Thèse en cotutelle : Université Laval Québec, Canada et Université Rennes 1 / ENSSAT Lannion, France / 337931\u La diffusion Brillouin stimulée se manifeste, à partir d’une certaine intensité lumineuse, par la génération d’une onde « Stokes » rétrodiffusée, suite à l’interaction entre la lumière incidente de la « Pompe » et les ondes « acoustiques » présentes dans le milieu diffusant. À partir de ce seuil, toute la puissance supplémentaire peut être transférée à l’onde Stokes. Si dans ce sens, la diffusion Brillouin stimulée constitue une limitation majeure pour les télécommunications par fibres optiques, elle revêt néanmoins une importance particulière pour bien d’autres domaines. En effet, lors de sa génération, l’onde Stokes subit un décalage de fréquence (que l’on appelle décalage Brillouin ou encore fréquence Brillouin), qui est directement proportionnel entre autres à l’indice de réfraction effectif du milieu diffusant et à la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans ce milieu. Le décalage Brillouin dépend des propriétés chimiques et physiques des fibres optiques. Il présente une grande sensibilité à tous les effets qui peuvent modifier la vitesse de l’onde acoustique (variation de température, contraintes, concentration de dopants, …). Cette propriété permet d’étudier la composition des fibres et confère à la diffusion Brillouin stimulée la potentialité pour la réalisation de capteurs à fibres optiques. Le processus de diffusion Brillouin stimulée s’accompagne aussi d’un gain pour l’onde Stokes rétrodiffusée. Il peut donc être utilisé pour la réalisation d’amplificateurs et de lasers à fibres optiques. Les premiers travaux sur le laser à fibre Brillouin ont permis de montrer que celui-ci peut être très cohérent et très peu bruité, favorisant ainsi son utilisation dans de multiples domaines comme la défense, la métrologie et les télécommunications. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés statiques et dynamiques du laser à fibre Brillouin multi-Stokes, obtenu en cascadant l’effet non-linéaire Brillouin dans la fibre optique. En effet, l’onde Stokes générée (que nous appelons désormais l’onde Stokes d’ordre 1), placée dans une cavité doublement résonante, peut créer, lorsque la puissance est suffisante, une deuxième onde Stokes (l’onde Stokes d’ordre 2) dans la cavité Brillouin, pouvant donner naissance à un laser à fibre Brillouin à 2 ordres de Stokes. On peut imaginer, en augmentant la puissance de Pompe incidente, reproduire le même effet pour obtenir un laser à fibre Brillouin à plusieurs ordres d’ondes Stokes. Notre objectif est d’abord de caractériser correctement la diffusion Brillouin stimulée dans une fibre optique, ensuite de placer cette fibre dans une cavité Brillouin en vue d’en réaliser un laser à fibre Brillouin et enfin de caractériser celui-ci en termes de puissance de sortie, de bruit de fréquence et de bruit d’intensité. Nous montrons expérimentalement que : toute onde circulant dans la cavité Brillouin et qui atteint la puissance (critique) de seuil Brillouin peut générer une onde Stokes dans la cavité. L’onde génératrice voit alors sa puissance clampée au profit de l’onde Stokes créée ; le bruit de fréquence de la Pompe (incidente à la cavité Brillouin) est toujours plus fort que celui du laser Brillouin. La génération d’une onde Stokes d’ordre N+1 fait diminuer le bruit de fréquence du laser Brillouin d’ordre N tandis que la présence d’une onde Stokes d’ordre N+2 le fait augmenter ; le bruit d’intensité du laser Brillouin d’ordre N peut devenir inférieur à celui de la Pompe incidente lorsque la puissance de l’onde Stokes d’ordre N circulant dans la cavité est verrouillée à la puissance de seuil Brillouin. Un réglage de l’asservissement du laser est alors nécessaire pour minimiser les effets de « mode-pulling », qui peut faire varier l’intensité du laser / 337932\u La diffusion Brillouin stimulée se manifeste, à partir d’une certaine intensité lumineuse, par la génération d’une onde « Stokes » rétrodiffusée, suite à l’interaction entre la lumière incidente de la « Pompe » et les ondes « acoustiques » présentes dans le milieu diffusant. À partir de ce seuil, toute la puissance supplémentaire peut être transférée à l’onde Stokes. Si dans ce sens, la diffusion Brillouin stimulée constitue une limitation majeure pour les télécommunications par fibres optiques, elle revêt néanmoins une importance particulière pour bien d’autres domaines. En effet, lors de sa génération, l’onde Stokes subit un décalage de fréquence (que l’on appelle décalage Brillouin ou encore fréquence Brillouin), qui est directement proportionnel entre autres à l’indice de réfraction effectif du milieu diffusant et à la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans ce milieu. Le décalage Brillouin dépend des propriétés chimiques et physiques des fibres optiques. Il présente une grande sensibilité à tous les effets qui peuvent modifier la vitesse de l’onde acoustique (variation de température, contraintes, concentration de dopants, …). Cette propriété permet d’étudier la composition des fibres et confère à la diffusion Brillouin stimulée la potentialité pour la réalisation de capteurs à fibres optiques. Le processus de diffusion Brillouin stimulée s’accompagne aussi d’un gain pour l’onde Stokes rétrodiffusée. Il peut donc être utilisé pour la réalisation d’amplificateurs et de lasers à fibres optiques. Les premiers travaux sur le laser à fibre Brillouin ont permis de montrer que celui-ci peut être très cohérent et très peu bruité, favorisant ainsi son utilisation dans de multiples domaines comme la défense, la métrologie et les télécommunications. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons étudié expérimentalement les propriétés statiques et dynamiques du laser à fibre Brillouin multi-Stokes, obtenu en cascadant l’effet non-linéaire Brillouin dans la fibre optique. En effet, l’onde Stokes générée (que nous appelons désormais l’onde Stokes d’ordre 1), placée dans une cavité doublement résonante, peut créer, lorsque la puissance est suffisante, une deuxième onde Stokes (l’onde Stokes d’ordre 2) dans la cavité Brillouin, pouvant donner naissance à un laser à fibre Brillouin à 2 ordres de Stokes. On peut imaginer, en augmentant la puissance de Pompe incidente, reproduire le même effet pour obtenir un laser à fibre Brillouin à plusieurs ordres d’ondes Stokes. Notre objectif est d’abord de caractériser correctement la diffusion Brillouin stimulée dans une fibre optique, ensuite de placer cette fibre dans une cavité Brillouin en vue d’en réaliser un laser à fibre Brillouin et enfin de caractériser celui-ci en termes de puissance de sortie, de bruit de fréquence et de bruit d’intensité. Nous montrons expérimentalement que : toute onde circulant dans la cavité Brillouin et qui atteint la puissance (critique) de seuil Brillouin peut générer une onde Stokes dans la cavité. L’onde génératrice voit alors sa puissance clampée au profit de l’onde Stokes créée ; le bruit de fréquence de la Pompe (incidente à la cavité Brillouin) est toujours plus fort que celui du laser Brillouin. La génération d’une onde Stokes d’ordre N+1 fait diminuer le bruit de fréquence du laser Brillouin d’ordre N tandis que la présence d’une onde Stokes d’ordre N+2 le fait augmenter ; le bruit d’intensité du laser Brillouin d’ordre N peut devenir inférieur à celui de la Pompe incidente lorsque la puissance de l’onde Stokes d’ordre N circulant dans la cavité est verrouillée à la puissance de seuil Brillouin. Un réglage de l’asservissement du laser est alors nécessaire pour minimiser les effets de « mode-pulling », qui peut faire varier l’intensité du laser
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/28388 |
| Date | 24 April 2018 |
| Creators | Fresnel, Schadrac |
| Contributors | LaRochelle, Sophie, Besnard, Pascal |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xvii, 224 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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