Cohérence temporelle des lasers Brillouin à fibre optique PDF Download
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Author: Alexis Debut
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Languages : en
Pages : 153
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Book Description
Le travail presente dans ce memoire porte sur l'etude theorique et experimentale de la coherence temporelle des lasers brillouin a fibre optique. Dans le cadre du modele coherent a trois ondes decrivant le comportement dynamique des lasers brillouin, nous etablissons une relation analytique liant la phase de l'onde stokes a celle de l'onde de pompe. Contrairement aux lasers classiques, nous montrons que le bruit de phase du laser de pompe est transfere a l'onde stokes emise apres avoir ete filtre et reduit. Il en resulte que le temps de coherence de l'onde stokes est beaucoup plus important que celui de l'onde de pompe. Le rapport entre ces deux temps de coherence est donne par un facteur k 2. Ce facteur depend simplement et uniquement du taux de perte de la cavite et du taux d'amortissement de l'onde acoustique. Nous presentons ensuite un protocole experimental dans lequel nous enregistrons la reponse du laser brillouin a une modulation de frequence du laser de pompe. Le rapport entre l'indice de modulation de l'onde de pompe et celui de l'onde stokes nous donne la valeur du coefficient k. Les resultats experimentaux confirment avec succes nos predictions theoriques. Pour terminer, nous appliquons nos methodes d'analyse a un laser brillouin injecte optiquement. Nous demontrons experimentalement et theoriquement que celui-ci emet un rayonnement stable en intensite quelque soit le regime de fonctionnement du laser brillouin.
Author: Alexis Debut
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Pages : 153
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Le travail presente dans ce memoire porte sur l'etude theorique et experimentale de la coherence temporelle des lasers brillouin a fibre optique. Dans le cadre du modele coherent a trois ondes decrivant le comportement dynamique des lasers brillouin, nous etablissons une relation analytique liant la phase de l'onde stokes a celle de l'onde de pompe. Contrairement aux lasers classiques, nous montrons que le bruit de phase du laser de pompe est transfere a l'onde stokes emise apres avoir ete filtre et reduit. Il en resulte que le temps de coherence de l'onde stokes est beaucoup plus important que celui de l'onde de pompe. Le rapport entre ces deux temps de coherence est donne par un facteur k 2. Ce facteur depend simplement et uniquement du taux de perte de la cavite et du taux d'amortissement de l'onde acoustique. Nous presentons ensuite un protocole experimental dans lequel nous enregistrons la reponse du laser brillouin a une modulation de frequence du laser de pompe. Le rapport entre l'indice de modulation de l'onde de pompe et celui de l'onde stokes nous donne la valeur du coefficient k. Les resultats experimentaux confirment avec succes nos predictions theoriques. Pour terminer, nous appliquons nos methodes d'analyse a un laser brillouin injecte optiquement. Nous demontrons experimentalement et theoriquement que celui-ci emet un rayonnement stable en intensite quelque soit le regime de fonctionnement du laser brillouin.
Author: Stéphane Randoux
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Languages : en
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Les travaux présentés portent sur une contribution à l' étude de la Physique des lasers Brillouin et Raman à fibre. Réalisés pour la première fois en 1976, ces deux lasers ont depuis lors été l'objet de nombreuses études du fait de leurs applications potentielles (télécommunications, capteurs,) mais aussi du fait qu' ils constituent des systèmes " modèles" permettant d'étudier, sur un plan plus fondamental, certains processus non linéaires d'interaction entre lumière et matière. L'approche entreprise dans les travaux effectués a d'abord consisté à envisager et à étudier les aspects relatifs au comportement dynamique des deux lasers. De manière générale, les paramètres physiques (longueur ou biréfringence de la fibre, polarisation de ]a lumière, présence de composantes Stokes d'ordre supérieur .. ) influant sur la stabilité temporelle du rayonnement Stokes délivré par les deux lasers ont été mis en évidence de manière expérimentale. Les modèles théoriques existants ont ensuite été confrontés à l'expérience; ils ont éventuellement été remis en question et complétés de façon à améliorer la description du laser considéré. Les résultats obtenus sur le comportement dynamique du laser Brillouin ont ouvert des questions plus larges sur la cohérence temporelle de cette source. Les problèmes de transfert du bruit phase et d'intensité dans le laser Brillouin ont alors été étudié expérimentalement et théoriquement. Certaines questions relatives à la nature homogène on inhomogène du processus d'élargissement spectral de la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres ont également été examinées. Finalement, les études entreprises sur le laser Raman à fibre ont montré les limites des modèles actuellement utilisés pour décrire e phénomène d'élargissement du spectre optique du laser
