 – Train d’impulsion à 74 MHz

Une modulation d’amplitude se serait manifestée par l’apparition de deux pics latéraux sur le spectre électrique. Ces pics latéraux sont inexistants sur le spectre électrique présenté en fig.4.5. La faible dynamique de cette mesure est principalement due à la difficulté d’in-jection du signal à mesurer dans la fibre optique de la photodiode. Une gigue temporelle se serait manifestée par un élargissement du pic dans le spectre électrique. Cet élargissement n’est pas visible sur la fig.4.3. Pour quantifier cette gigue temporelle plus précisément nous aurions du effectuer une mesure d’intercorrélation. Malheureusement nous n’avons pas de moyen de l’effectuer ne disposant pas d’une ligne à retard suffisamment importante. Il existe donc une zone dans laquelle nous ne pouvons pas quantifier la gigue temporelle. Toutefois, les mesures présentées permettent d’affirmer que si jamais cette gigue temporelle existe elle est inférieure à 70 ps.

FIGURE4.5 – Spectre électrique du train d’impulsions sur une large fenêtre spectrale.

Le spectre optique en sortie de laser est donné en fig.4.6. Il a une largeur à mi-hauteur d’environ 12 nm. Nous avons aussi reporté sur cette figure le spectre optique du laser lorsque les modes ne sont pas verrouillés en phase. Le spectre a alors une largeur à mi-hauteur de 0,1 nm. Ainsi, lorsque le laser est en régime impulsionnel, la largeur à mi-hauteur du spectre a été multipliée par 120. Cet élargissement résulte des effets non-linéaires induits dans la fibre amplificatrice dans le régime impulsionnel. La puissance crête des impulsions génère alors les effets non-linéaires qui élargissent le spectre optique de l’impulsion. Nous quantifierons ces effets non-linéaires en4.1.4.

FIGURE4.6 – Spectre optique en sortie de laser avec le filtre spectral de 4 nm de large en

On remarque que le spectre est modulé. Ces modulations sont le résultat de la forte auto-modulation de phase générée par le passage de l’impulsion dans la fibre. Nous nous sommes alors intéressés à la dynamique des impulsions dans l’oscillateur. Pour cela, nous avons me-suré la puissance intracavité à différents endroits de la cavité, ainsi que les spectres optiques et déterminé les durées d’impulsions. Pour réaliser ces mesures nous avons remplacé deux des miroirs hautement réfléchissants par deux miroirs partiellement réfléchissants ayant une transmission de 1,3% et 1,45%. Les impulsions récoltées au travers de ces miroirs sont ensuite envoyées dans le spectromètre ou dans l’autocorrélateur. Ces deux miroirs partielle-ment réfléchissants étaient placés avant et après la fibre. Nous avons deux autres points de mesure dans la cavité :

– avant le couplage de sortie par le cube polariseur de l’isolateur optique, – la sortie laser par le cube de l’isolateur,

– la partie de lumière réfléchie par le filtre spectral dans la cavité , – avant l’entrée dans la fibre.

La fig.4.7montre les différents endroits de la cavité où ont lieu les mesures intracavités.

FIGURE4.7 – Schéma du dispositif expérimental de mesure de la puissance intracavité

Ces différents points de mesures nous permettront de quantifier l’évolution des diffé-rentes grandeurs telles que la durée des impulsions, les puissances moyennes et les spectres optiques dans la cavité laser.

Nous avons testé différentes manières d’effectuer le couplage de sortie du laser. Nous avons tout d’abord placé un coupleur de sortie diélectrique transmettant 30 % à la longueur d’onde laser. Ce coupleur de sortie était placé entre la sortie de la fibre et l’isolateur optique. Dans cette configuration nous extrayons le signal laser à la fois par le coupleur de sortie et par le port de réjection de l’isolateur optique. Nous n’avons pas trouvé de réglage permettant de tout extraire par le coupleur. Nous avons alors tenté de découpler la fonction de filtrage

temporel de la fonction de couplage de sortie en insérant à la place du coupleur de sortie une paire polariseur-lame demi-onde. Cela n’a fait que déplacer le problème car dans cette configuration là, la paire polariseur-lame demi-onde s’est alors substituée au premier cube polariseur de l’isolateur optique. Nous avons ainsi choisi d’utiliser le port de réjection de l’isolateur optique pour effectuer la fonction de couplage de sortie du laser dans toutes nos expériences.

Le tableau4.1résume les différents paramètres et performances optiques obtenues

Paramètre Valeur

P_pompeau seuil de verrouillage (W) 26 P_laserau seuil de verrouillage (W) 6 P_pompepour la puissance laser maximale (W) 66

P_lasermaximale (W) 11

θ₁(°) 165

θ2(°) 0

α2(°) 311

Durée des impulsions (fs) 910

Largeur spectrale (nm) 12

Cadence de répétition (MHz) 74 Energie par impulsion (nJ) 149

Puissance crête (kW) 163

TABLE4.1 – Résumé des performances optiques et des différents paramètres de réglage du laser

Ces valeurs sont à comparer aux 70 nJ démontrés dans [Lecaplain(2010)] et aux 0,9 µJ démontrés dans [Baumgartl(2012)]. Notons que contrairement aux expériences réalisées dans les deux publications citées, nous n’avons pas utilisé de SESAM ni de fibre passive pour modifier la dispersion globale de la cavité.