Oscillateur Mamyshev fibré en régime transitoire // All-fiber Mamyshev oscillator in transient regime

Les oscillateurs Mamyshev sont un type d'architecture laser impulsionnel dont la cavité est constituée d'une paire de filtres décalés en longueur d'onde et séparés par des fibres amplificatrices. Le verrouillage de mode est assuré par le fait que seules les impulsions possédant une puissance crête élevée sont suffisamment élargie spectralement par effet Kerr pour pouvoir passer successivement à travers les deux filtres. Les performances des oscillateurs Mamyshev sont intéressantes puisqu'il est possible de générer, après recompression, des impulsions femtosecondes avec une puissance crête de l'ordre de plusieurs MW. Ces oscillateurs sont donc de bons candidats pour l'imagerie non-linéaire biomédicale ou le traitement des matériaux.
Toutefois, même si l'architecture d'une cavité Mamyshev peut paraitre simple, il est possible d'observer différents régimes : fondamental, harmonique mais aussi état lié à impulsions liées, double-période ou chaos. Les régimes fondamental et harmonique sont généralement étudiés en couplant l'équation de Schrödinger non-linéaire avec les équations de taux de l'inversion de population en régime permanent c'est-à dire en considérant que la même impulsion se répète à l'infini. Lors de sa thèse, l'étudiant devra implémenter une méthode numérique pour modéliser le régime transitoire dans le but d'étudier les autres régimes ainsi que le démarrage de l'oscillateur ou les différentes sources de bruit. Cette étude numérique donnera des pistes (concernant les caractéristiques des fibres et des filtres, l'ajout de composants spécifiques dans un bras, etc.) qui seront testées expérimentalement pour obtenir le régime désiré ou pour permettre un démarrage plus aisé de l'oscillateur.
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Mamyshev oscillators are a type of pulsed laser architecture whose cavity consists of a pair of wavelength-shifted filters separated by amplifying fibers. Mode locking is ensured by the fact that only pulses with high peak power are sufficiently broadened spectrally by the Kerr effect to be able to pass successively through the two filters. Mamyshev oscillators offer interesting performance characteristics, as it is possible to generate femtosecond pulses with a peak power of several MW after recompression. These oscillators are therefore good candidates for non-linear biomedical imaging or materials processing.
However, even though the architecture of a Mamyshev cavity may seem simple, it is possible to observe different regimes: fundamental, harmonic, but also multiple bound-state pulses, double-period pulse or chaos. The fundamental and harmonic regimes are generally studied by coupling the nonlinear Schrödinger equation with the population inversion rate equations in the steady state, i.e., by considering that the same pulse repeats indefinitely. During his thesis, the student will have to implement a numerical method for modeling the transient regime in order to study other regimes, as well as oscillator startup and various noise sources. This numerical study will provide ideas (concerning the characteristics of fibers and filters, addition of specific components in an arm, etc.) that will be tested experimentally to obtain the desired regime or to enable easier startup of the oscillator.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Programmes ministériels spécifiques

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Bases de l'optique ondulatoire et d'électromagnétisme Bases de programmation et de résolution numérique d'équations différentielles
Fundamentals of wave optics and electromagnetism Fundamentals of programming and numerical solution of differential equations