Verrouillage en phase actif du SRO

Le verrouillage en phase continu des modes du SRO est obtenu pour une fréquence de modulation de 60,782 MHz. Le résultat est présenté sur la Fig. 3.24 pour un pompage 1,4 fois au dessus du seuil et un signal à 975 nm.

3.5 Verrouillage en phase actif d’un OPO simplement résonnant

(a) Train modulé à l’échelle ms

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 . ) 8.23 ns 1.2 ns (b) Impulsions à l’échelle ns

Fig. 3.24: Puissance du signal à 975 nm émis en continu par le SRO en présence de modulation, pour un pompage 1,4 fois au dessus du seuil, et le taux de modulation de 0,4. L’oscillation étant continue, l’origine des temps est arbitraire.

Comme attendu, le train modulé est très stable en intensité, contrairement à ce qui avait été observé pour le DRO. Les impulsions sont espacées en moyenne de 8,23 ns, ce qui correspond à un ISL de 121,5 MHz double de la fréquence de modulation. La durée stationnaire des impulsions (LTMH) est de 1,2 ns. La dynamique du SRO est ensuite étudiée avec un créneau de pompe de 800 µs et présentée sur la Fig. 3.25.

La dynamique observée est similaire à celle observée sur le DRO. Une première période très courte, d’environ 20 µs, voit l’intensité du SRO augmenter tandis que les impulsions s’allongent. Puis, un régime stationnaire est atteint, avec des durées d’impulsions de 800 ps à 1,6 ns selon le taux de modulation. Le SRO est stable en intensité et en longueur d’onde sur environ 1 s sans saut de mode. Cette échelle de temps est beaucoup plus grande que le temps de construction du verrouillage des modes en phase qui est de ∼20 µs. Nous pouvons donc affirmer cette fois que le régime stationnaire est atteint. Comme précédemment, augmenter le taux de modulation raccourcit les impulsions finales et diminue l’importance du fond continu, comme le montre la Fig. 3.26.

Les impulsions les plus courtes sont de 700 ps pour un taux de modulation de 0,5. Au-delà, le SRO n’oscille plus. Le meilleur compromis entre le raccourcissement des impulsions courtes et la perte de puissance crête par rapport au fonctionnement continu semble se situer vers une profondeur de modulation de 0,4, avec des impulsions de 1,2 ns en régime stationnaire et un

0 100 200 300 400 500 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 D u r é e i m p u l si o n s ( n s) 0.34 0.42 0.47 Temps (µs)

(a) Durée (LTMH) des impulsions du signal

0 100 200 300 400 500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.34 0.42 0.47 P u i ssa n ce ( u . a . ) Temps (µs)

(b) Puissance crête du signal

Fig. 3.25: Dynamique du SRO verrouillé en phase pour trois taux de modulation différents. L’origine des temps correspond au moment où les impulsions sont détectables. Les conditions expéri- mentales sont identiques à celles de la Fig. 3.24. Ces figures ont été réalisées en regroupant des acquisitions faites pendant des créneaux de pompe différents. Les discontinuités obser- vées, notamment en (b), sont donc dues à des fluctuations lentes de la puissance du SRO d’une acquisition à l’autre, et non à des sauts de mode.

0 2 4 6 8 10 0.32 0.36 0.40 0.44 0.48 0.52 0.8 1.2 1.6 2.0 D u r é e i m p u l si o n s ( n s)

Prof ondeur de modulation

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

Fig. 3.26: Évolution du fond continu et de la durée des impulsions signal avec la puissance de mo- dulation pour le SRO verrouillé en phase. Les conditions expérimentales sont identiques à celles de la Fig. 3.24.

3.5 Verrouillage en phase actif d’un OPO simplement résonnant fond continu de 5 %. En diminuant le taux de modulation à 0,35, le plancher d’intensité entre deux impulsions successives commence à disparaître. À des taux de modulation décroissants, il y a retour progressif vers le régime continu en passant par un régime modulé sinusoïdal.

3.5.4

Discussion

En SRO comme en DRO, la dynamique du verrouillage en phase actif est la suivante : lorsque la puissance intracavité est encore faible, les impulsions sont courtes puisqu’elles font moins de 800 ps. La durée des impulsions augmente ensuite de pair avec la puissance crête, pendant environ 50 µs, jusqu’à ce qu’un régime stationnaire soit atteint. L’ordre de grandeur de la durée finale des impulsions est 1 ns, quelque soit le type d’OPO. Cette valeur diminue lorsque la profondeur de modulation augmente, mais de façon minime. En résumé, la dynamique et l’état stationnaire du verrouillage actif des modes en phase sont quasiment identiques dans le DRO et dans le SRO. La première conséquence de ce résultat est que les effets de clusters du DRO ne permettent plus d’expliquer ni l’origine de la dynamique particulière observée, ni la durée finale des impulsions. Leur effet sur le verrouillage actif est au contraire négligeable puisqu’il ne modifie pas significativement la durée des impulsions par rapport au SRO. La deuxième conséquence est qu’il doit exister un phénomène commun au SRO et au DRO, et donc en quelque sorte “fondamental”, permettant d’expliquer les résultats. Ce phénomène a probablement été négligé ou sous-évalué dans les théories du verrouillage actif des modes en phase.

Nous avons déjà vu au Chap. 3.2.3 que la dispersion globale de la cavité était trop faible pour influer significativement sur la durée des impulsions lorsque celles-ci font quelques dizaines de picosecondes. Elle devient surtout critique dans le régime femtoseconde, où un facteur 10 sur la durée des impulsions peut parfois être gagné en la compensant [Gal95]. À fortiori, elle devient complètement négligeable dans notre cas où les impulsions sont de l’ordre de 1 ns. Une preuve supplémentaire est que le SRO (cavité en anneau) donne des impulsions de durée quasiment identique au DRO (cavité linéaire) avec pourtant une dispersion globale deux fois plus faible dans la cavité.

Remarque sur la fréquence de modulation et le taux de répétition

En théorie, la fréquence de modulation n’est pas nécessairement rigoureusement égale à la fréquence de répétition de la cavité. Pour le SRO, il peut exister un décalage de 200–300 kHz qui dépend de la dispersion de temps de groupe et du gain. Cet effet est discuté en Annexe D.2. En pratique, nous constatons que l’écart maximum n’est que de 60 kHz, ce qui est compatible avec l’incertitude sur la fréquence de répétition des impulsions, de 100 kHz environ (déviation standard). En revanche, dans le cas du DRO la fréquence de modulation optimum diffère de

200 kHz de l’intervalle spectral libre mesuré de la cavité. En réalité, la fréquence de modulation optimale est quelque part entre la fréquence de répétition pour le signal et pour le complé- mentaire, car les deux impulsions sont séparées temporellement. Nous avons vu dans le modèle développé au Chap. 3.3.2 que ce décalage peut atteindre 30 ps dans un DRO, soit 200 kHz. De plus, le modulateur a des fréquences de résonances espacées de 330 kHz environ, et a donc tendance à ramener la valeur de la fréquence de modulation vers ses points de fonctionnement optimum. Ces deux phénomènes, ainsi que l’incertitude de mesure, expliquent l’écart observé entre la fréquence de modulation et la fréquence de répétition.