Étude expérimentale et théorique de la dynamique de lasers Brillouin à fibre optique PDF Download
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Author: Stéphane Randoux
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Category :
Languages : fr
Pages : 228
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Book Description
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la dynamique d'un laser Brillouin émettant jusqu'à trois composantes Stokes. Lorsque la puissance de pompe est suffisamment faible, le laser Brillouin génère une unique composante Stokes et ne présente aucune fenêtre de fonctionnement instable. Le comportement ainsi observé contraste avec celui qui est habituellement rencontre dans ce genre de système. Toutefois, les résultats obtenus sont interprétés de manière simple grâce à une analyse modale qui conduit également à une compréhension plus complète du principe général de fonctionnement des lasers Brillouin. En particulier, nous avons montré, grâce à un diagramme de stabilité, que la longueur de la fibre utilisée exerçait une influence déterminante sur le comportement de ce système. A plus haut niveau de pompage, la première composante Stokes devient assez intense pour qu'apparaisse une composante Stokes d'ordre deux qui peut à son tour engendrer l'apparition d'une composante Stokes d'ordre trois. Le comportement dynamique du laser Brillouin a été étudié au cours de ces deux phases de la cascade Stokes. Lorsque seules sont émises deux composantes Stokes, on observe des régimes d'instabilité périodiques et quasi-périodiques. L'émergence de la composante Stokes d'ordre trois s'accompagne de l'apparition de comportements chaotiques. Sur le plan théorique, la prise en compte de l'existence des multiples ondes Stokes a nécessité une extension de la description habituellement employée. Deux modèles ont alors été élaborés pour décrire le comportement du laser lors de chacune des deux étapes du processus de cascade. Pour le premier d'entre eux, les solutions caractérisant l'état stationnaire du système ont été déterminées et l'expression analytique du seuil d'oscillation de la seconde composante Stokes a été calculée. L'étude de la dynamique du laser a été effectuée au moyen de simulations numériques qui ont montré l'existence d'un accord satisfaisant entre résultats théoriques et expérimentaux.
Author: Stéphane Randoux
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Languages : fr
Pages : 228
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Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la dynamique d'un laser Brillouin émettant jusqu'à trois composantes Stokes. Lorsque la puissance de pompe est suffisamment faible, le laser Brillouin génère une unique composante Stokes et ne présente aucune fenêtre de fonctionnement instable. Le comportement ainsi observé contraste avec celui qui est habituellement rencontre dans ce genre de système. Toutefois, les résultats obtenus sont interprétés de manière simple grâce à une analyse modale qui conduit également à une compréhension plus complète du principe général de fonctionnement des lasers Brillouin. En particulier, nous avons montré, grâce à un diagramme de stabilité, que la longueur de la fibre utilisée exerçait une influence déterminante sur le comportement de ce système. A plus haut niveau de pompage, la première composante Stokes devient assez intense pour qu'apparaisse une composante Stokes d'ordre deux qui peut à son tour engendrer l'apparition d'une composante Stokes d'ordre trois. Le comportement dynamique du laser Brillouin a été étudié au cours de ces deux phases de la cascade Stokes. Lorsque seules sont émises deux composantes Stokes, on observe des régimes d'instabilité périodiques et quasi-périodiques. L'émergence de la composante Stokes d'ordre trois s'accompagne de l'apparition de comportements chaotiques. Sur le plan théorique, la prise en compte de l'existence des multiples ondes Stokes a nécessité une extension de la description habituellement employée. Deux modèles ont alors été élaborés pour décrire le comportement du laser lors de chacune des deux étapes du processus de cascade. Pour le premier d'entre eux, les solutions caractérisant l'état stationnaire du système ont été déterminées et l'expression analytique du seuil d'oscillation de la seconde composante Stokes a été calculée. L'étude de la dynamique du laser a été effectuée au moyen de simulations numériques qui ont montré l'existence d'un accord satisfaisant entre résultats théoriques et expérimentaux.
