Dissertations / Theses: 'Lasers à verrouillage de phase'

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Akrout, Akram. "Contribution à l’étude des lasers à verrouillage de modes pour les applications en télécommunications." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2009. http://www.theses.fr/2009TELE0023/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l’étude des lasers à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (MLL QD) sur le système de matériau InAs/InP en vue de leur utilisation pour les applications télécoms. Contrairement aux lasers à deux sections, nous exploitons, tout au long de cette thèse, le phénomène du mélange à quatre-ondes qui est à l’origine du verrouillage de modes dans ces structures. Une analyse du « chirp » des impulsions générées par ce type de lasers, ainsi qu’une étude théorique et expérimentale pour le compenser, ont été décrites. En particulier, nous démontrons la compensation du « chirp » linéaire par un filtrage et par une fibre présentant une dispersion adéquate. D’autre part, une compensation du « chirp » d’ordre supérieur est possible en utilisant une fibre à dispersion spécifique. Une étude a été consacrée à la gigue temporelle, un autre paramètre crucial pour la plupart des applications utilisant les MLLs QD. Dans une première étape, nous avons mis en œuvre une technique de mesure par cross-corrélation optique pour caractériser la gigue temporelle des MLLs à haute fréquence de répétition. Contrairement à la technique de mesure par analyse spectrale, celle-ci permet d’effectuer des mesures à des fréquences de répétitions supérieures à 50 GHz et sur une plage de fréquence allant de presque 0 Hz à quelques centaines de MHz. Ensuite, nous avons caractérisé des diodes lasers présentant une largeur de raie RF record d’une valeur de 850 Hz. Une valeur de gigue de 500 fs a été mesurée sur la bande de fréquence [150 kHz-320 MHz]. Cette valeur correspond à une amélioration d’un facteur 25 par rapport à la valeur mesurée sur une structure à base de puits quantiques pour les mêmes bornes d’intégration. Nous avons également présenté une étude de la réduction du bruit de phase des MLLs basée sur l’effet de la réinjection optique. Nous avons ainsi obtenu une amélioration du niveau de bruit de phase d’un facteur supérieur à 15 dB par rapport à la technique optoélectronique standard. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des MLL QD pour la génération des impulsions à très faibles gigue temporelle et ouvrent la voie pour la conception des oscillateurs tout-optiques à faible bruit de phase. Enfin, nous présentons la génération d’un peigne de fréquences WDM en utilisant un MLL QD. En utilisant une telle source, nous avons démontré une transmission canal par canal sur une distance de 50 km de fibre SMF à un débit de 10 Gbit/s. Ce résultat de toute première importance permet d’envisager l’utilisation des MLLs QD pour la transmission WDM
This PhD thesis deals with the integration of InP based quantum dash mode locked lasers for use in optical communication systems and microwave optoelectronic applications. The properties of pulse and characterization methods are described as well as requirements for application in communication systems. Experimental and analytic method for pulse “chirp” characterization and compensation are also discussed. In particular, we demonstrate that high order dispersion can be compensated using specific fibre length. The characterization of quantum dash based mode locked lasers, has shown their potential to generate high spectral purity self-pulsating signals, with state-of-the-art spectral linewidth of ~ 850 Hz. Especially, the importance of, and way to reduce high-frequency jitter is discussed. Indeed, a novel method for measurement of high-frequency jitter based on optical cross-correlation technique is implemented. Systematic investigation of 10 GHz passively mode locked laser based on InAs/InP quantum dashes emitting at 1.55 µm have demonstrated a reduced value of timing jitter of 500 fs in the 150 kHz – 320 MHz frequency range. Compared to typical passively mode-locked quantum well laser which exhibit timing jitter in the range 12 ps (150 kHz – 50 MHz), our device demonstrates an approximately 25 times improvement in timing jitter. Concerning microwave optoelectronic applications, we demonstrate that a low phase noise oscillator can be obtained using a QD MLL integrated in an optical self injection loop without any opto-electronic or electro-optic conversion. A significant reduction of the -3 dB linewedith as low as 200Hz was obtained thanks to optimised tuning of the optical external cavity length. The phase noise has been reduced from -75dBc/Hz to a level as low as -105dBc/Hz at an offset of 100kHz. This yields to ultra low timing jitter and shows the potential to fabricate simple, and yet low noise oscillators based on semiconductor lasers without any high frequency electronics, photodetector or modulator. Finally, we report, for the first time, error-free transmission of 8 WDM channels over 50 km long single mode fiber at 10 Gbit/s using comb-generation in a quantum dash based mode locked laser. Such good performance paves the way for the use of mode locked-lasers in WDM transmission and allows considering such a solution in an integrated WDM transceiver

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Akrout, Akram. "Contribution à l’étude des lasers à verrouillage de modes pour les applications en télécommunications." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2009. http://www.theses.fr/2009TELE0023.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l’étude des lasers à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (MLL QD) sur le système de matériau InAs/InP en vue de leur utilisation pour les applications télécoms. Contrairement aux lasers à deux sections, nous exploitons, tout au long de cette thèse, le phénomène du mélange à quatre-ondes qui est à l’origine du verrouillage de modes dans ces structures. Une analyse du « chirp » des impulsions générées par ce type de lasers, ainsi qu’une étude théorique et expérimentale pour le compenser, ont été décrites. En particulier, nous démontrons la compensation du « chirp » linéaire par un filtrage et par une fibre présentant une dispersion adéquate. D’autre part, une compensation du « chirp » d’ordre supérieur est possible en utilisant une fibre à dispersion spécifique. Une étude a été consacrée à la gigue temporelle, un autre paramètre crucial pour la plupart des applications utilisant les MLLs QD. Dans une première étape, nous avons mis en œuvre une technique de mesure par cross-corrélation optique pour caractériser la gigue temporelle des MLLs à haute fréquence de répétition. Contrairement à la technique de mesure par analyse spectrale, celle-ci permet d’effectuer des mesures à des fréquences de répétitions supérieures à 50 GHz et sur une plage de fréquence allant de presque 0 Hz à quelques centaines de MHz. Ensuite, nous avons caractérisé des diodes lasers présentant une largeur de raie RF record d’une valeur de 850 Hz. Une valeur de gigue de 500 fs a été mesurée sur la bande de fréquence [150 kHz-320 MHz]. Cette valeur correspond à une amélioration d’un facteur 25 par rapport à la valeur mesurée sur une structure à base de puits quantiques pour les mêmes bornes d’intégration. Nous avons également présenté une étude de la réduction du bruit de phase des MLLs basée sur l’effet de la réinjection optique. Nous avons ainsi obtenu une amélioration du niveau de bruit de phase d’un facteur supérieur à 15 dB par rapport à la technique optoélectronique standard. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des MLL QD pour la génération des impulsions à très faibles gigue temporelle et ouvrent la voie pour la conception des oscillateurs tout-optiques à faible bruit de phase. Enfin, nous présentons la génération d’un peigne de fréquences WDM en utilisant un MLL QD. En utilisant une telle source, nous avons démontré une transmission canal par canal sur une distance de 50 km de fibre SMF à un débit de 10 Gbit/s. Ce résultat de toute première importance permet d’envisager l’utilisation des MLLs QD pour la transmission WDM
This PhD thesis deals with the integration of InP based quantum dash mode locked lasers for use in optical communication systems and microwave optoelectronic applications. The properties of pulse and characterization methods are described as well as requirements for application in communication systems. Experimental and analytic method for pulse “chirp” characterization and compensation are also discussed. In particular, we demonstrate that high order dispersion can be compensated using specific fibre length. The characterization of quantum dash based mode locked lasers, has shown their potential to generate high spectral purity self-pulsating signals, with state-of-the-art spectral linewidth of ~ 850 Hz. Especially, the importance of, and way to reduce high-frequency jitter is discussed. Indeed, a novel method for measurement of high-frequency jitter based on optical cross-correlation technique is implemented. Systematic investigation of 10 GHz passively mode locked laser based on InAs/InP quantum dashes emitting at 1.55 µm have demonstrated a reduced value of timing jitter of 500 fs in the 150 kHz – 320 MHz frequency range. Compared to typical passively mode-locked quantum well laser which exhibit timing jitter in the range 12 ps (150 kHz – 50 MHz), our device demonstrates an approximately 25 times improvement in timing jitter. Concerning microwave optoelectronic applications, we demonstrate that a low phase noise oscillator can be obtained using a QD MLL integrated in an optical self injection loop without any opto-electronic or electro-optic conversion. A significant reduction of the -3 dB linewedith as low as 200Hz was obtained thanks to optimised tuning of the optical external cavity length. The phase noise has been reduced from -75dBc/Hz to a level as low as -105dBc/Hz at an offset of 100kHz. This yields to ultra low timing jitter and shows the potential to fabricate simple, and yet low noise oscillators based on semiconductor lasers without any high frequency electronics, photodetector or modulator. Finally, we report, for the first time, error-free transmission of 8 WDM channels over 50 km long single mode fiber at 10 Gbit/s using comb-generation in a quantum dash based mode locked laser. Such good performance paves the way for the use of mode locked-lasers in WDM transmission and allows considering such a solution in an integrated WDM transceiver

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Auroux, Vincent. "Application des lasers fibrés à verrouillage de modes à la génération très haute fréquence à haute pureté spectrale." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30103/document.

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Abstract:

Le développement technologique dans le domaine des télécommunications, ainsi que des systèmes de détection, a accru ces dernières années la nécessité de signaux de référence présentant une très haute pureté spectrale. L'augmentation des débits, la saturation des bandes de fréquence ainsi que les performances imposées pour la détection radar ont ouvert la voie à la génération micro-onde par l'optique. Ces références de fréquence sont souvent issues d'oscillateurs optoélectroniques (OEO). Ces oscillateurs intègrent un élément de stockage de l'énergie au travers de résonateurs ou de longues lignes à retard fibrées afin d'augmenter leur facteur qualité et permettant ainsi d'atteindre des performances supérieures aux signaux multipliés à partir de sources basses fréquences ou directement à partir d'oscillateurs micro-ondes à résonateur diélectrique (DRO). Une topologie originale d'oscillateurs optoélectroniques a été proposée à la fin des années 1990 par une équipe américaine : il s'agit de remplacer le résonateur passif nécessitant un verrouillage du laser sur ce dernier par un résonateur actif, intégrant un amplificateur optique. Ce résonateur actif, un laser à blocage de modes, permet un couplage entre l'oscillation optique du laser et l'oscillation optoélectronique. On parle alors d'oscillateur optoélectronique couplé (COEO). Les performances du COEO sont étroitement liées à la pureté spectrale du signal issu du laser à blocage de modes. Ce travail de thèse traite de l'étude et de l'optimisation de ces systèmes. Une étude approfondie sur le bruit dans les amplificateurs optiques a tout d'abord été menée afin de déterminer quel type d'amplificateur choisir pour le COEO et sous quelles conditions l'amplification optique apporte un bruit de phase minimal. Ensuite, un COEO à 10 GHz a été réalisé, présentant un très faible bruit de phase atteignant - 132 dBc/Hz à 10 kHz de la porteuse. Un modèle a par ailleurs été implémenté, permettant de déterminer a posteriori l'efficacité du couplage et ainsi la bande de verrouillage entre l'oscillation optoélectronique et le laser à blocage de modes. Ce couplage interne dépend fortement de la dynamique du système. Cependant, les différents effets non linéaires qui ont lieu dans l'amplificateur à semiconducteur et les fibres ne permettent pas d'obtenir un modèle analytique. Un modèle itératif a alors été proposé afin d'obtenir les propriétés de l'enveloppe complexe lentement variable du peigne de fréquence généré en sortie du laser dont la photodétection conduit à la puissance RF générée par le COEO. Le COEO génère un peigne de fréquence suffisamment large pour produire des harmoniques RF supérieurs à la fréquence de répétition du laser à blocage de modes, si les modes longitudinaux espacés de plusieurs intervalles spectraux libres (ISL) sont en phase. Le modèle itératif développé permet, à partir des paramètres expérimentaux de déterminer le spectre optique ainsi que la distribution de phase à l'intérieur de celui-ci. Il est possible alors d'augmenter la puissance d'une harmonique en sortie de la photodiode par un ajout d'éléments dispersifs. Cette multiplication de fréquence permet la génération de signaux à haute pureté spectrale en bande millimétrique. Une démonstration expérimentale à 90 GHz a été proposée, basée sur un COEO fonctionnant à 30 GHz. Ces résultats sont prometteurs et une intégration du COEO dans un boîtier thermalisé ainsi qu'une gestion plus fine de la dispersion des fibres peut permettre des améliorations significatives sur le bruit de phase du système
The important rise of telecommunication systems in the past decades, together with the sensitivity improvement of radar systems, has increased the necessity for high spectral purity frequency references at high frequencies. The saturation of classical microwave bandwidths motivated the search of frequency references at higher frequencies, such as K-band. Frequency multiplication from highly stable sources, such as quartz sources, is limited by the increase of the noise floor, which is often prohibitive at millimeter wave frequencies. On the contrary, microwave generation using optics becomes a very efficient technique in this frequency range. Indeed, passive optical resonators or delay lines feature a high Q factor which can be used to stabilize the microwave frequency. The best phase noise performance is today obtained with long delay line oscillators. However, a spurious mode suppression technique has to be implemented in this type of OEOs. The use of an active optical resonator is a third solution, which avoids any locking technique between the laser and the passive resonator. The first architecture of this type has been proposed at the end of the 1990's. In such a system, a mode-locked laser is coupled to a microwave oscillator (COEO). COEO phase noise performances are strongly dependent on the spectral purity of the mode locked laser signal. This thesis work focus on the study and the optimization of this system. Optical amplifiers noise is firstly investigated, in order to determine the optimal conditions to minimize their phase noise contribution to the COEO. A 10 GHz SOA based COEO has been realized and features a low phase noise level reaching - 132 dBc/Hz at 10 kHz from the carrier. An analytical model has also been developed to obtain the locking range of the coupled oscillations. This frequency range is strongly dependent on the coupling efficiency between optical oscillation and the optoelectronic oscillation. This parameter cannot be calculated analytically and an iterative model has been proposed to determine the amplitude and phase of the optical spectrum. Therefore, one can calculate the RF power on the photodiode, on which the coupling efficiency is depending. Since COEO features a large optical frequency comb where each tooth of the comb is phase locked thanks to the mode locked laser, harmonic generation from COEO is possible. Wide frequency comb from high frequency COEO allow millimeter wave generation. The iterative model developed in this work enable to determine the RF power of one specified harmonic from experimental parameters. Harmonic selection can also be performed through the management of the chromatic dispersion. Such frequency multiplication has been implemented to generate a high purity 90 GHz signal from a 30 GHz COEO.These results are promising and an integration of the system in a thermalized box is under process

