Étude et conception d’un oscillateur de Mamyshev auto-démarrant à fibre optique basé sur une architecture à amplificateur unique.

Les lasers à impulsions ultra-courtes ont suscité un intérêt croissant et ont connu des avancées remarquables ces dernières décennies, principalement grâce à leur capacité unique à émettre des impulsions lasers de quelques dizaines de femtosecondes à quelques picosecondes, avec des intensités de crête très élevées. Ces particularités ont donné lieu à des applications extrêmement variées, telles que la métrologie de précision, les télécommunications, la découpe de précision, la microscopie et la chirurgie ophtalmique, pour n’en citer que quelques-unes. 

Les méthodes utilisées dans ces lasers pour générer des impulsions ultra-courtes reposent dans la grande majorité des cas sur des techniques de verrouillage de mode consistant à synchroniser la phase des différents modes de la cavité laser pour qu’ils interfèrent de manière constructive. De nombreuses techniques de verrouillage de mode ont été explorées, comprenant à la fois des méthodes actives, basées sur l’utilisation de modulateurs électro-optiques, et des méthodes passives, reposant sur des absorbeurs saturables ou sur l’exploitation d’effets non-linéaires optiques, comme l’effet Kerr optique. 

En parallèle du verrouillage de mode, d’autres techniques plus récentes ont été développées et explorées dans les lasers à fibre pour générer ces impulsions ultra-courtes, parmi lesquelles l’oscillateur de Mamyshev (OM). Un oscillateur de Mamyshev repose sur une cavité combinant deux régénérateurs de Mamyshev (RM) montés en cascade. Chaque régénérateur intègre un amplificateur à fibre optique, généralement dopé avec des ions de terres rares, suivi d’une section de fibre puis d’un filtre spectral passe-bande. Les bandes de transmission des deux filtres sont légèrement décalées de manière à empêcher le laser de fonctionner en régime continu tout en permettant à une impulsion de forte intensité de se maintenir. Dans ce type de laser, une impulsion initiale est nécessaire pour démarrer le système. Celle-ci subit un élargissement spectral par effets non-linéaires entre les deux filtres. Lorsque cet élargissement est suffisant pour qu’une portion significative de l’énergie de l’impulsion puisse passer successivement entre les filtres, une évolution stable et périodique peut se maintenir, où l’impulsion oscille spectralement entre chaque RM.

L’objet de cette thèse est double. Le premier objectif consiste à poursuivre l’étude et le développement d’OM auto-démarrants. Le second objectif est de combiner ces méthodes auto-démarrantes avec le développement d’une nouvelle architecture d’OM, dans laquelle les deux RMs utilisent la même section amplificatrice. Cette approche permettrait de concevoir des cavités lasers plus courtes et compactes, en atteignant des taux de répétition plus élevés. Le travail de cette thèse aura un volet principalement expérimental mais fera également l’objet d’étude numérique de ces OMs.

Le Laboratoire de Photonique d’Angers (LPhiA) possède une expertise reconnue dans le domaine des lasers à impulsions ultra-courtes [1,2] et a récemment développé des OMs [3,4]. De récents travaux nous ont permis en particulier de développer des OM auto-démarrants entièrement fibrés, basés sur un décalage progressif de la séparation des filtres, permettant une transition graduelle du régime de génération d’impulsions par verrouillage de mode vers celui par effet Mamyshev. 

Le candidat doit être titulaire d'un master ou d’un diplôme d'ingénieur dans le domaine de la photonique et/ou de l’optique non linéaire. Il devra avoir de bonnes connaissances à la fois théoriques et expérimentales en optique linéaire (optique guidée et propagation libre) et en optique non-linéaire. Une bonne connaissance du langage de programmation matlab et/ou octave est souhaitable.