GNT: Graphene and Nanotubes
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Soutenance de thèse à l'Université de Rouen
Amélie CABASSE
Etude et développement d'une nouvelle génération d'absorbants saturables
pour les lasers à fibre à impulsions ultra-courtes
Mercredi 29 Septembre 14h00 à l'Université de dans la Salle de Conférences du CORIA
Directeur de thèse : Gérard Gréhan
co-sdirecteur de thèse : Gilles Martel
jury : Brigitte Attal-Trétout (Directeur de Recherche CNRS, ONERA, Palaiseau), Jean-Louis Oudar (Directeur de Recherche CNRS, LPN, Marcoussis), Philippe Grelu (Professeur, Université de Dijon), (Philippe Roy, Chargé de Recherche CNRS, XLIM, Limoges), Nicholas Traynor (Président, Azur Light Systems, Talence), Gérard Gréhan (Directeur de Recherche CNRS, CORIA, Rouen), and Gilles Martel (Maître de Conférence, Université de Rouen)
Les travaux exposés dans ce mémoire de thèse sont consacrés à l'étude et au développement d'une nouvelle génération d'absorbants saturables (à base de puits quantiques et à base de nanotubes de carbone) pour les lasers à fibre à impulsions ultra-courtes émettant à la longueur d'onde de 1,55 µm. Différentes cavités lasers à fibre optique dopée erbium, allant d'un régime de dispersion anormale à un régime de dispersion normale, ont été conçues afin d'optimiser les performances de l'oscillateur. Les impulsions ultra-brèves sont générées par verrouillage de modes passif par absorbant saturable. Deux types d'absorbants saturables sont testés : à base de puits quantiques (SESAMs) et à base de nanotubes de carbone (SAINTs). En régime de dispersion normale, un premier oscillateur à fibre émettant des impulsions de 5 ps de durée et de 337 pJ d'énergie par impulsion a été réalisé. Ces impulsions ont été comprimées extra-cavité grâce à une paire de réseaux de diffraction, jusqu'à une durée de 760 fs. Dans cette configuration, le régime auto-démarrant a été démontré grâce à la combinaison d'un absorbant saturable à puits quantiques commercial et des effets de polarisation. Une cavité laser de type Fabry-Perot a ensuite été réalisée, permettant d'éliminer tout effet de rotation non-linéaire de la polarisation. Pour la première fois, des impulsions comprimées à moins de 400 fs ont pu être obtenues avec des énergies de plus de 3.5 nJ et des puissances moyennes dépassant la centaine de milliwatts directement à la sortie de l'oscillateur laser à fibre grâce à l'emploi de SESAMs dans un régime de dispersion fortement normale (b2 = +0,2 ps”). Une étude numérique a permis de montrer que les impulsions générées font partie de la famille des solitons dissipatifs. Ce régime constitue la première démonstration d'un oscillateur à impulsions fortement étirées intra-cavité (CPO : Chirped Pulse Oscillator) à 1,5 µm utilisant un SESAM et constitue un record en terme de puissance moyenne extraite directement d'un laser à fibre en régime de verrouillage de mode à cette longueur d'onde. Les nanotubes de carbone ont permis de déclencher des régimes impulsionnels avec des énergies et puissances moyennes nettement inférieures à celles obtenues avec les puits quantiques. Toutefois, en régime de dispersion purement anormale, un spectre de plus de 30 nm a été obtenu, ce qui permet de comprimer ces impulsions jusqu'à une durée de l'ordre de 150 fs et démontre l'intérêt d'utiliser des absorbants saturables en cavité anti-résonnante. Les caractérisations optiques des différents absorbants saturables ont permis de mettre en évidence la très forte profondeur de modulation des SESAMs d'une part et la trop faible profondeur de modulation des SAINTs d'autre part, due, pour ces derniers, à la structure de relaxation non-linéaire ultra-rapide, ce qui empêche leur fonctionnement en régime CPO. La réalisation de SAINTs à partir de nanotubes de carbone triés au préalable a permis de démontrer que la raison est inhérente au contact entre les tubes - contacts confirmée par imagerie MEB - et non pas liée à la présence simultanée de phases métalliques et semiconductrices.
Mots-clés : Laser à fibre dopée erbium - Impulsions ultra-courtes - Verrouillage de modes - Absorbants saturables - Puits quantiques - Nanotubes de carbone