Author: Schadrac Fresnel
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Languages : fr
Pages : 224
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La diffusion Brillouin stimulée se manifeste, à partir d'une certaine intensité lumineuse, par la génération d'une onde « Stokes » rétrodiffusée, suite à l'interaction entre la lumière incidente de la « Pompe » et les ondes « acoustiques » présentes dans le milieu diffusant. À partir de ce seuil, toute la puissance supplémentaire peut être transférée à l'onde Stokes. Si dans ce sens, la diffusion Brillouin stimulée constitue une limitation majeure pour les télécommunications par fibres optiques, elle revêt néanmoins une importance particulière pour bien d'autres domaines. En effet, lors de sa génération, l'onde Stokes subit un décalage de fréquence (que l'on appelle décalage Brillouin ou encore fréquence Brillouin), qui est directement proportionnel entre autres à l'indice de réfraction effectif du milieu diffusant et à la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans ce milieu. Le décalage Brillouin dépend des propriétés chimiques et physiques des fibres optiques. Il présente une grande sensibilité à tous les effets qui peuvent modifier la vitesse de l'onde acoustique (variation de température, contraintes, concentration de dopants, ...). Cette propriété permet d'étudier la composition des fibres et confère à la diffusion Brillouin stimulée la potentialité pour la réalisation de capteurs à fibres optiques. Le processus de diffusion Brillouin stimulée s'accompagne aussi d'un gain pour l'onde Stokes rétrodiffusée. Il peut donc être utilisé pour la réalisation d'amplificateurs et de lasers à fibres optiques. Les premiers travaux sur le laser à fibre Brillouin ont permis de montrer que celui-ci peut être très cohérent et très peu bruité, favorisant ainsi son utilisation dans de multiples domaines comme la défense, la métrologie et les télécommunications. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés statiques et dynamiques du laser à fibre Brillouin multi-Stokes, obtenu en cascadant l'effet non-linéaire Brillouin dans la fibre optique. En effet, l'onde Stokes générée (que nous appelons désormais l'onde Stokes d'ordre 1), placée dans une cavité doublement résonante, peut créer, lorsque la puissance est suffisante, une deuxième onde Stokes (l'onde Stokes d'ordre 2) dans la cavité Brillouin, pouvant donner naissance à un laser à fibre Brillouin à 2 ordres de Stokes. On peut imaginer, en augmentant la puissance de Pompe incidente, reproduire le même effet pour obtenir un laser à fibre Brillouin à plusieurs ordres d'ondes Stokes. Notre objectif est d'abord de caractériser correctement la diffusion Brillouin stimulée dans une fibre optique, ensuite de placer cette fibre dans une cavité Brillouin en vue d'en réaliser un laser à fibre Brillouin et enfin de caractériser celui-ci en termes de puissance de sortie, de bruit de fréquence et de bruit d'intensité. Nous montrons expérimentalement que : toute onde circulant dans la cavité Brillouin et qui atteint la puissance (critique) de seuil Brillouin peut générer une onde Stokes dans la cavité. L'onde génératrice voit alors sa puissance clampée au profit de l'onde Stokes créée ; le bruit de fréquence de la Pompe (incidente à la cavité Brillouin) est toujours plus fort que celui du laser Brillouin. La génération d'une onde Stokes d'ordre N+1 fait diminuer le bruit de fréquence du laser Brillouin d'ordre N tandis que la présence d'une onde Stokes d'ordre N+2 le fait augmenter ; le bruit d'intensité du laser Brillouin d'ordre N peut devenir inférieur à celui de la Pompe incidente lorsque la puissance de l'onde Stokes d'ordre N circulant dans la cavité est verrouillée à la puissance de seuil Brillouin. Un réglage de l'asservissement du laser est alors nécessaire pour minimiser les effets de « mode-pulling », qui peut faire varier l'intensité du laser.