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Akrout, Akram. "Contribution à l'étude des lasers à verrouillage de modes pour les applications en télécommunications." Phd thesis, Institut National des Télécommunications, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01057726.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude des lasers à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (MLL QD) sur le système de matériau InAs/InP en vue de leur utilisation pour les applications télécoms. Contrairement aux lasers à deux sections, nous exploitons, tout au long de cette thèse, le phénomène du mélange à quatre-ondes qui est à l'origine du verrouillage de modes dans ces structures. Une analyse du " chirp " des impulsions générées par ce type de lasers, ainsi qu'une étude théorique et expérimentale pour le compenser, ont été décrites. En particulier, nous démontrons la compensation du " chirp " linéaire par un filtrage et par une fibre présentant une dispersion adéquate. D'autre part, une compensation du " chirp " d'ordre supérieur est possible en utilisant une fibre à dispersion spécifique. Une étude a été consacrée à la gigue temporelle, un autre paramètre crucial pour la plupart des applications utilisant les MLLs QD. Dans une première étape, nous avons mis en œuvre une technique de mesure par cross-corrélation optique pour caractériser la gigue temporelle des MLLs à haute fréquence de répétition. Contrairement à la technique de mesure par analyse spectrale, celle-ci permet d'effectuer des mesures à des fréquences de répétitions supérieures à 50 GHz et sur une plage de fréquence allant de presque 0 Hz à quelques centaines de MHz. Ensuite, nous avons caractérisé des diodes lasers présentant une largeur de raie RF record d'une valeur de 850 Hz. Une valeur de gigue de 500 fs a été mesurée sur la bande de fréquence [150 kHz-320 MHz]. Cette valeur correspond à une amélioration d'un facteur 25 par rapport à la valeur mesurée sur une structure à base de puits quantiques pour les mêmes bornes d'intégration. Nous avons également présenté une étude de la réduction du bruit de phase des MLLs basée sur l'effet de la réinjection optique. Nous avons ainsi obtenu une amélioration du niveau de bruit de phase d'un facteur supérieur à 15 dB par rapport à la technique optoélectronique standard. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des MLL QD pour la génération des impulsions à très faibles gigue temporelle et ouvrent la voie pour la conception des oscillateurs tout-optiques à faible bruit de phase. Enfin, nous présentons la génération d'un peigne de fréquences WDM en utilisant un MLL QD. En utilisant une telle source, nous avons démontré une transmission canal par canal sur une distance de 50 km de fibre SMF à un débit de 10 Gbit/s. Ce résultat de toute première importance permet d'envisager l'utilisation des MLLs QD pour la transmission WDM

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Auroux, Sandrine. "Exploration de nouvelles architectures lasers à émetteurs multiples et à verrouillage passif des phases pour le régime impulsionnel déclenché." Limoges, 2011. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/61df3ffe-eff6-44a4-9643-cd163f701184/blobholder:0/2011LIMO4054.pdf.

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Abstract:

La combinaison de lasers apparaît aujourd’hui comme une solution permettant de dépasser les limites en puissance des sources à une seule voie amplificatrice. Deux méthodes de combinaison cohérente de lasers par voie passive ont été explorées au cours de cette thèse. Il s’agissait d’explorer leur potentiel avec des sources élémentaires à milieu amplificateur cristallin, fonctionnant en régime impulsionnel et dont les rayonnements sont combinés sur cible en champ lointain. La combinaison par injection mutuelle constitue la première configuration explorée. Elle consiste à prélever intra-cavité une partie du rayonnement issu d’un laser et à l’injecter dans la cavité du laser voisin, et réciproquement. Les propriétés de cohérence des rayonnements cophasés ont été analysées numériquement et expérimentalement. La deuxième configuration consiste à coupler les lasers, au moyen d’un élément combineur, dans une cavité interféromètre. Les différents émetteurs ajustent leurs phases relatives de façon à maximiser l’énergie sur la voie commune du laser composite. Les propriétés spectrales et spatiales de l’émission sont considérées expérimentalement, puis numériquement en vue de la montée en nombre des lasers combinés. Le dernier volet de ces travaux est dédié à la dégradation des caractéristiques spatiales des faisceaux soumis à des distorsions thermiques et son impact sur la qualité de cophasage
Laser beam combining appears as a solution to overcome the power limitations of a single laser. Two methods of laser coherent combining in a passive way have been explored in this thesis. Their potential for achieving a bulk configuration with multiple emitters operating in pulsed regime was studied. With these two methods, the emitted radiations are superposed only in the far field. The first configuration explored is laser combining by mutual injection. A fraction of the radiation from one laser seeds the neighboring resonator. Laser emissions are thus coupled step by step. Coherence properties of the emissions of lasers coupled by mutual injection have been studied numerically and experimentally. The second method is based on a multi-arm resonator of interferometric configuration. The different emitters self-adjust their relative phases to maximize the energy on the common path of the interferometric cavity. Spectral and spatial properties of emissions are considered experimentally and numerically. Numerical models have been developed for larger number of combined lasers. The last part deals with deterioration of output beams quality under high pumping level and the consequences on combining efficiency

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Tronche, Hervé. "Contribution à l'étude de la mise en phase de lasers à solide et à semiconducteur : prise en compte des effets temporels." Toulouse, ENSAE, 1996. http://www.theses.fr/1996ESAE0004.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de la mise en phase de réseaux linéaires de lasers faiblement couplés, appliquée aux réseaux de lasers à semiconducteur et de microlasers à solide. La mise en phase d'un réseau de lasers constitue unmoyen de dépasser les limitations actuelles des sources laser unitaires et de créer un faisceau de forte intensité lumineuse, à la fois cohérent spatialement (faible divergence) et spectralement (synchronisation de l'émission du réseau sur une seule fréquence). Après une rapide présentation de la définition de mise en phase et des différents modèles développés à cet effet, le premier chapitre est consacré à l'établissement d'une méthodologie générale d'analyse des effets temporels de la mise en phase d'un réseau de lasers faiblement couplés. Cette méthodologie repose sur les équations d'évolution couplées qui sont démontrées à partir des équations de Maxwell et de la théorie semiclassique appliquée au couplage faible de lasers. Puis ces considérations théoriques sont appliquées à l'étude de deux cas particuliers : la mise en phase d'un réseau de lasers à semiconducteur par cavité externe dans le deuxième chapitre et la mise en phase d'un réseau de microlasers à solide par champ évanescent dans le troisième chapitre.

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Gustave, François. "Dynamique de phase et solitons dissipatifs dans des lasers à semiconducteurs." Thesis, Nice, 2016. http://www.theses.fr/2016NICE4003/document.

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Abstract:

Les solitons dissipatifs (SD) sont des paquets d'onde auto-localisés qui apparaissent dans les systèmes dissipatifs spatialement étendus. En optique, tous les SD observés jusqu'à présent dans des systèmes propagatifs peuvent être classés en deux catégories, suivant la présence ou non d'un forçage externe, i.e. si la symétrie de phase est brisée ou non. Dans les systèmes forcés, les DS sont accrochés en phase au forçage alors que sans forçage, leur phase est libre et peu dériver en fonction du temps. Dans cette thèse nous étudions la formation d'états localisés propagatifs dans deux systèmes expérimentaux qui diffèrent fondamentalement par la présence ou l'absence d'un forçage externe. Le premier système est un laser à semiconducteur à cavité verticale (VCSEL) soumis à une boucle de rétro-action sélective en fréquence, qui accueille des DS se formant dans la dimension transverse à la propagation (2D). Nous analysons comment la synchronisation des fréquences longitudinales du système (verrouillage modal) peut mener à la formation d'un état localisé dans les trois dimensions : balles de lumière. Le deuxième système est un laser en anneau à semi-conducteur fortement multimode le long de la propagation, et forcé par une injection externe. Lorsque le forçage est légèrement désaccordé de la fréquence naturelle du système, il est possible d'observer des états localisés constitués par un tour de phase de 2 pi, immergés dans l'état homogène (synchronisé). Nous reportons ainsi la première observation de SD qui se forment dans la phase de l'onde optique : solitons de phase dissipatifs
Dissipative solitons (DS) are self-localized wave-packets appearing in spatially extended dissipative systems. In optics, all the DS that have been observed in propagative systems can be cast in two categories, depending on the presence or absence of an external forcing, i.e. the phase symmetry is broken or not. In forced systems, DS are locked in phase to forcing whereas without forcing, their phase is free an can wander in the course of time. In this thesis, we study the formation of propagative DS in two different experimental systems that fundamentally differ from the presence or lack of an external forcing. The first one is a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) submitted to a frequency selective feedback, in which DS form in the transverse plane of the system (2D). We analyze how the synchronization of the longitudinal frequencies (mode-locking) can give rise to tri-dimensionnal localization of light: light bullets. The second system is a highly multimode semiconductor ring laser with external forcing, whose spatial extension takes place along the propagation dimension. When the forcing frequency is slightly detuned from the natural frequency of the system, we can see the appearance of self-confined 2 pi phase rotations embedded in a homogeneous (synchronized) state. We then report on the first observation of DS that form in the phase of the optical wave : dissipative phase solitons

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Karuseichyk, Sopfy. "Noise in coupled VECSEL array." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS162.

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Abstract:

Les réseaux de lasers sont des composants clés dans de nombreux domaines de la science, de la technologie et des applications civiles aujourd'hui. Un domaine remarquablement nouveau d'application des réseaux de lasers est le solveur laser, qui permet de paralléliser le processus de calcul spatialement. Pour de telles applications, un réseau de lasers à faible bruit ayant des caractéristiques identiques est nécessaire. En même temps, la plupart des applications répertoriées nécessitent un mécanisme de couplage entre les lasers du réseau. Les lasers à état solide sont les plus couramment utilisés aujourd'hui pour de telles applications.Cependant, dans ce travail, nous présentons un nouveau type de réseau laser basé sur les VECSEL (Lasers à Émission de Surface à Cavité Externe Verticale) avec un contrôle de couplage intra-cavité. De tels lasers sont bien connus pour être des lasers à très faible bruit. Leurs dynamiques sont un exemple remarquable de comportement dynamique de classe A. Ces dynamiques s'accompagnent d'un filtrage du transfert du bruit de pompage au-dessus de la fréquence de coupure de la cavité. En même temps, le VECSEL est un laser à semi-conducteur, ce qui le distingue des lasers à état solide. Par exemple, il présente un facteur de Henry non négligeable. Les dynamiques de ces réseaux de VECSEL verrouillés en phase n'ont pas encore été étudiées.Ce laser est développé à partir d'une cavité plan-plan spatialement dégénérée. Grâce à la dégénérescence de la cavité, nous avons transformé un VECSEL multimode en un réseau de lasers indépendants avec un masque de perte spécialement conçu dans ce but. Nous avons atteint un contrôle sur le couplage entre les lasers dû à la diffraction sur le masque. Le couplage est déterminé par la diffraction sur les bords des trous du masque et la réflexion consécutive sur le miroir de sortie de la cavité. Les champs réfléchis de chaque laser sont injectés dans les trous voisins. Ce couplage est complexe. Nous le quantifions numériquement, puis développons plusieurs modèles pour la description de la dynamique du réseau laser en tenant compte de la complexité du coefficient de couplage. Chaque modèle caractérise l'une des topologies de masque étudiées. Nous avons montré expérimentalement que changer la position du masque permet de changer le couplage entre les lasers de zéro à des valeurs suffisantes pour verrouiller en phase le réseau de lasers. Nous avons effectué une mesure du bruit à la fois pour les solutions non verrouillées et verrouillées en phase. Les spectres de bruit relatif en intensité mesurés des lasers individuels ont confirmé la dynamique de classe A du réseau de VECSEL développé. Sur la base de la corrélation croisée des bruits des différents lasers, nous avons découvert une corrélation claire entre le verrouillage en phase et une corrélation spectrale du bruit. Ensuite, nous avons montré numériquement et analytiquement les mêmes phénomènes basés sur les modèles développés.Un intérêt particulier du projet concernait le réseau laser annulaire. De tels réseaux sont connus pour générer des solutions sous forme de série discrète de différences de phase lorsqu'ils sont verrouillés en phase. Nous avons étudié de telles solutions dans notre système. Chacune d'elles, à l'exception du verrouillage en phase, correspond à un vortex avec un incrément de phase discret entre les lasers. Nous avons étudié les limitations dictées par le facteur de Henry et dérivé une formule analytique générale. Nous avons étudié la génération de vortex asymétrique avec des masques de pertes non uniformes. De plus, nous avons étudié théoriquement l'influence de la rétroaction optique sur le verrouillage de phase dans un vortex. Le modèle de bruit d'un tel réseau a été confirmé expérimentalement avec trois lasers. Sur la base du modèle, nous avons trouvé une méthode simple pour déterminer le signe du vortex (direction de l'accumulation de phase) basée sur les mesures de bruit des lasers
Laser arrays are key components in many areas of science, technology, and civilian applications today. A remarkably new domain of application of laser arrays is the laser solver, which allows to parallelize the computation process spatially. For such applications a low noise array with identical laser's characteristics is required. At the same time, most of the listed applications require a coupling mechanism for the array. Most commonly, solid-state lasers are used today for such applications.However, in this work we present a new type of laser array based on the VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers) with the intracavity coupling control. Such lasers are well known to be extremely low noise lasers. Their dynamics are a remarkable example of class-A dynamical behavior. Such dynamics is accompanied with the filtering of the transferred pump noise above the cavity cut-off frequency. At the same time the VECSEL is a semiconductor laser, which has distinguishing peculiarities, when compared with the solid-state laser. For example, it has a non-negligible Henry factor. Dynamics of such phase locked VECSEL arrays has not been studied yet.This laser is developed with a planar spatially degenerate cavity. Thanks to cavity degeneracy we transform a multimode VECSEL into an array of independent lasers with a designed loss mask. Thanks to the method of array development with a mask, we gain control on the coupling between lasers by the diffraction on the mask. The coupling is determined by the diffraction on the edges of the mask holes and consequent reflection on the output cavity mirror. Reflected field of each laser is injected to the neighboring holes. The coupling coefficient is complex. We numerically quantify it and then develop several models for the laser array dynamics description with considered complexity of the coupling coefficient. Each model characterizes one of the investigated mask topologies.Changes of the mask position were shown experimentally to change the coupling between lasers from zero to values large enough to phase-lock the laser array. We performed a noise measurement both for the unlocked and phase-locked solutions. The measured relative intensity noise spectra of individual lasers confirmed the class-A dynamics of the developed VECSEL array. Based on the cross-correlation on the noises of different lasers we discovered a clear correlation between phase-locking and a noises spectral correlation. Then, we could reproduce numerically and analytically the same results based on the models we developed.A particular interest of the project was situated on a ring laser array. Such arrays are known for their discrete series for the phase-difference solutions when phase-locked. We studied such solutions in our system. Each of them, except for the in-phase phase-locking, corresponds to a vortex with discrete phase increment between lasers. Since good quality vortices are extremely needed for particle micromotoring, information transfer, etc. we deeply studied such solutions in our system. We studied the limitations dictated by the Henry factor and derived a general analytical criterion for the existence of such solutions. We studied asymmetric vortex generation with non-uniform loss masks. Additionally, we studied theoretically the influence of optical feedback on the phase -locking in such a vortex. The noise model of such an array was experimentally confirmed with three lasers. Based on the model we found a simple method of the determination of the vortex sign (direction of the phase accumulation) based on the laser's noise measurements

