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.

Après une introduction au domaine des fibres optiques, nous avons mis à profit l'effet d'instabilité modulationnelle couplé à l'effet d'auto-décalage Raman pour créer un peigne de fréquences de largeur supérieure à 100 nm, dont la longueur d'onde centrale est accordable vers les hautes longueurs d'onde. Ensuite, la réalisation d'une cavité laser en anneau, mettant en oeuvre l'effet Raman et la rotation non linéaire de polarisation nous a permis de générer un régime impulsionnel à la longueur d'onde de la première Stokes. Les résultats expérimentaux montrent la richesse des comportements dynamiques non-linéaires qui se rapportent à ce laser. Une seconde partie de ce manuscrit porte sur l'étude de la génération de supercontinuum dans les fibres optiques à cristaux photoniques. Nous avons montré que sous certaines conditions, l'élargissement spectral inhérent à la génération de supercontinuum peut être interprété, grâce à la théorie cinétique de la turbulence faible, comme un processus de thermalisation, i.e. résultant du processus irréversible d'évolution naturelle du champ optique vers son état d'équilibre thermodynamique. Cette interprétation originale du phénomène supercontinuum a été confirmée expérimentalement.

Cette thèse s'intéresse à la génération d'états atomiques compressés par la mesure. La mesure considérée est de type quantique non-destructive, et profite de la surtension d'un résonateur optique de grande finesse. L'interférométrie atomique a démontré des performances inégalées pour la mesure de rotations, d'accélérations et du temps. Mais la sensibilité de ces appareils est aujourd'hui limitée par le bruit de grenaille, qui ne pourra être dépassé que par l'utilisation d'états non-classiques. Dans ce contexte, nous avons développé un appareil contenant une cavité optique de haute-finesse résonante à 1560 nm et à 780 nm. La lumière laser à 1560 nm qui est injectée dans la cavité génère un piège dipolaire où des atomes de Rb 87 sont chargés à partir d'un piège magnéto-optique. Le temps de vie de ces atomes dans le piège dipolaire est limité par les collisions avec le gaz résiduel, ce qui donne bon espoir pour l'implémentation d'une évaporation. Les concepts de mesure QND sont ensuite mis en place et un formalisme de fonction d'onde décrivant la dynamique de compression d'états est discuté et appliqué à des situations concrètes. Expérimentalement, cette mesure non-destructive réalisée à 780 nm a été implémentée grâce à une technique de modulation de fréquence particulièrement insensible aux bruits classiques. L'influence de cette sonde sur le système a été quantifiée en simple passage et cet outil a permis de suivre en temps réel l'état d'un interféromètre atomique. En outre, nous avons réalisé un laser Raman de faible largeur de raie. Ce laser qui utilise les atomes froids comme milieu à gain serait particulièrement adapté pour réaliser des mesures spectroscopiques de précision.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAVID STEINBERG.pdf: 3031041 bytes, checksum: e320f0c21b75ca5bdd5a63f93fa6dd1d (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this thesis, for the first time we present results of passively-mode-locking O-band Raman fiber laser operating at 1310 nm by using carbon nanotubes as saturable absorber. The first results were obtained for an experimental setup based on single mode fiber (SMF) with laser operating near zero fiber dispersion at 1310 nm at anomalous regime. In this same configuration, a study of pulse duration shortening in terms of intracavity dispersion management with dispersion shifted fiber lengths (DSF) was performed. Replacing the SMF by a highly doped germanium fiber as gain medium of Raman fiber laser, operation was shifted to normal dispersion regime and passive mode-locking was also generated. In this laser, a study of pulse duration shortening in terms of gain medium length reduction was performed and the picosecond pulse regime of the laser could be estimated. We also present a brief comparison between the two dispersion regimes of the Raman fiber laser and passive mode-locking results obtained with different diameters of carbon nanotubes as saturable absorbers. / Nesta tese, apresentamos pela primeira vez resultados do acoplamento passivo de modos em um laser Raman à fibra operando em 1310 nm na banda O, utilizando nanotubos de carbono como absorvedor saturável. Os primeiros resultados foram obtidos de uma configuração experimental baseada totalmente em fibra monomodo padrão (SMF) com o laser operando próximo ao zero de dispersão da fibra em 1310 nm, porém em regime anômalo. Nesta mesma configuração, um estudo do encurtamento da duração do pulso em função do gerenciamento da dispersão intracavidade com comprimentos de fibra de dispersão deslocada (DSF) foi realizado. Substituindo a SMF por uma fibra altamente dopada com germânio como meio do ganho do laser Raman, a operação do laser foi deslocada para o regime de dispersão normal e o regime de acoplamento passivo de modos também foi gerado. Neste laser, um estudo do encurtamento da duração do pulso em função da redução do comprimento do meio de ganho foi realizado e a operação do acoplamento passivo de modos do laser em regime de picossegundos pôde ser estimada. Também apresentamos uma breve comparação entre os dois regimes de dispersão do laser Raman à fibra e resultados do acoplamento passivo de modos obtidos com diferentes diâmetros de nanotubos de carbono como absorvedores saturáveis.