Author: DERRADJI.. BAHLOUL
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Languages : fr
Pages : 156
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CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTALE DES LASERS BRILLOUIN A FIBRE OPTIQUE UNIMODALE. LA PREMIERE PARTIE PRECISE QUANTITATIVEMENT LES CARACTERISTIQUES DE LA DIFFUSION BRILLOUIN STIMULEE (DBS) DANS LES FIBRES CONSIDEREE COMME UNE INTERACTION NON LINEAIRE RESONNANTE A TROIS ONDES. LE DOPAGE QUI CONFERE A LA FIBRE SA STRUCTURE GUIDANTE MODIFIE AUSSI LOCALEMENT LA CONDITION DE RESONANCE. IL CONVIENT DONC DE DEFINIR UNE AIRE EFFECTIVE SPECIFIQUE PRENANT EN COMPTE LA STRUCTURE TRANSVERSE DE LA FIBRE, CE QUI MENE A UNE NOUVELLE METHODE POUR ELEVER LE SEUIL BRILLOUIN DANS LES FIBRES. UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE MESURE DU GAIN BRILLOUIN PRESENTE L'AVANTAGE DE FONCTIONNER EN DEHORS DU REGIME PARAMETRIQUE ; ELLE NECESSITE UNE SEULE SOURCE LASER ET UTILISE EN SON PRINCIPE LES REFLEXIONS SUR LES EXTREMITES DE FIBRE. LA DEUXIEME PARTIE DU MEMOIRE CONCERNE LES SOURCES : LES LASERS BRILLOUIN SONT CONNUS POUR LEUR COHERENCE. NOUS AVONS PU REALISER UN LASER BRILLOUIN A LONGUEUR D'ONDE DE 1,319 M FONCTIONNANT AUSSI BIEN EN REGIME IMPULSIONNEL QUE CONTINU. ON VALIDE AINSI EXPERIMENTALEMENT DANS L'INFRAROUGE LES PREDICTIONS THEORIQUES ET NUMERIQUES DU MODELE COHERENT A TROIS ONDES, NOTAMMENT LA BIFURCATION DU REGIME MIROIR VERS LE REGIME IMPULSIONNEL. L'UTILISATION D'UN CIRCULATEUR OPTIQUE A PERMIS LA SIMPLIFICATION DU MONTAGE ET DE L'EMPLOI DU LASER BRILLOUIN EN ANNEAU "TOUT FIBRE". A L'AIDE DE DISPOSITIFS INTEGRES NOUS AVONS OBTENU UN BON ACCORD QUALITATIF ET QUANTITATIF POUR LA PREMIERE FOIS ENTRE LA THEORIE ET L'EXPERIENCE. LES IMPULSIONS SOLITONIQUES OBSERVEES PEUVENT ETRE SUB- OU SUPRALUMINIQUE ET PRESENTENT UNE DISSYMETRIE QUI AUGMENTE AVEC LA FINESSE DE LA CAVITE. ON RETROUVE EXPERIMENTALEMENT LE LIEN RECEMMENT ETABLIE ANALYTIQUEMENT ENTRE LA VITESSE DE L'IMPULSION ET LA PENTE DE SON FRONT AVANT. POUR LES GRANDES FINESSES, SEULS LES REGIMES IMPULSIONNEL ET CONTINU SONT STABLES, LE REGIME OSCILLATOIRE N'EST QU'UN TRANSITOIRE PLUS OU MOINS LENT.
Author: Maxime Duluc
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Languages : fr
Pages : 0
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Dans le contexte de la fusion par confinement inertiel (FCI), le lissage optique est une technique utilisée pour obtenir une irradiation laser aussi homogène que possible, en modifiant les propriétés de cohérence temporelle et spatiale des faisceaux laser. L'utilisation du lissage optique est une nécessité sur les lasers de puissance comme le Laser MégaJoule (LMJ) pour limiter le développement des instabilités paramétriques issues de l'intéraction laser-plasma, et parmi elles, la rétrodiffusion Brillouin stimulée (RBS). Ces instabilités entraînent des défauts d'irradiation sur cible et peuvent aussi être une source d'endommagement dans la chaîne optique. Cependant ces techniques peuvent entraîner d'autres problèmes au niveau de la chaîne laser, tels que la conversion de modulation de phase en modulation d'amplitude (FM-AM), néfastes au bon déroulement des expériences et pouvant également endommager les chaînes laser.On comprend donc qu'il est nécessaire de trouver un compromis autour du lissage optique. L'évolution du compromis du lissage est cependant compliquée car la quantification des gains et des pertes est très difficile à établir. Ainsi, tant que la quantification n'est pas faite, le compromis n'évolue pas : le lasériste souhaite toujours moins de lissage et « l'expérimentateur » toujours plus de lissage mais aucun des deux ne peut apporter suffisamment d'éléments quantitatifs pour faire pencher la balance. Cette thèse propose donc de poser les premières briques permettant d'arriver à ce compromis pour le LMJ, à l'aide d'études théoriques et numériques.Nous comparons soigneusement le lissage longitudinal (LSSD) et transversal (TSSD) par dispersion spectrale dans une configuration de lissage idéale pour chaque cas. Avec des codes 3D, nous avons simulé la