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Kassa, Wosen Eshetu. "Modélisation électrique de laser semi-conducteurs pour les communications à haut débit de données." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1016/document.

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Cette distinction est également valable pour le genre des individus (homme/femme). L'étude menée a montré que l'approche utilisant l'information spectrale des contours des phalanges permet une identification par seulement trois phalanges, à un taux EER (Equal Error Rate) inférieur à 0.24 %. Par ailleurs, il a été constaté « de manière surprenante » que la technique fondée sur les rapports de vraisemblance entre les phalanges permet d'atteindre un taux d'identification de 100 % et un taux d'EER de 0.37 %, avec une seule phalange. Hormis l'aspect identification/authentification, notre étude s'est penchée sur l'optimisation de la dose de rayonnement permettant une identification saine des individus. Ainsi, il a été démontré qu'il était possible d'acquérir plus de 12500/an d'images radiographiques de la main, sans pour autant dépasser le seuil administratif de 0.25 mSvL'avancement de la communication numérique optique dans les réseaux longue distance et d'accès a déclenché les technologies émergentes dans le domaine micro-ondes / ondes millimétriques. Ces systèmes hybrides sont fortement influencés non seulement par les déficiences de liens optiques mais aussi des effets de circuits électriques. Les effets optiques et électriques peuvent être ainsi étudiés en même temps en utilisant des outils assistés par ordinateur en développant des modèles de circuit équivalent de l'ensemble des composants de liaison tels que les lasers à semi-conducteurs, modulateurs, photo-détecteurs et fibre optique. Dans cette thèse, les représentations de circuit des composants de liaison photoniques sont développées pour étudier des architectures différentes. Depuis la source de lumière optique est le principal facteur limitant de la liaison optique, une attention particulière est accordée aux caractéristiques, y compris les plus importants de simples lasers en mode semi-conducteurs. Le modèle de circuit équivalent de laser qui représente l'enveloppe du signal optique est modifié pour inclure les propriétés de bruit de phase du laser. Cette modification est particulièrement nécessaire d'étudier les systèmes où le bruit de phase optique est important. Ces systèmes comprennent des systèmes de télécommande hétérodynes optiques et des systèmes auto-hétérodynes optiques. Les résultats de mesure des caractéristiques de laser sont comparés aux résultats de simulation afin de valider le modèle de circuit équivalent dans des conditions différentes. Il est démontré que le modèle de circuit équivalent peut prédire avec précision les comportements des composants pour les simulations au niveau du système. Pour démontrer la capacité du modèle de circuit équivalent de la liaison photonique pour analyser les systèmes micro-ondes / ondes millimétriques, le nouveau modèle de circuit du laser avec les modèles comportementaux des autres composants sont utilisés pour caractériser différents radio sur fibre (RoF) liens tels que la modulation d'intensité - détection directe (IM-DD) et les systèmes RoF hétérodynes optique. Signal sans fil avec des spécifications conformes à la norme de IEEE 802.15.3c pour la bande de fréquence à ondes millimétriques est transmis sur les liens RoF. La performance du système est analysée sur la base de l'évaluation de l'EVM. L'analyse montre que l'analyse efficace des systèmes de photonique micro-ondes / ondes millimétriques est obtenue en utilisant des modèles de circuit qui nous permet de prendre en compte les comportements à la fois électriques et optiques en même temps
The advancement of digital optical communication in the long-haul and access networks has triggered emerging technologies in the microwave/millimeter-wave domain. These hybrid systems are highly influenced not only by the optical link impairments but also electrical circuit effects. The optical and electrical effects can be well studied at the same time using computer aided tools by developing equivalent circuit models of the whole link components such as semiconductor lasers, modulators, photo detectors and optical fiber. In this thesis, circuit representations of the photonic link components are developed to study different architectures. Since the optical light source is the main limiting factor of the optical link, particular attention is given to including the most important characteristics of single mode semiconductor lasers. The laser equivalent circuit model which represents the envelope of the optical signal is modified to include the laser phase noise properties. This modification is particularly necessary to study systems where the optical phase noise is important. Such systems include optical remote heterodyne systems and optical self-heterodyne systems. Measurement results of the laser characteristics are compared with simulation results in order to validate the equivalent circuit model under different conditions. It is shown that the equivalent circuit model can precisely predict the component behaviors for system level simulations. To demonstrate the capability of the equivalent circuit model of the photonic link to analyze microwave/millimeter-wave systems, the new circuit model of the laser along with the behavioral models of other components are used to characterize different radio-over-fiber (RoF) links such as intensity modulation – direct detection (IM-DD) and optical heterodyne RoF systems. Wireless signal with specifications complying with IEEE 802.15.3c standard for the millimeter-wave frequency band is transmitted over the RoF links. The system performance is analyzed based on EVM evaluation. The analysis shows that effective analysis of microwave/millimeter-wave photonics systems is achieved by using circuit models which allows us to take into account both electrical and optical behaviors at the same time

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Thévenin, Jérémie. "Accrochages de fréquences dans les lasers vectoriels à état solide : étude du verrouillage de modes passif et de la réinjection décalée en fréquence." Phd thesis, Université Rennes 1, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769111.

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Abstract:

Nous explorons les dynamiques de synchronisation des lasers solides fonctionnant sur deux états propres de polarisation. Ce type de laser présente l'intérêt de pouvoir générer des fréquences de battement très stables dans une gamme de fréquence du Hz au THz. Cette thèse en tire parti pour étudier plusieurs mécanismes d'accrochage de fréquence dans ces lasers. Tout d'abord, nous construisons un laser bipolarisation doté d'un miroir à réflectance saturable (SESAM). Cela lui permet de fonctionner dans un régime pulsé où tous les modes longitudinaux oscillent en phase, et ce sur les deux états propres du laser. On démontre également que les états de polarisation d'impulsions successives forment des séquences dont nous détaillons les caractéristiques. Un phénomène particulier est observé dans ce laser : si la fréquence de battement est choisie égale à la moitié de l'intervalle spectral libre du laser, les deux peignes de fréquences associés aux deux états propres se synchronisent. Dans un second temps, nous soumettons un laser bi-fréquence à une réinjection optique décalée en fréquence. De cette manière, nous sommes capable de transférer, sur la fréquence de battement du laser, la stabilité d'un synthétiseur radio-fréquence, utilisé comme référence. Ce résultat est obtenu tant en régime continu que pulsé. Enfin, conjointement à la réinjection décalée en fréquence, nous utilisons les oscillations de relaxation d'un laser de classe B pour induire un régime où la fréquence de battement est synchronisée sur une référence externe, mais pas sa phase. Incidemment, des dynamiques particulières d'intensités sont observées en sortie du laser.

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Agaisse, Romain. "Auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2023. http://www.theses.fr/2023URENS091.

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Abstract:

La stabilité en fréquence des lasers est une propriété recherchée dans de nombreux domaines tels que les communications optiques, la spectroscopie ou encore la métrologie temps-fréquence. Dans ce contexte, l’institut Foton a mis au point un principe permettant d’auto-affiner spectralement un laser à des niveaux extrêmement bas. Pour cela on pompe un résonateur Brillouin non-réciproque ce qui génère une onde Stokes spectralement pure. L’ajout d’une boucle à verrouillage de phase qui contre-réagit sur la pompe permet alors d’éviter les sauts de modes du résonateur Brillouin tout en affinant spectralement le laser de pompe, produisant ainsi un effet d'auto-affinement en cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions théoriquement et expérimentalement le système d’auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin. La modélisation de l’ensemble de ses constituants par le biais du formalisme des fonctions de transfert est confortée par des validations expérimentales. Ces fonctions de transfert rendent compte de la réponse des différents éléments du système vis-à-vis des fluctuations de phase et d’amplitude. L’expression de la fonction de transfert du système complet est ensuite validée expérimentalement en comparant les prévisions théoriques aux mesures de fonction de transfert en boucle ouverte ainsi qu'en réponse indicielle. L’exploitation du modèle et de ses paramètres physiques ajustables permet alors de réduire davantage les fluctuations de fréquence pour un laser de pompe à état solide émettant à 1,54 \uD835\uDF07m. Cela nous permet notamment de mettre en évidence le fait que le résonateur Brillouin dans ces conditions de verrouillage de phase joue le rôle d'une référence optique. Les performances du système sont ensuite évaluées en dupliquant ce dernier et en mesurant dans le domaine micro- onde le battement entre les deux systèmes indépendants. Finalement, le principe du « buffer reservoir » est ajouté au système d’affinement spectral. Ce principe basé sur l’insertion d’un mécanisme d’absorption non-linéaire dans le laser de pompe permet de réduire l'excès de bruit d'amplitude aux oscillations de relaxations de 32 dB. Ainsi on supprime la principale source de bruit d’amplitude converti en bruit de phase dans le système
The frequency stability of lasers is a sought-after property in many fields such as optical communications, spectroscopy and time-frequency metrology. In this context, the Foton Institute has developed a principle making it possible to spectrally self-narrow a laser at extremely low levels. For this we pump a non-reciprocal Brillouin resonator which generates a spectrally pure Stokes wave. The addition of a phase-locked loop which counter-reacts to the pump then makes it possible to avoid mode hops of the Brillouin resonator while spectrally narrowing the pump laser, thus producing a cascaded self-narrowing effect. In this manuscript, we theoretically and experimentally study the Brillouin assisted laser spectral self-narrowing system. The modeling of all of its constituents using the formalism of transfer functions is supported by experimental validations. These transfer functions account for the response of the different elements of the system to phase and amplitude fluctuations. The expression of the transfer function of the complete system is then validated experimentally by comparing the theoretical predictions to the open-loop transfer function measurements as well as in step response. Exploitation of the model and its adjustable physical parameters then makes it possible to further reduce frequency fluctuations for a solid-state pump laser emitting at 1.54 μm. This allows us in particular to highlight the fact that the Brillouin resonator in these phase-locking conditions plays the role of an optical reference. The performance of the system is then evaluated by duplicating it and measuring the beat between the two independent systems in the microwave domain. Finally, the “buffer reservoir” principle is added to the spectral narrowing system. This principle based on the insertion of a non-linear absorption mechanism in the pump laser makes it possible to reduce excess amplitude noise at relaxation oscillations by 32 dB. This eliminates the main source of amplitude noise converted into phase noise in the system

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Panapakkam, Venkatesan Vivek. "Optical frequency comb generation using InP based quantum-dash/ quantum-well single section mode-locked lasers." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2016. http://www.theses.fr/2016TELE0024/document.

