Verrouillage actif des modes du DRO

0 10 20 30 40 50 60 70 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Temps (ns) P u i ssa n ce ( u . a . ) 8.72 ns 1.24 ns (b)

Fig. 3.14: (a) Profils temporels de la pompe incidente, du complémentaire sans modulation, et du complémentaire avec modulation. (b) Puissance du complémentaire à l’échelle ns en pré- sence de modulation. L’origine des temps se situe 820 µs après le début du créneau de pompe. L’onde signal est à 1050 nm, et le DRO est pompé 4 fois au dessus du seuil avec une pompe découpée. La profondeur de modulation est de 0,35, avec une fréquence de 57,355 MHz.

Afin d’analyser une seule des deux ondes produites par l’OPO, le cristal est porté à 62 °C. Les faisceaux signal et complémentaire sont alors à 1050 nm et 1080 nm respectivement, ce qui permet de les séparer hors cavité à l’aide d’un prisme équilatéral. Même lorsqu’on s’écarte légè- rement de la dégénérescence, la bande passante d’amplification reste assez large pour produire des impulsions picosecondes. D’après ce que nous avons vu au Chap. 3.3.2, la bande passante effective vaut 6 GHz (0,02 nm à 1050 nm) en double passage, ce qui correspond à des impulsions de 230 ps.

Le modulateur est ensuite mis en marche. L’intensité de l’onde complémentaire est analysée avec une photodiode rapide en InGaAs (temps de monté 70 ps) et un oscilloscope de bande passante 2,5 GHz (temps de montée de 170 ps). Pour une fréquence de modulation quelconque, nous vérifions que le DRO n’oscille pas. En revanche, lorsque la fréquence de modulation avoisine la moitié de l’ISL de la cavité, des oscillations rapides apparaissent sur l’allure temporelle du complémentaire, traduisant l’apparition d’impulsions courtes. La Fig. 3.14(a) montre le résultat obtenu pour un créneau de pompe de 800 µs.

On remarque sur cette figure que le temps de construction du DRO passe de ∼100 µs sans modulation à ∼150 µs avec modulation, et que la puissance crête diminue légèrement avec la modulation. Notons par ailleurs que les sauts d’intensité du DRO sont présents à la fois en régime continu et en régime modulé. Enfin, l’intensité en régime modulé ne tombe jamais à zéro : il existe un fond continu d’environ 10 %.

3.4 Verrouillage en phase actif d’un OPO doublement résonnant 0 200 400 600 800 0.8 1.2 1.6 2.0 Temps (µs) D u r é e i m p u l si o n s ( n s) 0.38 0.45 0.49

(a) Durée (LTMH) des impulsions du complémentaire

0 200 400 600 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.38 0.45 0.49 P u i ssa n ce ( u . a . ) Temps (µs)

(b) Puissance crête du complémentaire

Fig. 3.15: Dynamique du DRO pour un pompage 8 fois au dessus du seuil et 3 trois taux de mo- dulation différents. L’origine des temps correspond au moment où les impulsions sont détectables (voir le texte principal).

taire, à t = 820 µs. Sur la Fig. 3.14(b), nous voyons que la puissance du complémentaire en sortie est constituée d’impulsions courtes séparées en moyenne de 8,72 ns. Ce train d’impulsions est stable au cours du temps, et se maintient tel quel en pompage continu (non montré ici). La durée (LTMH) des impulsions en régime stationnaire est de 1,24 ns. Il existe donc bel et bien un régime stationnaire d’impulsions courtes. Autrement dit, ce résultat démontre la faisabilité du verrouillage en phase continu des modes d’un OPO doublement résonnant. La fréquence de répétition des impulsions vaut 114,68 MHz et correspond bien à la fois au double de la fréquence de modulation (114,71 MHz) et à l’ISL de la cavité (114,5 MHz). Par ailleurs, la présence d’un fond continu d’environ 10 % est confirmée. En augmentant le taux de modulation, il est pos- sible de raccourcir les impulsions jusqu’à 800 ps, mais cela se traduit par une diminution de la puissance crête. Avec un taux de modulation plus important, le DRO n’oscille plus.

La dynamique du verrouillage en phase est ensuite étudiée en mesurant la durée des impul- sions en fonction du temps écoulé depuis le début de l’oscillation. Les résultats sont reportés sur la Fig. 3.15 pour différents taux de modulation à puissance de pompe fixe. Sur cette figure, l’origine des temps est le moment où les impulsions sont suffisamment puissantes pour être détectées avec notre photodiode, c’est-à-dire lorsqu’elles sortent du bruit. Par exemple, sur la Fig. 3.14(a), ce moment se situerait à t = 135–140 µs. La Fig. 3.15(a) montre que la durée des impulsions augmente rapidement sur une durée d’environ 100 µs. Cette période est le temps

0.36 0.40 0.44 0.48 0 2 4 6 8 10

Prof ondeur de modulation µ

F o n d co n t i n u ( % )

Fig. 3.16: Évolution du fond continu du DRO verrouillé en phase avec le taux de modulation, pour un pompage 8 fois au dessus du seuil.

de construction de l’oscillation, comme le montre la Fig. 3.15(b). Au delà de ∼100 µs, le DRO atteint un régime stationnaire d’impulsions courtes. Aux temps longs (t > 800 µs), la pompe commence à décroître, ce qui se traduit par une diminution de la puissance et de la durée des impulsions du DRO. Cette évolution porte à croire que les impulsions sont encore plus courtes au démarrage du DRO (temps négatifs), mais elles sont alors trop faibles pour être détectées. Ce point sera discuté lors de la modélisation de l’OPO à modes verrouillés (Chap. 3.6.2).

De façon générale, la durée et la puissance crête des impulsions diminuent lorsque le taux de modulation augmente, à puissance de pompe fixe. Le même phénomène se produit lorsque la puissance de pompe diminue à taux de modulation fixe. Cette compétition entre gain et taux de modulation se retrouve également dans les lasers à verrouillage de phase actif, et apparaît d’ailleurs dans l’expression de la durée d’impulsion sous la forme du facteur g/µ. L’augmentation du taux de modulation se traduit également par une diminution du fond continu relativement à la puissance crête des impulsions, comme montré sur la Fig. 3.16. L’ensemble de ces comportements peut s’interpréter de la façon suivante. Lorsque le taux de modulation augmente, d’avantage d’énergie est transférée d’un mode longitudinal à son mode voisin : le nombre final de modes verrouillés en phase est plus important, et donc les impulsions générées plus courtes. Comme le fond continu est constitué des modes non verrouillés, il diminue. De même, lorsque la pompe augmente, le gain augmente à pertes fixes : il y a davantage de modes longitudinaux se retrouvant au dessus du seuil d’oscillation. Si le taux de modulation est laissé inchangé, ces nouveaux modes oscillants ne sont pas verrouillés en phase et viennent contribuer au fond continu.

3.5 Verrouillage en phase actif d’un OPO simplement résonnant