RBS dans un plasma d'or, typique des expériences de FCI et favorable au développement de la RBS. Nous montrons que, contrairement aux idées reçues, l'évolution temporelle de la RBS présente certaines différences entre les deux systèmes de lissage. Premièrement, les valeurs asymptotiques des niveaux de saturation ne sont pas tout à fait les mêmes. Avec une simple description des rayons et le calcul du gain RBS pour chaque rayon, nous avons pu expliquer cette différence. En outre, la dynamique de la RBS est également quelque peu différente. Nous avons montré que la dynamique RBS est déterminée par l'évolution temporelle des propriétés des surintensités et en particulier par la longueur d'interaction effective entre la lumière rétrodiffusée Brillouin et les points chauds. Cette longueur d'interaction effective dépend à la fois de la vitesse longitudinale et de la longueur des points chauds. En effet, la synchronisation des longueurs d'interaction effectives des deux schémas de lissage synchronise également la croissance des courbes de rétrodiffusion avant saturation.Nous montrons, également qu'il est possible de faire évoluer les paramètres de lissage du LMJ en illustrant une nouvelle façon de réduire la conversion FM-AM inévitablement présente dans les lasers de forte puissance. En répartissant le spectre total habituellement utilisé par un quadruplet (regroupement de 4 faisceaux), en deux parties de spectres identiques plus petits sur les faisceaux de gauche et de droite, la conversion FM en AM est considérablement réduite de 30% à 5% tout en maintenant la performance de lissage pour la RBS. Nous avons également montré que le temps de cohérence qui en résulte n'a aucun effet sur le niveau maximal de RBS atteint. De la même façon, il faudra étudier l'impact de ces évolutions sur d'autres instabilités telles que le diffusion Raman stimulée ou le transfert d'énergie par croisement de faisceaux.
Author: ISABELLE.. BONGRAND
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Category :
Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
LA PRISE EN COMPTE DE L'OUVERTURE NUMERIQUE FINIE DES FIBRES OPTIQUES UNIMODALES NOUS PERMET DE DISTINGUER LA RETRODIFFUSION BRILLOUIN STIMULEE (DBS) ET LA DIFFUSION BRILLOUIN DE GAINE (DBG), MOINS CONNUE, QUI SONT RESPECTIVEMENT L'INTERACTION DE LA LUMIERE AVEC DES ONDES ACOUSTIQUES AXIALE DE TRES HAUTE FREQUENCE (34 GHZ) ET TRANSVERSE (5-1000 MHZ) ; NOUS EN ETABLISSONS LES MODELES COHERENTS A TROIS ONDES (POMPE-BRILLOUIN-ACOUSTIQUE). UNE SECONDE PARTIE, ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTALE, EN DECRIT LA DYNAMIQUE NON LINEAIRE, EN BON ACCORD QUALITATIF ET QUANTITATIF AVEC LES SIMULATIONS NUMERIQUES. LA STABILITE DES LASERS BRILLOUIN (DBS) APPARAIT LIMITEE PAR LEUR LONGUEUR. DES INSTABILITES LIEES A LA DBG INTERVIENNENT POUR LES RESONATEURS A TRES LONGUES FIBRES OPTIQUES, QUE NOUS UTILISONS POUR METTRE EN EVIDENCE UNE MODULATION CROISEE D'AMPLITUDE. NOUS ETUDIONS ENSUITE LE COUPLAGE DES DEUX MECANISMES, ET LA DYNAMIQUE NON LINEAIRE A QUATRE ONDES ASSOCIEE EN TENANT COMPTE D'UNE SEULE RESONANCE ACOUSTIQUE TRANSVERSE. DE NOUVEAUX REGIMES COMPLEXES SONT OBTENUS, COMME DES IMPULSIONS BRILLOUIN TRES LARGES (200 NS) FORTEMENT MODULEES AUX FREQUENCES DBG. ON S'INTERESSE TOUT PARTICULIEREMENT A L'ELARGISSEMENT ET A LA COMPRESSION D'IMPULSIONS NON MODULEES. BIEN QUE LA DBG SOIT A PRIORI PERTURBATIVE, ON OBSERVE DANS CERTAINS CAS DES STRUCTURES QUASI-SOLITONIQUES ETROITES (18 NS), COMPRIMEES D'UN FACTEUR 2 PAR RAPPORT A CELLES OBSERVEES DANS DES LASERS BRILLOUIN A FIBRE COURTE. UNE ETUDE NUMERIQUE SYSTEMATIQUE MONTRE QUE LE PARAMETRE DE CONTROLE DE CE NOUVEAU MECANISME EST LE RAPPORT ENTRE L'INTERVALLE SPECTRAL LIBRE DE LA CAVITE ET LA FREQUENCE DBG EN CAUSE. ENFIN, UNE QUATRIEME PARTIE ABORDE L'ETUDE DU PROBLEME A N ONDES (TOUS LES MODES ACOUSTIQUES TRANSVERSES PARTICIPANT) ET MET EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE MODES ACOUSTIQUES SE PROPAGEANT DANS LE MANTEAU MECANIQUE DE LA FIBRE, AVANT DE TIRER LES CONSEQUENCES DE CETTE ETUDE POUR LES APPLICATIONS DE TYPE TELECOMMUNICATIONS.