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Abstract:

Les interconnections optiques dans les fermes de données (data centers) nécessitent la mise au point de nouvelles approches technologiques pour répondre aux besoins grandissants en composants d’interface respectant des cahiers de charge drastiques en termes de débit, coût, encombrement et dissipation d’énergie. Les peignes de fréquences optiques sont particulièrement adaptés comme nouvelles sources optiques, à mêmes de générer un grand nombre de porteuses optiques cohérentes. Leur utilisation dans des systèmes de transmission en multiplexage de longueurs d’onde (WDM) et exploitant de nouveaux formats de modulation, peut aboutir à des capacités jamais atteintes auparavant. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems) et a pour but l’étude de peignes de fréquences générés à l’aide de lasers à verrouillage de modes, à section unique, à base de bâtonnets quantiques InAs/InP et puits quantiques InGaAsP/InP. Nous avons entrepris l’étude de nouvelles couches actives et conceptions de cavités lasers en vue de répondre au cahier des charges du projet européen. Une étude systématique du bruit d’amplitude et de phase de ces sources a en particulier été menée à l’aide de nouvelles techniques de mesure afin d’évaluer leur compatibilité dans des systèmes de transmission à très haut débit. Ces peignes de fréquences optiques ont été utilisées avec succès dans des expériences de transmission sur fibre optique avec des débits records dépassant le Tbit/s par puce et une dissipation raisonnable d’énergie par bit, montrant leur fort potentiel pour les applications d’interconnections optiques dans les fermes de données
The increasing demand for high capacity, low cost, high compact and energy efficient optical transceivers for data center interconnects requires new technological solutions. In terms of transmitters, optical frequency combs generating a large number of phase coherent optical carriers are attractive solutions for next generation datacenter interconnects, and along with wavelength division multiplexing and advanced modulation formats can demonstrate unprecedented transmission capacities. In the framework of European project BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems), this thesis investigates the generation of optical frequency combs using single-section mode-locked lasers based on InAs/InP Quantum-Dash and InGaAsP/InP Quantum-Well semiconductor nanostructures. These novel light sources, based on new active layer structures and cavity designs are extensively analyzed to meet the requirements of the project. Comprehensive investigation of amplitude and phase noise of these optical frequency comb sources is performed with advanced measurement techniques, to evaluate the feasibility of their use in high data rate transmission systems. Record Multi-Terabit per second per chip capacities and reasonably low energy per bit consumption are readily demonstrated, making them well suited for next generation datacenter interconnects

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Renaudier, Jérémie. "Etude de l'autopulsation par verrouillage de modes passif dans les lasers à semi-conducteurs à réflecteur de Bragg distribué. Application à la récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s." Phd thesis, Télécom ParisTech, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001860.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'autopulsation à 40 GHz générée par verrouillage de modes passif dans les lasers DBR à semi-conducteurs, et de leur application à la récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s. Un modèle théorique a montré que le blocage de modes passif dans ces lasers est engendré par mélange à quatre ondes et génère une corrélation des bruits de phase des modes du laser. La signature expérimentale de l'autopulsation est alors la réduction de largeur spectrale du spectre lorentzien du photocourant. L'importance du mélange à quatre ondes a ensuite guidé les démarches de conception de ces composants, et les lasers DBR autopulsants réalisés ont permis l'étude expérimentale du blocage de modes passif, à travers la mesure d'une relation de phase fixe entre modes et la démonstration de la corrélation de leurs bruits de phase. Par la suite, la caractérisation de lasers à boîtes quantiques, développés au III-V Lab, a montré leur potentiel à générer des signaux autopulsants de haute pureté spectrale, avec des largeurs spectrales proches du kHz. Enfin, l'étude de la synchronisation externe du laser autopulsant a montré le rôle clé de la largeur spectrale et l'intérêt des lasers à boîtes quantiques pour les applications telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes. Ces lasers ont d'ailleurs permis la réalisation d'une récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s présentant une fonction de transfert de gigue compatible avec le gabarit de la norme ITU-T G825.1. Ce résultat prometteur permet d'envisager l'utilisation de lasers DBR autopulsants dans une interface de régénération.

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Panapakkam, Venkatesan Vivek. "Optical frequency comb generation using InP based quantum-dash/ quantum-well single section mode-locked lasers." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2016. http://www.theses.fr/2016TELE0024.

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Abstract:

Les interconnections optiques dans les fermes de données (data centers) nécessitent la mise au point de nouvelles approches technologiques pour répondre aux besoins grandissants en composants d’interface respectant des cahiers de charge drastiques en termes de débit, coût, encombrement et dissipation d’énergie. Les peignes de fréquences optiques sont particulièrement adaptés comme nouvelles sources optiques, à mêmes de générer un grand nombre de porteuses optiques cohérentes. Leur utilisation dans des systèmes de transmission en multiplexage de longueurs d’onde (WDM) et exploitant de nouveaux formats de modulation, peut aboutir à des capacités jamais atteintes auparavant. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems) et a pour but l’étude de peignes de fréquences générés à l’aide de lasers à verrouillage de modes, à section unique, à base de bâtonnets quantiques InAs/InP et puits quantiques InGaAsP/InP. Nous avons entrepris l’étude de nouvelles couches actives et conceptions de cavités lasers en vue de répondre au cahier des charges du projet européen. Une étude systématique du bruit d’amplitude et de phase de ces sources a en particulier été menée à l’aide de nouvelles techniques de mesure afin d’évaluer leur compatibilité dans des systèmes de transmission à très haut débit. Ces peignes de fréquences optiques ont été utilisées avec succès dans des expériences de transmission sur fibre optique avec des débits records dépassant le Tbit/s par puce et une dissipation raisonnable d’énergie par bit, montrant leur fort potentiel pour les applications d’interconnections optiques dans les fermes de données
The increasing demand for high capacity, low cost, high compact and energy efficient optical transceivers for data center interconnects requires new technological solutions. In terms of transmitters, optical frequency combs generating a large number of phase coherent optical carriers are attractive solutions for next generation datacenter interconnects, and along with wavelength division multiplexing and advanced modulation formats can demonstrate unprecedented transmission capacities. In the framework of European project BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems), this thesis investigates the generation of optical frequency combs using single-section mode-locked lasers based on InAs/InP Quantum-Dash and InGaAsP/InP Quantum-Well semiconductor nanostructures. These novel light sources, based on new active layer structures and cavity designs are extensively analyzed to meet the requirements of the project. Comprehensive investigation of amplitude and phase noise of these optical frequency comb sources is performed with advanced measurement techniques, to evaluate the feasibility of their use in high data rate transmission systems. Record Multi-Terabit per second per chip capacities and reasonably low energy per bit consumption are readily demonstrated, making them well suited for next generation datacenter interconnects

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Deslandes, Pierre. "Développement d’oscillateurs lasers à fibre de forte puissance moyenne et à durée d’impulsion ajustable." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14757/document.

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Abstract:

Un nombre croissant d’applications telles que le micro-usinage ou le diagnostique de composants électroniques nécessitent de fortes puissances moyennes dans différentes gammes de longueurs d’onde (infra-rouge à 1030 nm, vert à 515 nm ou ultra-violet à 343 nm). Ces fortes puissances moyennes lasers ne sont généralement atteignables qu’à l’aide d’architecture laser de type MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). C’est dans cette optique que la société Eolite Systems veut développer ses propres oscillateurs car elle maitrise déjà l’amplification à l’aide de fibres de type barreau à large aire modale. Le développement d’oscillateurs picosecondes de fortes puissances moyennes est ainsi une brique essentielle dans la chaîne d’amplification globale. Dans le cadre d’un contrat CIFRE entre Eolite Systems et le Laboratoire Onde et Matière d’Aquitaine de l’Universitéde Bordeaux 1, nous avons développé différents laser dont la puissance moyenne est supérieure à 10W, à une cadence de 74 MHz. La durée des impulsions générées s’étend de 20 ps à 130 fs. Le fonctionnement de ces différents lasers repose sur l’utilisation de la rotation non-linéaire de polarisation dans la fibre optique qui, dans le régime de fonctionnement à dispersion normale, permet d’atteindre le verrouillage en phase des modes et ainsi la génération d’impulsions d’énergie de l’ordre de 150nJ. Nous avons développé un code de simulation numérique afin de rendre compte de la dynamique des impulsions dans la cavité. Les résultats obtenus à l’aide de ce code sont en bon accord avec ceux obtenus lors des différentes expériences
A growing number of applications such as micro-machining of electronical components need high average power in a various range of wavelengths (infrared at 1030 nm, green at 515 nm and ultravioletat 343 nm). These high average power lasers are generally design using a MOPA (MasterOscillator Power Amplifier) scheme. Following this idea, Eolite systems wants to develop its own oscillators since it already masters the different difficulties when trying to reach high average power,especially by using rod-type fibers with a large mode area. The development of high power picosecondfiber oscillators is a essential piece in the global amplification scheme. In the frame of a CIFRE contract between Eolite Systems and the Laboratoire Onde et Matière d’Aquitaine of the Universitéde Bordeaux 1 we have developed different laser oscillators with an average power of more than10 W at a repetition rate of 74 MHz. The pulse duration generated is ranging from 20 ps down to130 fs. The pulsed regime was initiated using non-linear polarization evolution in the fiber and in anormal dispersion laser cavity. This lead to the generation of pulse energies in the range of 150 nJ for the different architectures. We also developed a numerical code in ordre to fully understand the influence of the different elements in the laser cavity. The results are in good agreement with those obtained with the experimental setup

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Deslandes, Pierre. "Développement d'oscillateurs lasers à fibre de forte puissance moyenne et à durée d'impulsion ajustable." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00931000.

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Abstract:

Un nombre croissant d'applications telles que le micro-usinage ou le diagnostique de composants électroniques nécessitent de fortes puissances moyennes dans différentes gammes de longueurs d'onde (infra-rouge à 1030 nm, vert à 515 nm ou ultra-violet à 343 nm). Ces fortes puissances moyennes lasers ne sont généralement atteignables qu'à l'aide d'architecture laser de type MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). C'est dans cette optique que la société Eolite Systems veut développer ses propres oscillateurs car elle maitrise déjà l'amplification à l'aide de fibres de type barreau à large aire modale. Le développement d'oscillateurs picosecondes de fortes puissances moyennes est ainsi une brique essentielle dans la chaîne d'amplification globale. Dans le cadre d'un contrat CIFRE entre Eolite Systems et le Laboratoire Onde et Matière d'Aquitaine de l'Universitéde Bordeaux 1, nous avons développé différents laser dont la puissance moyenne est supérieure à 10W, à une cadence de 74 MHz. La durée des impulsions générées s'étend de 20 ps à 130 fs. Le fonctionnement de ces différents lasers repose sur l'utilisation de la rotation non-linéaire de polarisation dans la fibre optique qui, dans le régime de fonctionnement à dispersion normale, permet d'atteindre le verrouillage en phase des modes et ainsi la génération d'impulsions d'énergie de l'ordre de 150nJ. Nous avons développé un code de simulation numérique afin de rendre compte de la dynamique des impulsions dans la cavité. Les résultats obtenus à l'aide de ce code sont en bon accord avec ceux obtenus lors des différentes expériences.

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Coronel-Rico, Juan Fernando. "Étude et réalisation d'un oscillateur à base de VCSEL verrouillé en phase pour des applications en télécommunications." Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0013/document.

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Abstract:

Les oscillateurs sont présents dans tous les systèmes de communications que nous utilisons. Ils nous permettent de faire la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur d’un message. La qualité de cette synchronisation dépend de la stabilité de l’oscillateur. Afin de caractériser cette stabilité dans le domaine fréquentiel, le bruit de phase est utilisé comme paramètre de référence. Un oscillateur qui délivre un signal avec une faible valeur de bruit de phase est un oscillateur de grande pureté spectrale. Les oscillateurs électroniques ont une bonne performance à basse fréquence. En mesure de la demande des systèmes de très haut débit, les oscillateurs électroniques ne sont pas capables de produire signaux qu’avec l’utilisation de multiplicateurs de fréquence qui ajoutent plusieurs éléments à la chaine de communication. Les systèmes hybrides permettent de prendre d’avantage la bonne performance de composants optiques en haute fréquence afin de les intégrer dans les systèmes électroniques et surmonter de cette façon-là les limitations fréquentielles des systèmes électroniques. Ce travail vise l’utilisation de la technique de verrouillage optique par injection du faisceau d’un laser maître vers la cavité d’un VCSEL sous modulation directe dans la boucle d’oscillation. La technique du verrouillage optique du VCSEL permets d’élargir la bande passante de modulation directe du VCSEL et réduire son bruit d’intensité (Relative Intensity Noise - RIN). La réduction du RIN a comme effet secondaire la réduction de la contribution du bruit additif dans l’oscillateur et, en conséquence, la réduction du bruit de phase de l’oscillateur
Oscillators are present in all telecommunication systems. They synchronize the emitter and receiver of a message. The quality of the synchronization depends on the oscillator stability. To characterize the frequency domain oscillator stability, the phase noise of the carrier is used as figure of merit. An oscillator delivering a low phase noise carrier is a high spectral purity oscillator. Electronic oscillators are high performing at low frequencies. As communications systems require high data rate transmission, the electronic oscillators uses frequency multipliers that degrades the spectral purity of the carrier. The hybrid systems take advantage of the good performance of optical components at high frequency with the goal to be integrated in the electronic systems to overcome frequency limitation issues. This work use the optical injection locking technique by injecting the laser beam of a master laser inside the cavity of a VCSEL under direct modulation. The optical injection locking technique enlarges the direct modulation bandwidth of the VCSEL and reduces the Relative Intensity noise of the laser (RIN). The RIN reduction has as side effect the reduction of the additive noise inside the oscillator and, in consequence, reducing the oscillator phase noise

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Patera, Giuseppe. "Quantum properties of ultra-short pulses generated by SPOPOs : multi-mode squeezing and entanglement." Paris 6, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00404162.