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: Alexis Debut
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Languages : en
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: Anne Doutte
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Languages : fr
Pages : 139
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Le laser Raman a été réalisé dans les années 70. Cependant la configuration ne permettait pas de l'utiliser à des fins industrielles. Il a fallu attendre les années 90, avec l'arrivée des diodes laser et des réseaux de Bragg pour que la configuration de ce laser évolue vers un système "tout fibre" utilisables dans des applications industrielles. Cependant pour rendre ce système vraiment attractif, la puissance de sortie doit être stable. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse. Deux axes essentiels sont développés : l'étude du laser Raman muni d'une fibre standard de télécommunication (laser LSF) et l'étude du laser Raman muni d'une fibre à maintien de polarisation (laser LPMF). Les expériences ont montré que la dynamique du LSF est très riche. En effet la puissance de sortie du signal Stokes est instable et ces instabilités dépendent de la polarisation des différentes ondes se propageant dans la cavité du laser. Le laser PMF quant à lui a un comportement différent : quelque soit l'état de polarisation de l'onde pompe incidente, le signal Stokes en sortie est stable. De plus, nous avons mené une étude résolue en polarisation du laser PMF, mettant en évidence le fait que le laser PMF est constitué de deux lasers indépendants linéairement polarisés le long des axes de biréfringence de la fibre. Ce travail de thèse a également consisté en la modélisation théorique du LSF ainsi que du PMF. Les résultats obtenus sont qualitativement très proches des résultats expérimentaux. Pour cela nous avons inclus dans notre modélisation les effets liés à la polarisation tels que l'effet Kerr et la biréfringence des fibres utilisées.
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: Vincent Lecoeuche
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail concerne l'étude de la dynamique des lasers brillouin à fibre optique. Nous montrons que la quasi-totalité des comportements exhibes par ces lasers peut s'interpréter dans le cadre d'une analyse modale de l'émission. En l'occurrence, le nombre n des modes de cavités situes sous la courbe de gain brillouin apparait comme un facteur primordial de la dynamique. Lorsque le maximum de gain coïncide avec un mode de la cavité (mode d'ordre o), l'analyse de la stabilité de l'état stationnaire porte par ce mode montre qu'il existe des valeurs critiques n#c#j du nombre de modes n, au-delà desquels les modes latéraux d'ordre j deviennent instables. Ceux-ci se déstabilisent successivement pour des valeurs croissantes de n (n#c#j
Author: Thierry Chartier
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Languages : fr
Pages : 143
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ELABORATION D'UN MODELE SYNTHETIQUE POUR LE LASER A FIBRE DOPEE NEODYME QUI PREND EN COMPTE LES VARIATIONS LONGITUDINALES DES VARIABLES DYNAMIQUES, LA POLARISATION DU CHAMP LASER ET LE CARACTERE MULTIMODE DU SPECTRE D'EMISSION. NOTRE ETUDE FAIT PAR AILLEURS LE LIEN ENTRE DEUX MODELES COURAMMENT UTILISES POUR DECRIRE LES PROPRIETES DE POLARISATION DE TELS LASERS. NOUS PROPOSONS UNE SOLUTION ANALYTIQUE APPROCHEE DU MODELE A L'ETAT STATIONNAIRE ET ETUDIONS THEORIQUEMENT L'INFLUENCE DE PARAMETRES, TELS QUE LA LONGUEUR DE CAVITE AINSI QUE LES DIFFERENTES ANISOTROPIES QUI CARACTERISENT LE MILIEU, SUR LE COMPORTEMENT EN POLARISATION DU LASER. LA PARTIE EXPERIMENTALE CONCERNE LA MESURE DES PARAMETRES ISOTROPES ET ANISOTROPES DU LASER, L'ETUDE DE L'OPTIMISATION DU COUPLAGE DE SORTIE EN FONCTION DE LA LONGUEUR DU LASER ET L'INFLUENCE D'UNE CONTRE-REACTION OPTIQUE SUR LES PROPRIETES STATIQUES ET DYNAMIQUES DU LASER.
