Étude expérimentale et théorique de la dynamique des lasers Raman à fibre optique PDF Download
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Author: Anne Doutte
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Languages : fr
Pages : 139
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Book Description
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: Anne Doutte
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Languages : fr
Pages : 139
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Book Description
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: Pierre Suret
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Languages : en
Pages : 12
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La problématique principale de ce mémoire concerne la dynamique de systèmes complexes d’optique fibrée. Notre approche est basée sur de nombreux aller-retours entre expériences, théorie et simulations numériques. L’étude s’articule autour de la dynamique extrêmement riche des lasers Raman à fibre (LRF) continus. Les LRF sont utilisés comme sources de rayonnement (partiellement) cohérent sur des plages de longueurs d’onde peu ou pas accessibles avec les lasers traditionnels. Sur le plan conceptuel et expérimental, deux classes de phénomènes caractérisent la dynamique des lasers Raman à fibre : des instabilités « lentes » de la puissance de sortie de l’onde émise (appelée « Stokes ») et une dynamique spatio-temporelle très rapide dont le spectre optique est une signature indirecte. En ce qui concerne la dynamique « lente » nous avons montré que les LRF standard pompés continûment présentent fréquemment des oscillations spontanées de la puissance de Stokes. Notre étude compare de nombreux dispositifs expérimentaux basés par exemple sur des fibres standard, des fibres à maintien de polarisation ou des fibres microstructurées. Nos travaux permettent d’identifier l’origine des instabilités souvent liées à la rotation non linéaire de polarisation induite par l’effet Kerr.
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: Nicolas Dalloz
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Languages : fr
Pages : 138
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Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans la problématique générale de la formation du spectre optique dans les lasers Raman à fibre. Nous avons mené une étude expérimentale sur un laser Raman à fibre oscillant dans une cavité Pérot-Fabry fermée par des miroirs de Bragg. Cette étude montre que la forme du spectre optique diffère selon la puissance du laser. En développant différents modèles, nous avons montré que les miroirs de Bragg sont à l'origine de ce changement de forme du spectre optique. En particulier, à faible puissance, la forme asymétrique du spectre provient d'effets dispersifs lors de la réflexion sur les miroirs de Bragg. A forte puissance, ces effets dispersifs sont dominés par les effets de filtrage des miroirs, ce qui conduit à la symétrisation du spectre du laser observée dans notre expérience. Par ailleurs, nous avons également étudié numériquement la statistique du champ Stokes intracavité. Nous avons montré que celle-ci change fortement selon que l'onde Stokes est incidente ou réfléchie par les miroirs de Bragg. Ce résultat nous a permis de questionner la validité d'un modèle récemment publié sur la formation du spectre optique du laser Raman à fibre. Ce modèle s'appuie sur les outils de la théorie cinétique des ondes, valable uniquement dans le cas de champs possédant une statistique gaussienne. Toutefois, notre étude numérique indique que cette condition n'est pas respectée dans le laser Raman à fibre, et la forme du spectre optique observé dans notre étude expérimentale s'oppose fortement à celle prédite par cette approche statistique de la formation du spectre optique du laser Raman à fibre.
Author: DANIEL.. TOUATI
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Languages : fr
Pages : 196
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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: Mathieu Huneault
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Languages : fr
Pages : 108
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Book Description
Les lasers à fibre optique dopée à l'ytterbium en régime continu de haute puissance ontune part de marché grandissante pour des applications d'usinage de métaux. Malgré qu'il s'agisse d'une technologie relativement répandue, un important problème subsiste dans laplupart de ces lasers. À haute puissance, la diffusion Raman stimulée transfère une partie de la puissance de la longueur d'onde principale d'émission des lasers autour de 1070 nm à la première bande de Stokes Raman autour de 1120 nm, ce qu'on appelle l'instabilité Raman. Cette puissance transférée est inutilisable et peut même être dangereuse pour le système laser et ses utilisateurs. Malgré les travaux théoriques et expérimentaux effectués sur ces lasers, très peu d'explications ont été fournies sur les liens entre les paramètres de la fibre optique et des réseaux de Bragg formant la cavité laser et l'instabilité Raman. Le but du projet de maîtrise présenté dans ce mémoire est donc de développer un modèle de simulation numérique de ces lasers, afin de comprendre et d'identifier les mécanismes dominants qui favorisent l'instabilité Raman et de trouver des configurations de montage la minimisant. Ce mémoire présente les deux modèles de simulation développés dans le cadre de ce projet. Le premier traite la propagation du signal laser comme étant unidirectionnelle, alors que le second la traite comme étant bidirectionnelle, ce qui se rapproche plus de la situation expérimentale. Le montage typique simulé est constitué d'une fibre optique à double gaine dopée à l'ytterbium ayant une grande aire modale effective, d'un réseau de Bragg à haute réflectivité et d'un réseau de Bragg à faible réflectivité servant de coupleur de sortie. Les simulations ont permis d'identifier cinq paramètres de la cavité laser ayant un impact important sur l'instabilité Raman. Une faible puissance moyenne du signal, une courte fibre optique de gain, une configuration de pompage en contrapropagation, c'est-à-dire par le côté du coupleur de sortie, ainsi qu'une plus faible réflectivité et une large bande réfléchissante du réseau de Bragg à faible réflectivité permettent de limiter la génération de l'instabilité Raman. L'optimisation de ces paramètres permet d'obtenir une cavité laser ayant extrêmement peu d'instabilité Ra-man. Ce faible niveau d'instabilité Raman semble être causé par une plus faible puissance intracavité, une courte distance de propagation et des modulations rapides de la puissance du signal. Des montages simulés incluant un filtre dans la cavité à la longueur d'onde de Stokes Raman, un réflecteur non linéaire ou une cavité de basse puissance amplifiée ont également montré une réduction significative de l'intensité de l'onde de Stokes Raman.
Author: DERRADJI.. BAHLOUL
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Languages : fr
Pages : 156
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Book Description
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: Magda Alsaleh
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Languages : en
Pages : 164
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Book Description
Mode-locked fiber laser are among the few systems that allow to achieve a variety of elaborate optical functions, by means of few optical components. The use of dispersion management brings to this type of lasers a variety of behaviors, which is so rich that the complete mapping and detailed analysis of the stable states becomes impractical when conventional tools based on the intra-cavity field propagation equations, are used. In this thesis we show that the addition of the technique ofcollective coordinates to the conventional theoretical tools, allows to solve at least in part the problem of complexity and diversity of the stable states of the cavity. In particular, we propose the DCCA (dynamical collective coordinate approach), as a theoretical tool to achieve substantial performance gains in search and characterization of stable states of the laser. Furthermore, the use of the collective coordinated approach allows us to highlight major effects induced by certain phenomena that were until now largely underestimated. In particular, we highlight major changes in the respective areas ofthe different stable states of the laser, which occur when changing the width of the band-pass filter BPF. Furthermore, considering a cavity where the spectral width of the light field (3.12 THz) is an order of magnitude smaller than the bandwidth of the Raman gain, we highlight remarkable effects of Raman scattering on hysteresis phenomena.
Author: Jean-François Cormier
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Languages : fr
Pages : 248
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