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Ce mémoire présente une étudie théorique des propriétés dynamiques et quantiques d’un oscillateur paramétrique optique dégénéré de type I que est pompé de manière synchrone par un laser verrouillé en phase (SPOPO). Récemment, des SPOPO ont été exploité pour générer des impulsions optique de très bref durée et leurs propriétés temporelles ont été étudiées théoriquement. Ayant un très grand nombre de degrés de liberté, le champ sortant d’un SPOPO doit être caractérisé au moyen d’une analyse quantique multimodale. Par conséquent, nous développons d’abord un modèle multi-mode de ce système en déduisant des équations quantiques pour les opérateurs de champ intra-cavité. Ensuite, nous étudions les solutions stationnaires pour les champs générés. Celles-ci sont solution d’une équation aux valeurs propres dont le spectre donne des informations sur le nombre de modes « utiles » qui peuvent être extraits et qui condensent toutes les propriétés dynamiques et quantiques du champ intra-cavité et que nous appelons « super-modes ». En fait, nous montrons que non seulement le super-mode de seuil le plus bas a (idéalement) des fluctuations parfaitement comprimées au seuil, mais aussi tout les autres super-modes, dont les seuils sont suffisamment proches du première, ont un caractère non-classique important. Cette propriété démontre clairement le fait qu’un SPOPO est un système fortement multi-mode. La dernière partie est consacrée à l’étude du champ de sortie sous le point de vue de la génération d’états intriqué multi-modes et à l’optimisation de ces états au moyen de configurations expérimentales spécifiques.

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Hallal, Ayman. "Génération d'ondes millimétriques et submillimétriques sur des systèmes fibrés à porteuses optiques stabilisées." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S005/document.

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Abstract:

Je rapporte dans ce manuscrit une étude théorique et expérimentale d’une source compacte, fiable et bas coût d’ondes électromagnétiques continues et cohérentes de 30 Hz de largeur de raie, accordables de 1 GHz à 500 GHz par pas de 1 GHz. Ces ondes sont générées par un photo-mélange de deux diodes lasers DFB (Distributed Feedback) très accordables autour de 1550 nm, stabilisées avec des polarisations orthogonales sur une même cavité Fabry-Perot optique fibrée. J’ai conçue des électroniques de correction très rapides pour chaque laser permettant d’avoir une bande passante d’asservissement de 7 MHz limitée par la longueur de la boucle. Je démontre des suppressions de bruit de phase jusqu’à -60 dBc/ Hz à 1 kHz et de -90 dBc/Hz à 100 kHz d’écart d’une porteuse électrique à 92 GHz. Je mesure aussi une dérive de fréquence de ~170 kHz d’un battement à 10 GHz à long terme sur 7,5 heures de verrouillage continu. Je montre une conception optimisée d’une boucle d’asservissement intégrée de quelques dizaines de cm de longueur qui réduit le bruit de phase de 18 dB à 1 MHz d’écart à la porteuse optique et des couplages phase-amplitude réduits dans la cavité d’un facteur 50 par rapport à ceux estimés expérimentalement. L’ajout d’un troisième laser DFB stabilisé en phase sur un oscillateur local permettrait d’avoir une source continûment accordable sur 1 THz. La source d’ondes continues permettrait également de générer à partir de fibres hautement non linéaires et dispersives des impulsions pico- ou femtosecondes à un taux de répétition fixe en remplacement les lasers DFB par des lasers plus stables. Je calcule par simulation une gigue temporelle de 7,2 fs sur un temps d’intégration de 1 ms à 40 GHz de taux de répétition
I report in this manuscript a theoretical and experimental study of a compact, reliable and low cost source of 30 Hz linewidth, continuous and coherent electromagnetic waves tunable from 1 GHz to 500 GHz in steps of 1 GHz. These waves are generated by photomixing two distributed feedback (DFB) laser diodes at 1550 nm which are frequency stabilized with orthogonal polarizations on the same optical fibered Fabry-Perot cavity. I have designed very fast electronic control filters for each laser allowing a 7 MHz servo bandwidth limited by the loop length. I demonstrate phase noise suppressions down to -60 dBc/Hz at 1 kHz and -90 dBc/Hz at 100 kHz offset frequencies from a 92 GHz electrical carrier. I also measure a ~170 kHz frequency drift of the beat note at 10 GHz on the long term over a continuous 7.5 hour locking period. I show an optimized design of an integrated servo loop of few tens of cm length which reduces the phase noise by 18 dB at 1 MHz optical carrier offset frequency and the phase-amplitude couplings in the cavity by a factor of 50 compared to the experimental one. The addition of a third DFB laser phase stabilized on a local oscillator allows the possibility to have continuously tunable source over 1 THz. The continuous wave source also makes it possible to generate fixed repetition rate pico- or femtosecond pulses from highly non-linear and dispersive fibers, replacing the DFB lasers by further stable lasers. I have calculated by simulation 7.2 fs temporal jitter at 40 GHz repetition rate over a 1 ms integration time

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Forget, Sébastien. "Source laser picoseconde à haute cadence dans l'ultraviolet." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00004272.

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Abstract:

Les sources laser font désormais partie intégrante des outils permettant d'étudier finement la matière ou le vivant. En particulier, la spectroscopie de fluorescence résolue en temps est une technique d'importance pour les biologistes. Elle nécessite de disposer de sources laser impulsionnelles (typiquement picoseconde) fonctionnant dans le visible ou l'ultraviolet. De plus, un taux de répétition de quelques MHz est nécessaire si l'on cherche à étudier des temps de vie " longs " (plusieurs dizaines de nanosecondes). Pour atteindre ce régime " picoseconde-MHz " tout en conservant simplicité et compacité à la source, il faut bâtir des cavités laser de dimension inhabituelles. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc mis au point deux types de laser : un laser déclenché ou " Q-switched " à cavité ultra courte (200 µm) et un laser à verrouillage de mode ou " modelock " à cavité ultra longue (150 m). Le fonctionnement impulsionnel est obtenu dans les deux cas via un absorbant saturable à semiconducteur (" SESAM "). Les cristaux laser utilisés (Nd :YVO4) permettent une émission dans l'infrarouge proche à 1064 nm :si la durée des impulsions produites ainsi que leur cadence satisfont au cahier des charges, leur longueur d'onde doit être convertie vers el visible et l'UV. Pour ce faire, nous avons développé une structure amplificatrice originale basée sur l'utilisation tridimensionnelle de la zone de gain dans un amplificateur solide multipassage. Grâce à cet amplificateur original (qui a donné lieu au dépôt d'un brevet avec JDS Uniphase), l'énergie de nos lasers est suffisante pour pouvoir utiliser un certain nombre d'effets non-linéaires. Nous avons mis au point des étages de doublement, triplement et quadruplement de fréquence pour atteindre l'UV ainsi qu'un étage de génération paramétrique optique dans un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé (ppLN) pour avoir accès à une large accordabilité dans la gamme visible du spectre.

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Forget, Sébastien. "Source laser picoseconde à haute cadence dans l'ultraviolet." Phd thesis, Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112165.

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Abstract:

Les sources laser font désormais partie intégrante des outils pemettant d'étudier finement la matière ou le vivant. En particulier, la spectroscopie de fluorescence résolue en temps est une technique d'importance pour les biologistes. Elle nécessite de disposer de sources laser impulsionnelles (typiquement picoseconde) fonctionnant dans le visible ou l'ultraviolet. De plus, un taux de répétition de quelques MHz est nécessaire si l'on cherche à étudier des temps de vie "longs" (plusieurs dizaines de nanosecondes). Pour atteindre ce régime "picoseconde-MHz" tout en conservant simplicité et compacité à la source, il faut bâtir des cavités laser de dimension inhabituelles. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc mis au point deux types de laser: un laser déclenché ou "Q-switched" à cavité ultra courte (200 mM) et un laser à verrouillage de mode ou "modelock" à cavité ultra longue (150 m). Le fonctionnement impulsionnel est obtenu dans les deux cas via un absorbant saturable à semiconducteur ("SESAM"). Les cristaux laser utilisés (Nd :YVO4) permettent une émission dans l'infrarouge proche à 1064 nm: si la durée des impulsions produites ainsi que leur cadence satisfont au cahier des charges, leur longueur d'onde doit être convertie vers e1 visible et l'UV. Pour ce faire, nous avons développé une structure amplificatrice originale basée sur l'utilisation tridimensionnelle de la zone de gain dans un amplificateur solide multipassage. Grâce à cet amplificateur original (qui a donné lieu au dépôt d'un brevet avec JDS Uniphase), l'énergie de nos lasers est suffisante pour pouvoir utiliser un certain nombre d'effets non-linéaires. Nous avons mis au point des étages de doublement, triplement et quadruplement de fréquence pour atteindre l'UV ainsi qu'un étage de génération paramétrique optique dans un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé (ppLN) pour avoir accès à une large accordabilité dans la gamme visible du spectre
Laser source are now extensively used by the biologists in their studies. In particular, the time resolved fluorescence lifetime imaging is a powerful way to obtain quantitative information on active molecules. To use efficiently this technique, a pulsed laser source operating in the visible or ultraviolet part of the spectrum is needed: the pulse duration should stand in the picosecond range whereas the repetition rate has to be around some MHz if we want to study long lifetimes (some tens of nanoseconds). The classical pulsed lasers work in the Q-switched or in the mode-locked regime: in both case, it is not straightforward to obtain short pulses at this "medium" repetition rate in a simple and compact structure: one has to built very short cavities to shorten the pulse duration of the Q-switched laser or very long cavities to decrease the repetition rate of the mode-locked laser. In this work we demonstrate a 200-mM long Q-switched laser as well as a 150 m long mode-locked one, each of them producing picosecond pulses at some MHz of repetition rate in the infrared (1064 nm). The saturable absorber was a semiconductor (SESAM) and the laser crystal is Nd:YVO4. We then develop a tridimentionnal multipass amplifier to increase the energy of the pulses. The original geometry of this amplifier allows optimized overlap between the pump and signal beam and leads to very efficient amplification (this structure was patented with JDS Uniphase). Finally, several non-linear stages are used to reach the UV (harmonic generation) and to obtain some tunability via optical parametric generation in a periodically poled lithium niobate crystal

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Roy, Nicolas. "Réalisation d'un convertisseur temps-numérique en CMOS 65 nm pour une intégration par pixel dans un module de comptage monophotonique." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/8142.

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Abstract:

Les applications nécessitant une grande précision temporelle sont de plus en plus nombreuses, notamment lorsqu'elles requièrent des mesures par temps de vol, c'est-à-dire de mesurer le temps de propagation de la lumière ou de particules. La télémétrie laser et certaines modalités d'imagerie médicale dont la tomographie d'émission par positrons (TEP) en sont des exemples. Ces applications requièrent l'attribution d'étampes temporelles aux photons détectés, tout en assurant une précision temporelle exceptionnelle. Le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS) développe des scanners TEP visant à intégrer des mesures par temps de vol pour améliorer le contraste des images. Pour ce faire, une partie du GRAMS (GRAMS3D) se concentre sur la réalisation de modules de comptage monophotoniques (MCMP) à grande précision temporelle pour intégrer les prochaines générations de scanners TEP. D'autres projets pourraient également se concrétiser dans les prochaines années, dont l'intégration des MCMP du GRAMS dans le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadron Collider, LHC) au CERN pour des expériences en physique des hautes énergies. Pour atteindre de tels niveaux de performances, le MCMP se compose d'une matrice de photodiodes à avalanche monophotoniques intégrée en 3D avec l'électronique frontale et l'électronique de traitement de l'information. Certains MCMP n'utilisent qu'un seul convertisseur temps-numérique (CTN) pour une matrice de photodétecteurs, limitant le nombre d'étampes temporelles disponibles en plus d'obtenir un temps de propagation différent entre chacun des pixels et le CTN. Pour surpasser ces inconvénients, une autre approche consiste à intégrer un CTN à chacun des pixels. C'est dans cette perspective que le présent ouvrage se concentrera sur le CTN implanté dans chacun des pixels de 50 × 50 µm[indice supérieur 2] du MCMP développé au GRAMS. Le CTN proposé est basé sur une architecture vernier à étage unique afin d'obtenir une excellente résolution et une linéarité indépendante des variations de procédé. Sa taille de 25 × 50 µm[indice supérieur 2] et sa consommation de 163 µW en font un excellent choix pour une implantation matricielle. Le CTN, calibré en temps réel grâce à une boucle à verrouillage de phase numérique, a démontré une résolution de 14,4 ps avec une non-linéarité intégrale (INL)/non-linéarité différentielle (DNL) de 3,3/0,35 LSB et une précision temporelle inférieure à 27 ps[indice inférieur rms]. Les résultats obtenus prouvent qu'il est possible de concilier d'excellentes résolution et précision temporelles avec de très faibles dimensions et consommation.