Author: ISABELLE.. BONGRAND
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Languages : fr
Pages : 200
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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: DANIEL.. TOUATI
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Languages : fr
Pages : 196
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Book Description
DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS ETENDONS LE MODELE STANDARD DU LASER A ELECTRONS LIBRES (LEL) AU CAS D'UN ONDULEUR DONT LE CHAMP MAGNETIQUE N'EST PLUS SIMPLEMENT SINUSOIDAL, MAIS COMPOSE D'UN NOMBRE QUELCONQUE D'HARMONIQUES, ET MONTRONS QUE CETTE GENERALISATION REVIENT SIMPLEMENT A REMPLACER LES COEFFICIENTS DE COUPLAGE USUELS AUX HARMONIQUES LASERS PAR DES COEFFICIENTS GENERALISES. APRES AVOIR INTRODUIT LES MODIFICATIONS INDUITES PAR CE NOUVEAU MODELE DANS SPECTRE, UN CODE DEVELOPPE POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DU LEL, NOUS ETUDIONS NUMERIQUEMENT, DANS UNE SECONDE PARTIE, DIFFERENTES CONFIGURATIONS MAGNETIQUES SUSCEPTIBLES DE PRODUIRE UN CHAMP LASER A DEUX HARMONIQUES. NOUS METTONS EN PARTICULIER EN EVIDENCE UNE STRUCTURE A DEUX SECTIONS, LA PREMIERE ETANT DE PERIODE TROIS FOIS PLUS PETITE QUE LA SECONDE, CAPABLE D'ENGENDRER UN RAYONNEMENT A DEUX HARMONIQUES, EN PROPORTIONS CONTINUMENT AJUSTABLES. DANS UNE QUATRIEME PARTIE, NOUS TIRONS PROFIT DE L'INSTALLATION DE BRUYERES-LE-CHATEL, ELSA, DECRITE EN TROISIEME PARTIE, POUR TESTER EXPERIMENTALEMENT UN CERTAIN NOMBRE DE CONCEPTS THEORIQUES. APRES AVOIR VERIFIE LA COHERENCE DES DONNEES FOURNIES PAR LA MACHINE A L'AIDE DE LA RELATION DE RESONANCE DU LEL, NOUS METTONS EN EVIDENCE, CONFORMEMENT AUX PREDICTIONS THEORIQUES ET NUMERIQUES, L'ELARGISSEMENT DES SPECTRES, A FORT RENDEMENT, ET LEUR CONVERGENCE VERS UN REGIME ASYMPTOTIQUE TURBULENT CARACTERISE PAR UNE BRILLANCE DE VALEUR UNIVERSELLE 0,8. NOUS EN PROFITONS POUR NOUS LIVRER AUX PREMIERES VERIFICATIONS EXPERIMENTALES DE LA LOI EXPRIMANT, DANS CE TYPE DE REGIME, LE RENDEMENT EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES DU LEL. ENFIN, NOUS TIRONS PARTI DE LA MOTORISATION DES AIMANTS DE L'ONDULEUR STANDARD D'ELSA POUR ENTREPRENDRE QUELQUES ETUDES PARAMETRIQUES COMPLEMENTAIRES SUR LE TAPERING ET LA GENERATION DE SPECTRES A DEUX COULEURS
Author: Joseph Weber
Publisher: Courier Corporation
ISBN: 0486438872
Category : Science
Languages : en
Pages : 210
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Book Description
An internationally famous physicist and electrical engineer, the author of this text was a pioneer in the investigation of gravitational waves. Joseph Weber's General Relativity and Gravitational Waves offers a classic treatment of the subject. Appropriate for upper-level undergraduates and graduate students, this text remains ever relevant. Brief but thorough in its introduction to the foundations of general relativity, it also examines the elements of Riemannian geometry and tensor calculus applicable to this field. Approximately a quarter of the contents explores theoretical and experimental aspects of gravitational radiation. The final chapter focuses on selected topics related to general relativity, including the equations of motion, unified field theories, Friedman's solution of the cosmological problem, and the Hamiltonian formulation of general relativity. Exercises. Index.