Author: Stefano Boccaletti
Publisher: A I P Press
ISBN:
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 384
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Book Description
The 8th Experimental Chaos Conference again demonstrated the broad spectrum of areas where nonlinear dynamics plays an important role, such as circuits, hydrodynamics, optics, chemistry, fracture dynamics, neuroscience, and cognitive science. Additional contributions outline the trends for development and application of concepts and techniques of nonlinear dynamics.
Author: Alexander V. Sergienko
Publisher: CRC Press
ISBN: 1420026607
Category : Science
Languages : en
Pages : 248
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Book Description
All current methods of secure communication such as public-key cryptography can eventually be broken by faster computing. At the interface of physics and computer science lies a powerful solution for secure communications: quantum cryptography. Because eavesdropping changes the physical nature of the information, users in a quantum exchange can easily detect eavesdroppers. This allows for totally secure random key distribution, a central requirement for use of the one-time pad. Since the one-time pad is theoretically proven to be undecipherable, quantum cryptography is the key to perfect secrecy. Quantum Communications and Cryptography is the first comprehensive review of the past, present, and potential developments in this dynamic field. Leading expert contributors from around the world discuss the scientific foundations, experimental and theoretical developments, and cutting-edge technical and engineering advances in quantum communications and cryptography. The book describes the engineering principles and practical implementations in a real-world metropolitan network as well as physical principles and experimental results of such technologies as entanglement swapping and quantum teleportation. It also offers the first detailed treatment of quantum information processing with continuous variables. Technologies include both free-space and fiber-based communications systems along with the necessary protocols and information processing approaches. Bridging the gap between physics and engineering, Quantum Communications and Cryptography supplies a springboard for further developments and breakthroughs in this rapidly growing area.
Author: Thomas Erneux
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 9780521830409
Category : Science
Languages : en
Pages : 376
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Book Description
Bridging the gap between laser physics and applied mathematics, this book offers a new perspective on laser dynamics. Combining fresh treatments of classic problems with up-to-date research, asymptotic techniques appropriate for nonlinear dynamical systems are shown to offer a powerful alternative to numerical simulations. The combined analytical and experimental description of dynamical instabilities provides a clear derivation of physical formulae and an evaluation of their significance. Starting with the observation of different time scales of an operating laser, the book develops approximation techniques to systematically explore their effects. Laser dynamical regimes are introduced at different levels of complexity, from standard turn-on experiments to stiff, chaotic, spontaneous or driven pulsations. Particular attention is given to quantitative comparisons between experiments and theory. The book broadens the range of analytical tools available to laser physicists and provides applied mathematicians with problems of practical interest, making it invaluable for graduate students and researchers.
Author: Nicolas Gillis
Publisher: SIAM
ISBN: 1611976413
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 376
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Book Description
Nonnegative matrix factorization (NMF) in its modern form has become a standard tool in the analysis of high-dimensional data sets. This book provides a comprehensive and up-to-date account of the most important aspects of the NMF problem and is the first to detail its theoretical aspects, including geometric interpretation, nonnegative rank, complexity, and uniqueness. It explains why understanding these theoretical insights is key to using this computational tool effectively and meaningfully. Nonnegative Matrix Factorization is accessible to a wide audience and is ideal for anyone interested in the workings of NMF. It discusses some new results on the nonnegative rank and the identifiability of NMF and makes available MATLAB codes for readers to run the numerical examples presented in the book. Graduate students starting to work on NMF and researchers interested in better understanding the NMF problem and how they can use it will find this book useful. It can be used in advanced undergraduate and graduate-level courses on numerical linear algebra and on advanced topics in numerical linear algebra and requires only a basic knowledge of linear algebra and optimization.