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Maxin, Jérémy. "Oscillateurs optoélectroniques largement accordables et faible bruit pour les applications radar." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2727/.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est le développement de deux architectures d'oscillateurs optoélectroniques (OEO) afin de générer des signaux microondes très stables pour des applications radar. Les nouvelles génération de radar et de systèmes de guerre électronique requièrent le développement de nouvelles sources de signaux microondes très stables. La première architecture réalisée consiste à stabiliser le signal d'un laser bifréquence avec une boucle à verrouillage de fréquence optique. L'étude théorique et expérimentale du système a permis d'améliorer significativement la pureté spectrale du signal délivré par le laser. Implémenté avec une fibre optique de 100 m de long, l'oscillateur présente un bruit de phase de -105 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse avec une accordabilité de 2,5 à 5,5 GHz par pas de 2 MHz. Ces résultats correspondent aux limites techniques fixées par les composants hyperfréquences utilisés pour la boucle de stabilisation. L'implémentation de la boucle avec deux retards optiques en parallèles ou avec un anneau de fibre résonant comme retard optique est également étudiée. La seconde architecture développée est un oscillateur optoélectroniques couplé (COEO). Celle-ci, similaire à celle d'un laser à verrouillage de modes régénératif, résulte de l'imbrication d'une cavité laser à modes bloqués et d'une cavité optoélectronique résonante. Le développement du laser autour d'un amplificateur optique à semiconducteur (SOA) à semelle permet de tirer parti d'une puissance de saturation élevée et du faible bruit inhérent à ces composants. Nous mesurons avec ce dispositif une densité spectrale de puissance de bruit de phase de -135 dBc/Hz à 10 Hz de la porteuse à 10 GHz
The objectives of this thesis is the developement of two optoelectronic oscillator architectures dedicated to the generation of low noise microwave signals for radar applications. The first oscillator is based on the stabilization of the beatnote of a widely tunable dual-frequency laser with an optical fiber delay line. A fine analysis of the stabilization loop implemented with a 100 m long optical fiber allowed us to reach the technical limit fixed by the loop microwave amplifiers. The oscillator is tunable from 2. 5 to 5. 5 GHz by 2 MHz steps and present a phase noise power spectral density of -105 dBc/Hz at 10 kHz offset from the carrier (performance independent of the carrier frequency). The use of two optical fibers in a double delay lines architecture and of a fiber ring resonator as a delay line are also investigated. The second architecture developed is a coupled optoelectronic oscillator (COEO). The architecture, similar to a regenerative mode-locked laser, is realized by coupling a resonant laser cavity to a resonant optoelectronic loop. The developpement of this oscillator is based on a new architecture of SOA : an asymmetrical cladding semiconductor optical amplifier. This component offers better saturation power and lower intrinsic noise than the classical design. The COEO operates around 10 GHz. A phase noise power spectral density of -135 dBc/Hz is measured at 10 kHz offset from the carrier

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Patera, Giuseppe. "Propriété quantiques des impulsions ultra courtes générées par oscillateurs paramétriques optiques pompés en mode synchrone: compression des fluctuations et intrication multi-modes." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00404162.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étudie théorique des propriétés dynamiques et quantiques d'un oscillateur paramétrique optique dégénéré de type I que est pompé de manière synchrone par un laser verrouillé en phase (SPOPO). Récemment, des SPOPO ont été exploité pour générer des impulsions optique de très bref durée et leurs propriétés temporelles ont été étudiées théoriquement. Ayant un très grand nombre de degrés de liberté, le champ sortant d'un SPOPO doit être caractérisé au moyen d'une analyse quantique multimodale. Par conséquent, nous développons d'abord un modèle multi-mode de ce système en déduisant des équations quantiques pour les opérateurs de champ intra-cavité. Ensuite, nous étudions les solutions stationnaires pour les champs générés. Celles-ci sont solution d'une équation aux valeurs propres dont le spectre donne des informations sur le nombre de modes « utiles » qui peuvent être extraits et qui condensent toutes les propriétés dynamiques et quantiques du champ intra-cavité et que nous appelons « super-modes ».En fait, nous montrons que non seulement le super-mode de seuil le plus bas a (idéalement) des fluctuations parfaitement comprimées au seuil, mais aussi tout les autres super-modes, dont les seuils sont suffisamment proches du première, ont un caractère non-classique important. Cette propriété démontre clairement le fait qu'un SPOPO est un système fortement multi-mode. La dernière partie est consacrée à l'étude du champ de sortie sous le point de vue de la génération d'états intriqué multi-modes et à l'optimisation de ces états au moyen de configurations expérimentales spécifiques.

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Akmansoy, Eric. "Verrouillage par injection des lasers impulsionnels TEA CO₂ : résonateurs stables et instables." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112235.

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Abstract:

Cette thèse est divisée en trois parties. La première partie rassemble les éléments théoriques de l'étude concernant respectivement -i) la cinétique du milieu amplificateur CO2 -ii) la description des modes des résonateurs -iii) le verrouillage par injection continue des lasers impulsionnels. La deuxième partie rapporte la réalisation d'un laser CO2 TEA d'énergie 1-10 Joule, sa caractérisation électrique et optique, les résultats de verrouillage suivant différentes configurations et la confrontation expérience théorie. La détection hétérodyne des impulsions permet de mesurer les principales caractéristiques du verrouillage monomode par injection: la largeur de la bande de verrouillage et l'intensité minimum requise. D'autres schémas d'injection sont considérés : -i) l'injection continue dans un laser en anneau -ii) l'injection bimode transverse dans un lasser à résonateur instable. La troisième partie de la thèse est une étude détaillée des variations de fréquence et des effets d'indice de réfraction qui en sont responsables. Au cours de cette thèse, des performances nouvelles ont été obtenues de grand intérêt pour les applications LIDAR. En particulier, c'est la première fois que grâce à l'emploi d'un résonateur instable, des impulsions monomodes de 1 Joule et durant 5μs sont obtenues à 10 μm avec des puissances injectées aussi faibles que 200nW. Il est également démontré que la dérive de fréquence peut être considérablement réduite. C'est enfin la première fois que le fonctionnement bimode longitudinal d'un laser de grande énergie est contrôlé par l'injection d'un faible signal dans la cavité
This thesis is divided into three parts. The first part gives the theorical elements of the study respectively related to i) The kinetics C0₂ amplifier medium. Ii) The description of resonator modes. Iii) The CW injection of pulsed lasers. In the second part are reported the realization of a 1-10 J TEA C0₂ laser, its optical and electrical characterization, the injection-locking results for varions configurations and their comparison with theory. As the major point, the performance of stable- and unstable resonator TEA C0₂ lasers are compared in the case of CW single-mode injection. The heterodyne detection of the pulses allows to measure the main characteristics of single-mode injection-locking : the locking band-width and the minimum injection intensity. Other injection schemes are considered. I) The CW single mode injection in a ring resonator. Ii) The two transverse mode injection in a laser with an unstable resonator. The third part of the thesis is a detailed study of intra-pulse frequency variations and the refractive index effects in the amplifier medium. In the course of this work, new performances have been obtained of great interest for LIDAR applications. Lt is the first time that 5 μS 1 J single longitudinal mode pulses are obtained at 10 μm with unstable resonator lasers for injected powers as low as 200nW. Lt is also demonstrated that the frequency chirping can be considerably reduced. Finally it is the first time that two longitudinal mode operation of a high energy laser is controlled with the injection of a weak signal into the laser cavity

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Akmansoy, Eric. "Verrouillage par injection des lasers impulsionnels CO TEA résonateur stable et instable /." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37611137f.

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Cassard, Philippe. "Verrouillage par injection des lasers impulsionnels de grande puissance : le laser TEA CO₂." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112338.

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Abstract:

Cette thèse concerne l’étude du verrouillage par injection dans les lasers impulsionnels de grande puissance. Une analyse théorique du verrouillage de mode dans les lasers impulsionnels est présentée. Une théorie multimode est développée sur la base du traitement semi-classique du laser à champ faible. Le verrouillage par injection continue fait l’objet d’une étude approfondie. Il est clairement démontré que le verrouillage par injection d’un champ faible dans un laser impulsionnel multimode est un verrouillage de mode(s) quelle que soit la durée du champ d’injection. Le traitement présenté décrit tout aussi bien la génération d’impulsions brèves par injection. Une revue des propriétés énergétiques de l’oscillateur-laser TEA CO₂ est présentée, que ce soit en présence ou en l’absence d’injection. Une étude expérimentale fine de l’injection continue est appliquée au cas du laser TEA CO₂ muni d’un résonateur stable. Des mesures de fréquence ont été réalisées suivant un schéma original d’hétérodynage à haute fréquence. Les limites du verrouillage par injection sont étudiées. De plus, le rôle important de la densité électronique de la décharge TEA sur le verrouillage par injection est démontré. Une seconde étude expérimentale met en évidence le verrouillage par injection des modes d’ordre supérieur d’un résonateur instable dans un laser TEA CO₂ de très grande puissance
This thesis is directed at the study of injection-locking of high power pulsed lasers. Chapter I give a theoretical analysis of injection mode-locking in such lasers. A multimode theory is developed on the basis of the semi-classical treatment in the weak field regime. A detailed investigation of CW injection-locking is reported. It is clearly demonstrated that locking by injection of a weak field in a pulsed multimode laser stems from injection mode-locking whatever is the injection field time history. Thus the generation of short pulses by injection is described as well. Chapter II theoretically overviews the energetic features of the TEA CO₂ laser, with or without injection. Chapter III presents an experimental investigation of CW injection-locking in stable resonator TEA CO₂ lasers. Frequency measurements are performed with a new high frequency heterodyning scheme. The limits of CW injection locking are studied. Moreover, the influence of the transient discharge electron density on injection-locking is demonstrated. Chapter IV gives an experimental evidence of high order transverse mode injection-locking in unstable resonator TEA CO₂ lasers

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Louafi, Moussa. "Boucles à verrouillage de phase pour les transmissions par salves." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112059.

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Abstract:

Les boucles à verrouillage de phase sont utilisées dans de nombreux systèmes de communications, pour récupérer et/ou poursuivre la fréquence d'un signal de référence. Le fonctionnement classique de ces boucles correspond au cas où le signal d'entrée est présent sans interruption. Cependant, ces dispositifs sont de plus en plus utilisés dans un autre mode de fonctionnement, caractérisé par un signal d'entrée qui n'est présent que par salve. Ce genre d'applications est rencontré, par exemple, dans le système A. M. R. T ou encore dans le système de télévision M. A. C. L'objet du travail présenté dans cette thèse consiste à étudier les performances des boucles à verrouillage de phases utilisées dans ce dernier mode de fonctionnement (mode salve). Les boucles étudiées sont : les boucles du premier ordre, du second ordre dont le filtre est un intégrateur (corrigé par avance de phase), du second ordre comportant un filtre passe-bas (avec et sans correction par avance de phase), les boucles du premier ordre comportant un bloqueur d'ordre zéro, les boucles du second ordre avec un filtre passe-bas et un bloqueur d'ordre zéro. Le fonctionnement de ces boucles est étudié, en tout généralité, dans le cas où le signal d’entrée est affecté de sauts de phase et de sauts de fréquence. Les performances de ces boucles en présence d’un bruit additif Gaussien sont également présentées. La dernière partie contient l’application des résultats de cette étude au cas du système de télévision M. A. C
In many communication receivers, it's necessary to locally generate carrier or clock reference signals. Generally, these signals are derived from the incoming signal using Phase-Locked Loops (PLLs). PLLs are usually considered in the classical mode of operation, where the input signal is permanently present. Nevertheless, these deviees are very used now in another mode of operation, where the input sig nal is present only in bursts. This is, for example, the case of the T. D. M. A system or the M. A. C television system. The study presented in this thesis deals with the operating properties of the PLLs used in the burst mode of operation. In this study, we consider the following types of PLLs: first order PLLs, second order PLLs with a passive lag-lead filter, second order PLLs with an active (proportional-plus-integral) filter, first order PLLs with a zero order hold, second order PLLs with a passive lag-lead filter and a zero order hold. The behavior of these PLLs is studied generally in the case of an operation characterized by an incoming signal affected by step changes in phase and frequency. The performances of these PLLs in the presence of an additive Gaussian noise are also presented. The last part is devoted to the practical use of the results of this study to the M. A. C system case

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Louafi, Moussa. "Boucles à verrouillage de phase pour les transmissions par salves." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375992432.

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Vasseur, Jérôme. "Génération multi-longueur d'onde dans un laser à fibre par verrouillage actif de modes." Besançon, 2005. http://www.theses.fr/2005BESA2075.

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DOARE, PHILIPPE. "Application du verrouillage par injection optique de deux lasers semiconducteurs a une transmission optique coherente." Besançon, 1991. http://www.theses.fr/1991BESA2022.

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Abstract:

Cette etude se situe dans le cadre des transmissions optiques coherentes et a pour but d'amplifier le signal optique a l'emission d'un systeme afin d'en accroitre la portee. La technique proposee est le verrouillage par injection optique de deux lasers semiconducteurs. Le premier laser, dit laser maitre, presente un comportement monofrequence et une tres bonne purete spectrale, adaptee au debit de la liaison. On montre alors que sous certaines conditions d'injection optique, le laser esclave se verrouille en frequence sur le laser maitre et acquiert les proprietes spectrales de ce dernier. Une amplification du signal optique est possible en choisissant un laser esclave de plus forte puissance que le laser maitre. On montre egalement q'une modulation du courant d'alimentation genere, en regime de synchronisation, une modulation de phase du signal optique resultant. Les deux fonctions amplificateur resonnant et modulateur de phase sont etudiees dans ce travail. Une application de cette technique d'amplification a un systeme de transmission est decrite. Il s'agit d'une transmission optique coherente utilisant une detection homodyne a diversite de phase. Les lasers (emetteur et oscillateur local) utilises dans ce systeme sont des lasers stabilises en frequence de maniere absolue et independante sur une longueur d'onde de reference. Le laser esclave est un laser de type bh (buried heterostructure) et le gain net obtenu est de l'ordre de 10 db

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El, Janati El Idrissi Rachid. "Réduction de la gigue systématique des boucles à verrouillage de phase numériques." Brest, 1994. http://www.theses.fr/1994BRES2012.

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Abstract:

Cette these est essentiellement consacree a la conception d'une nouvelle boucle a verrouillage de phase numerique ayant une gigue systematique reduite. Une etude du comportement des boucles a verrouillage de phase numeriques a detection sur front, en presence de bruit, a conduit a proposer une modification du diagramme d'etat du detecteur de phase. Cette modification permet d'obtenir des caracteristiques en gigue due au bruit plus proche de celles d'une boucle, de reference, a base de multiplieur. De plus une analyse detaillee montre qu'une gigue systematique prend naissance au niveau de l'oscillateur controle numeriquement, car celui ci ne permet que des ajustements discrets de l'erreur de phase. La reduction de cette gigue systematique constitue l'objet principal de cette these. La premiere approche, consiste a mettre en parallele plusieurs boucles a verrouillage de phase numeriques. Cette technique permet de reduire la variance de la gigue systematique, mais sa valeur crete a crete reste inchangee. La deuxieme approche est basee sur l'application des principes de la modulation sigma-delta. Une nouvelle architecture de boucle a verrouillage pilotee par m. Horloges decalees est presentee. Les resultats de simulation puis experimentaux montrent que la valeur crete a crete de la gigue systematique est reduite dans un rapport m. L'evolution de la technologie cmos permet d'envisager l'utilisation de cette nouvelle boucle pour la television numerique

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Leggatt, Jonathan Stewart. "Phase conjugation using COâ†2 lasers." Thesis, University of Hull, 1989. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.292686.

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Lucas, de Peslouan Pierre-Olivier. "Conception orientée délai : étude, développement et réalisation d’une boucle à verrouillage de phase large bande stabilisée par une boucle à verrouillage de délai." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14265/document.

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Abstract:

L’explosion du marché des télécommunications a donné lieu, lors de ces dernières années, à la multiplication des standards de radiocommunication. De nos jours, l’ensemble de ces moyens de communication utilisés pour le transfert de voix et de données doit être intégré dans les terminaux mobiles. Cependant, cette tendance s’oppose aux contraintes de faible coût qui tendent à diminuer la taille de l’électronique embarquée dans un terminal mobile, mais aussi aux contraintes de diminution de la consommation pour une plus grande autonomie des objets sans fils. C’est donc autour de ces verrous technologiques et techniques que se concentre une part importante des efforts de « R&D » aujourd’hui. Ainsi, l’objectif des travaux présentés repose sur la recherche et le développement d'une architecture contribuant à l’amélioration des performances du bloc central de la chaîne d’émission/réception : l'oscillateur local.L’architecture innovante de synthétiseur de fréquence multistandard réalisée est fondée sur le principe de « conception orientée délai » (DOD - Delay Oriented Design). Une nouvelle technique de stabilisation, issue de la superposition d’une boucle à verrouillage de délai et de phase, est proposée afin d’élargir la bande passante.De l’étude système à la mesure en passant par l’étude comportementale et la réalisation du circuit, les différentes étapes de conception de ce système fractionnaire sont présentées. Les simulations et les mesures ont démontré la capacité du synthétiseur à couvrir une bande comprise entre 1,6 et 3,5GHz avec un signal de référence à 500MHz, mais aussi à stabiliser une architecture très large bande
The explosion of the wireless communication market is largely responsible of the expansion for RF communication standards for voice and data. Nowadays, each one of them must be integrated in one mobile terminal.However, this trend is opposed to the constraints of low cost, which tend to reduce the size of the electronics in a mobile terminal, but also the constraints of reduced consumption for greater autonomy for wireless systems. It is then around these technological and technical barriers that focus an important part of efforts to « R & D » today. Thus, the objective of the work presented is based on research and development of an architecture that contributes to improve the performances of the central block of transceivers: the local oscillator.The innovative architecture of multistandard synthesizer realized is based on the principle of Delay Oriented Design (DOD). A new technique of stabilization, based on the superposition of a delay and a phase locked loop, is proposed to expand the bandwidth. From study system to measurements through the behavioral comportment and implementation of the circuit, the various stages when designing an RF system are presented. Simulations and measurements have demonstrated the ability of the synthesizer to cover a frequency band between 1.6 and 3.5 GHz with a reference signal at 500MHz, but also to stabilize a broadband architecture

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Pistore, Valentino. "Modelocking of THz quantum cascade lasers : dispersion control and non-linearities." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2019SORUS302.pdf.

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Abstract:

Les LCQ THz sont aujourd'hui considérés comme une plate-forme prometteuse pour la génération d’impulsions THz intenses et ultracourtes. En raison de leur temps de récupération du gain rapide, le verrouillage en mode passif des LCQ THz s'est jusqu'à présent révélé difficile. Au contraire, le verrouillage de mode actif avec une modulation hyperfréquence a été appliqué avec succès. La durée du pouls a cependant été difficile à réduire malgré des années de recherche. En 2017, notre groupe a généré des impulsions THz de 4ps grâce à l'application d'une structure intégrée (un GTI) visant à réduire la dispersion chromatique. La recherche dans cette thèse commence à partir de ce point. Je présente notamment l'ingénierie de dispersion dans les LCQ THz afin d'obtenir des impulsions très courtes, même à partir de dispositifs à bande relativement étroite. Ceci est réalisé en utilisant des méthodes de modulation actives éprouvées qui peuvent ajuster l’émission de LCQ d’un régime de dispersion élevé à faible. Je montre également que les LCQ THz peuvent présenter une forte modulation d'amplitude de leur profil d'émission et qu'ils peuvent émettre spontanément des impulsions à la suite d'un mécanisme d’auto-verrouillage. En conséquence, cela indique que le temps de récupération de gain rapide n'est pas un facteur limitant pour la génération d'impulsions. Je montre également ce schéma passif dans le cadre des premières démonstrations du verrouillage en mode harmonique de LCQ THz. Enfin, un nouveau phénomène est présenté où les modes d’une LCQ THz peuvent battre ensemble pour générer une émission de micro-ondes dans l’espace libre
THz QCLs are nowadays considered a promising platform for the generation of intense and ultrashort THz pulses. Owing to their fast gain recovery time, passive modelocking of THz QCLs has so far proved to be difficult. On the contrary, active modelocking with a microwave modulation has been successfully applied. The pulse duration, however, has been arduous to reduce despite years of research. In 2017, THz pulses as short as 4ps have been generated by our group with the application of an integrated structure (a GTI) aiming to reduce the chromatic dispersion. The research in this thesis starts from this point.In particular, I present dispersion engineering in THz QCLs in order to obtain very short pulses even from relatively narrow-band devices. This is achieved using proven active modulation methods that can tune the QCL emission from high to low dispersion regimes. I also show that THz QCLs can present a strong amplitude modulation of their emission profile and that they can spontaneously emit pulses as a result of a self-locking mechanism, contrary to the expected frequency modulated response. As a consequence, this indicates that the fast gain recovery time is not a limiting factor for the generation of pulses. I also show this passive self-locking scheme for passive pulse generation in the framework of the first demonstrations of harmonic modelocking of THz QCLs. Finally, a new phenomenon is presented where the modes of a free running THz QCL can beat together to generate free space microwave emission

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Sugihartono. "Caractérisation expérimentale des boucles à verrouillage de phase numériques en présence de bruit." Toulouse, ENSAE, 1987. http://www.theses.fr/1987ESAE0002.

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Abstract:

Étude des performances de l'ensemble des types de boucle à verrouillage de phase utilisant comme détecteur de phase un intégrateur ou un échantillonneur avec quantificateur. Puis une réalisation est faite à partir d'une maquette expérimentale modelisée par une boucle numérique tenant compte de divers paramètres. Les mesures de performances en phase d'acquisition et en phase de poursuite sont effectuées sur quatre types de boucles.

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Sugihartono. "Caractérisation expérimentale des boucles à verrouillage de phase numériques en présence de bruit." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37616754w.

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Brendel, Cornelia. "Etude système de diodes lasers à verrouillage de modes pour la radio-sur-fibre en bande millimétrique." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952302.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans la recherche des solutions économiquementviables pour des réseaux personnels à hauts débits (plusieurs Gbps à plusieursdizaines de Gbps) opérationnels en bande millimétrique autour de 60 GHz. Aucas où ces réseaux servent un nombre élevé d'utilisateurs, ils comprendront unemultitude d'antennes afin d'assurer l'accès sans fil rapide. Afin de réduire aumaximum le coût d'un module d'antenne, les réseaux doivent fournir un signalanalogue à des porteuses millimetriques. Une solution prometteuse pour les systèmesde distribution qui correspond à ces besoins sont des structures à fibreoptique, laquelle permet une transmission à faibles pertes et à haute bande passante.On parle de l'approche "radio-sur-fibre" (en anglais, radio-over-fiber). Laproblématique est de pouvoir générer et moduler un signal aux fréquences millimétriqueslors de la transmission optique - et ce avec des composant bas coûts.La technique utilisée dans le cadre de cette thèse est l'emploi des diodes laser àverrouillage de modes. Ces derniers vont pouvoir générer des hautes fréquencestout en ne nécessitant qu'une alimentation continue, et ils peuvent être modulésde manière directe ou externe. Les lasers à semi-conducteurs employés ici sontd'une génération encore à l'état d'étude puisqu'il s'agit des lasers à boites (ouîlots) quantiques. Ces lasers ont montrés de très bonnes capacités à générer dessignaux électriques aux fréquences autour de 60 GHz, bien qu'ayant encore, pourl'instant, à une stabilité de fréquence (ou de phase) limitée. Dans le cadre des systèmesde communication opto/micro-ondes, peu de travaux approfondis ont étémenés sur ces structures.Au cours de cette thèse, plusieurs études ont été effectuées. La première portesur les propriétés générales d'un système construit à partir de ce type de laser(puissances disponibles, figure de bruit, linéarité etc.). Une deuxième étude aété consacrée aux effets de la propagation des signaux dans les systèmes baséssur les lasers à verrouillage de modes, notamment de la dispersion chromatiquelaquelle a un effet considérable sur les distances de transmission. Les deux étudesmettent en avant l'importance d'une limitation du nombre de modes générés parla diode laser afin d'optimiser non seulement le gain du lien et la puissance RFrécupérée, mais aussi la figure de bruit du système. Lors d'une troisième étude, lastabilité en fréquence/phase s'est révélée critique, car le bruit de fréquence/phaselimite la qualité de la transmission en introduisant un plancher d'erreur mêmepour des rapports signal-a-bruit très élevés. Des différentes générations de lasersà boites (îlots) quantiques et à verrouillage de modes ont été testées. Le problèmedu bruit de fréquence et de phase persiste et ne peut pas être résolu en utilisantles techniques classiques comme les boucles à verrouillage de phase conventionnelles.Une solution pour ce problème a été développée pour les systèmes detransmission; elle permet simultanément un ajustement de fréquence supérieure(précision de quelques Hz à quelques kHz) à celle donnée par le processus de fabricationdes diodes lasers (précision de quelques GHz), ainsi qu'une stabilisationde fréquence et de phase.

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Brendel, Friederike Cornelia. "Etude système de diodes lasers à verrouillage de modes pour la radio-sur-fibre en bande millimétrique." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENT061/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’inscrit dans la recherche des solutions économiquementviables pour des réseaux personnels à hauts débits (plusieurs Gbps à plusieursdizaines de Gbps) opérationnels en bande millimétrique autour de 60 GHz. Aucas où ces réseaux servent un nombre élevé d’utilisateurs, ils comprendront unemultitude d’antennes afin d’assurer l’accès sans fil rapide. Afin de réduire aumaximum le coût d’un module d’antenne, les réseaux doivent fournir un signalanalogue à des porteuses millimetriques. Une solution prometteuse pour les systèmesde distribution qui correspond à ces besoins sont des structures à fibreoptique, laquelle permet une transmission à faibles pertes et à haute bande passante.On parle de l’approche "radio-sur-fibre" (en anglais, radio-over-fiber). Laproblématique est de pouvoir générer et moduler un signal aux fréquences millimétriqueslors de la transmission optique - et ce avec des composant bas coûts.La technique utilisée dans le cadre de cette thèse est l’emploi des diodes laser àverrouillage de modes. Ces derniers vont pouvoir générer des hautes fréquencestout en ne nécessitant qu’une alimentation continue, et ils peuvent être modulésde manière directe ou externe. Les lasers à semi-conducteurs employés ici sontd’une génération encore à l’état d’étude puisqu’il s’agit des lasers à boites (ouîlots) quantiques. Ces lasers ont montrés de très bonnes capacités à générer dessignaux électriques aux fréquences autour de 60 GHz, bien qu’ayant encore, pourl’instant, à une stabilité de fréquence (ou de phase) limitée. Dans le cadre des systèmesde communication opto/micro-ondes, peu de travaux approfondis ont étémenés sur ces structures.Au cours de cette thèse, plusieurs études ont été effectuées. La première portesur les propriétés générales d’un système construit à partir de ce type de laser(puissances disponibles, figure de bruit, linéarité etc.). Une deuxième étude aété consacrée aux effets de la propagation des signaux dans les systèmes baséssur les lasers à verrouillage de modes, notamment de la dispersion chromatiquelaquelle a un effet considérable sur les distances de transmission. Les deux étudesmettent en avant l’importance d’une limitation du nombre de modes générés parla diode laser afin d’optimiser non seulement le gain du lien et la puissance RFrécupérée, mais aussi la figure de bruit du système. Lors d’une troisième étude, lastabilité en fréquence/phase s’est révélée critique, car le bruit de fréquence/phaselimite la qualité de la transmission en introduisant un plancher d’erreur mêmepour des rapports signal-a-bruit très élevés. Des différentes générations de lasersà boites (îlots) quantiques et à verrouillage de modes ont été testées. Le problèmedu bruit de fréquence et de phase persiste et ne peut pas être résolu en utilisantles techniques classiques comme les boucles à verrouillage de phase conventionnelles.Une solution pour ce problème a été développée pour les systèmes detransmission; elle permet simultanément un ajustement de fréquence supérieure(précision de quelques Hz à quelques kHz) à celle donnée par le processus de fabricationdes diodes lasers (précision de quelques GHz), ainsi qu’une stabilisationde fréquence et de phase
This dissertation is related to the search for an economically sustainable solutionfor high data rate (several Gbps to several tens of Gbps) personal area networksoperating in the millimeter-wave region around 60 GHz. If such networks supplya large number of users, they need to encompass a multitude of antenna pointsin order to assure wireless access to the network. With the aim of reducing thecost of an antenna module, the networks should at best provide quasi "readyto-radiate" signals to the modules, i.e. at millimeter-wave carrier frequencies.Thanks to their low transmission loss and their high bandwidth, optical fiber distributionarchitectures represent a promising solution. The technique is referredto as the so-called "radio-over-fiber" approach whereby the analog radio signalwill be transported to the access point by an optical wave. The challenge herebyis the generation and modulation of an optical signal by a millimeter-wave radiosignal using preferably cost-efficient system components. The technique proposedherein is based on the use of mode-locked laser diodes which can generatesignals at very high frequencies under the condition of continuous current supply.Mode-locked laser diodes can be modulated both directly and externally. Thediodes employed in this work are based on so-called quantum dots (or quantumdashes); these are material structures which are themselves still subject to intensivephysical research. Signals at millimeter-wave frequencies (around 60 GHz)can easily be generated by such lasers. However, their frequency and phase stabilityis as yet limited. In the context of radio-over-fiber communication systems,these structures have not yet been studied in detail.In the course of this dissertation, several aspects are considered. A first systemstudy treats the basic properties of a system built from this type of laser source(available signal power, system noise figure, linearity etc.). A second study isdevoted to an investigation of propagation effects like dispersion, which considerablyinfluence the attainable transmission distances. An essential result of bothstudies is the importance of limiting the laser spectrum to a small number of lasermodes for an optimization of link gain, generated RF power, and system noisefigure. A third study deals with the limited frequency and phase stability whichturn out to be critical factors for transmission quality. The study of several generationsof quantum dot/dash lasers has revealed that the problems of frequencyand phase noise persist and cannot be solved using classical techniques involvinge.g. conventional phase-locked loops. In this dissertation, a solution is presentedwhich not only allows a more precise adjustment of the laser frequency (precisionin the order of Hz to kHz) than that given by the manufacturing process of thelaser (precision in the order of GHz), but also enables a stabilization of frequencyand phase
Die vorliegende Dissertation steht im Zusammenhang mit der Suche nach wirtschaftlichtragfähigen Lösungen zum Aufbau hochdatenratiger Heimnetzwerke(einige Gbps bis einige zehn Gbps), so genannter Personal area-Netzwerke imMillimeterwellenbereich um 60 GHz. Sollen diese Netze eine große Anzahl vonNutzern versorgen, wird eine Vielzahl von Zugangspunkten - also Antennenmodulen- benötigt, um den drahtlosen Netzanschluss zu ermöglichen. Um dieKosten eines Antennenmoduls soweit wie möglich zu senken, sollen die Netzequasi "abstrahlfertige" Signale an die Module liefern, d. h. auf Trägerfrequenzenim Millimeterwellenbereich. Glasfaserbasierte Verteilsysteme werden dankihrer geringen Leitungsverluste und ihrer hohen Bandbreite diesem Anspruchgerecht. Man spricht hier vom so genannten Radio-over-fiber-Ansatz, wobei dasanaloge Signal von einer optischen Welle zum Zugangspunkt transportiert wird.Die Herausforderung liegt hierbei in der Generierung und Modulation eines optischenSignals mit einem Nutzsignal imMillimeterwellenbereich - und das unterVerwendung möglichst kostengünstiger Komponenten. Die hier vorgeschlageneTechnik basiert auf der Nutzung von modengekoppelten Laserdioden, welcheallein bei Gleichstromversorgung Signale bei hohen Frequenzen erzeugen undsowohl direkt als auch extern moduliert werden können. Die Dioden, welche hierzur Verwendung kommen, basieren auf so genannten Quantenpunkten (englisch:quantum dot/quantum dash); es sind Strukturen, die selbst noch Gegenstand intensiverphysikalischer Forschung sind. Signale bei Frequenzen um 60 GHz könnenleicht von diesen Lasern erzeugt werden, wenn auch bisher nur bei begrenzterFrequenz- und Phasenstabilität. Im Kontext von Radio-over-fiber-Systemenwurden diese Strukturen noch nicht untersucht.Im Rahmen dieser Dissertation wurden mehrere Aspekte betrachtet. Eine ersteSystemstudie behandelt die grundlegendenEigenschaften eines Systems, welchesauf dieser Art von Lasern basiert (verfügbare Leistung, Rauschzahl, Linearitätusw.). Eine zweite Untersuchung ist der Erforschung von Ausbreitungseffektenwie etwa Dispersion gewidmet, welche die erreichbaren Entfernungen maßgeblichbeeinflusst. Ein wesentliches Ergebnis beider Studien ist die Relevanzeiner Begrenzung des Laserspektrums auf wenige Moden zur Optimierung vonGewinn, Hochfrequenz-Leistung und Rauschzahl. Eine dritte Studie untersuchtdie Frequenz-und die Phasenstabilität, welche sich als kritisch für die Übertragungsqualitäterweisen. Die Untersuchung von mehreren Generationen von modengekoppeltenQuantenpunktlasern hat ergeben, dass das Problem des FrequenzundPhasenrauschens fortbesteht und nicht auf konventionellem Weg wie z.B.durch die Verwendung von klassischen Phasenregelkreisen gelöst werden kann.Im Rahmen der Arbeit wurde eine Lösung für dieses Problem gefunden, welcheerstens eine bessere Feineinstellung der Frequenz erlaubt (Genauigkeit von Hzbis kHz), als sie durch den Laserfertigungsprozess gegeben ist (Genauigkeit vonGHz), und zweitens eine Stabilisierung von Frequenz und Phase ermöglicht

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Renard, William Alain Guillaume. "Étude et réalisation de sources lasers fibrées impulsionnelles de forte puissance autour de 2 µm." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2012. http://www.theses.fr/2012EPXX0067.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans l'étude et la réalisation de sources lasers impulsionnelles à fibre autour de 2 µm. Le travail présenté dans ce manuscrit se décline en deux parties. Une première partie est consacrée à l'étude des sources lasers fibrées à commutation de gain émettant des impulsions d'une durée de quelques nanosecondes. Une source a été réalisée et caractérisée, elle génère des impulsions de 10 ns de durée, 16 µJ d'énergie et 1,6 kW de puissance crête. Les impulsions sont ensuite amplifiées dans une fibre à large cœur pour atteindre plus de 150 µJ d'énergie et 13 kW de puissance crête, l'ensemble de la source étant totalement fibré. La deuxième partie est consacrée à l'étude des sources à verrouillage de mode autour de 2 µm. Un oscillateur totalement fibré fonctionnant en régime solitonique a été réalisé et caractérisé, il génère des impulsions de 4,5 ps de durée et 62 pJ d'énergie. Ces impulsions sont ensuite amplifiées afin d'atteindre plus de 8 kW de puissance crête et 30 nJ d'énergie sans l'accumulation significative de nonlinéarités. Les limites de l'amplification des impulsions dans ces deux différents régimes sont étudiées et discutées avec l'appui de modèles numériques
In this work, we design and make high peak power pulsed fiber lasers operating around 2 µm. The first part of this work is dedicated to the study of gain-switched thulium-doped fiber laser which emits nanosecond pulses. A fiber oscillator was built and characterized. It emits pulses with 10 ns duration, 16 µJ energy and 1,6 kW peak power. Pulses were amplified in a large core fiber to reach 150 µJ energy and 13 kW peak power per pulses. The second part of this report is dedicated to the study of mode-locked thulium-doped fiber laser. An all-fiber oscillator in solitonic regime was built and characterized. It emits solitons of 4,5 ps duration and 62 pJ energy. Pulses were also amplified to achieve more than 8 kW peak power and 30 nJ energy without significant nonlinear distortion. We discuss the limitations of pulses amplification in the nanosecond and picosecond regimes with numerical simulation

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Baran, Stuart George. "Gas-phase detection methods using diode lasers." Thesis, University of Oxford, 2009. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:43e8ec07-9e1a-4060-bc8b-be75c8565600.

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Abstract:

Diode lasers are a convenient and economical source of near-infrared radiation, which may usefully be applied to a host of diﬀerent sensitive detection methods; this thesis presents novel extensions of these methods, making use of the favourable characteristics of this type of light source. The ﬁrst part of this thesis details the development of an optical feedback cavity-enhanced absorption spectroscopy (OF-CEAS) apparatus, including the development of the optical system, the sample handling, and the electronics for feedback phase control. A preliminary demonstration of the system is reported, presenting the detection of atmospheric water absorptions close to 1596 nm. Optimisation and application of the OF-CEAS spectrometer are then demonstrated, after which the spectrometer is applied to the sensitive detection of carbon dioxide absorptions suitable as a diagnostic aid in identifying Heliobacter pylori infection. A time-normalised α-min value of 5.8 × 10⁻⁹ cm⁻¹s^1/2 was measured for these spectra. Further optimisation of the system leads to an ultimate detection sensitivity of 1.42 × 10⁻⁹ cm⁻¹s^1/2, measured on absorption transitions in acetylene close to 1532 nm. In order further to characterise the performance of the OF-CEAS system, analogous experiments are presented using the OF-CEAS setup and a standard diode-laser cavity-enhanced absorption spectroscopy (CEAS) apparatus. Detection is carried out on the P(6) line of the ν₁ + ν₃ vibrational band of the mixed isotopologue of acetylene, ¹²-C¹³-CH₂. Direct comparison is made between the sensitivities of the two methods, and in light of this the suitability of each technique for detection in diﬀerent environments is considered. The well-characterised and consistent frequency scale which is inherent to the OF-CEAS technique is then applied to a line shape analysis for the presented absorption spectra. Pressure-broadening coeﬃcients are determined for selected absorptions in the ν₁ + ν₃ band of acetylene. In spite of the low resolution associated with this technique, this accurate frequency scaling allows observation of subtle line shape eﬀects such as Dicke collisional narrowing using the data presented in Chapter 3 for the R(60) line in the 3ν₁ + ν₃ vibrational band of CO₂. These eﬀects are quantiﬁed through use of a Galatry ﬁt to each absorption spectrum. The statistical signiﬁcance associated with the use of such a model, and the physical meaning of the results, are examined and discussed. An alternative strategy for increasing the sensitivity of a diode-laser-based gas monitoring technique lies in moving detection to the mid-infrared region, where the absorption cross-sections are generally larger. With this motivation, diﬀerence frequency generation is presented, to produce radiation close to 3.5 µm which is then applied to a series of diﬀerent enhanced spectroscopy techniques. The optimal sensitivity, of 32 ppb NO2 at 45 Torr total sample pressure, was achieved using wavelength modulation spectroscopy. The diﬀerent techniques are compared and possible improvements to them are put forward. Finally, proof-of-principle work is presented seeking to combine the enhanced circulating power associated with the optical-feedback-locked techniques and non-linear optical techniques to move detection to a more favourable spectral region. Light close to 429 nm is generated by second harmonic generation in a crystal of potassium niobate, with resonance-enhancement aﬀorded by a feedback V-cavity of the sort employed in OF-CEAS. The potential of such a system for diode-laser-based generation of blue and ultraviolet light is demonstrated and discussed, along with improvements that might be implemented to increase the eﬃciency of the system.

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Duffy, Martin Joseph. "Probing gas phase biomolecules with femtosecond lasers." Thesis, Queen's University Belfast, 2013. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.601368.

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Abstract:

The use of intense, femtosecond laser pulses to ionise and f fragment gas phase biomolecules, for mass spectrometry purposes, was investigated. Research into new biomolecule volatilisation techniques is one which has had much recent success with the development of MALDI and ES1. In this thesis, laser Induced Acoustic Desorption (LIAD) was implemented and characterised for its ability to produce cool, neutral bimolecular targets in the gas phase. The standard activation technique (CID) in mass spectrometry often provides incomplete sequence information. Research into activation techniques is aimed at producing more complete sequence information and elucidation of fragmentation mechanisms. Results obtained with 800 nm femtosecond pulses and the peptides Leu-leu-Tyr and Ala-Phe show that a wider range of fragments are formed compared to CID. By using 267 nm pulses, when aromatic amino acids are present, it is seen that parent ion production dramatically increases. N-terminal immonium ions are produced when the charge resides on the nn orbital at the N-terminal. When using 267 nm pulses ionisation is localised at the C-terminus, but still a significant contribution due to the immonium ion was witnessed. This indicates that the charge had migrated to the N-terminal. To study the electronic dynamics further, a pump-probe scheme that uses fragment ratios to track the charge location was implemented. An initial one colour (800 nm) pump-probe experiment on phenylalanine showed no evidence of dynamics within the statistical limits. However, this experiment provides a platform to two colour pump-probe schemes, which promise future success in witnessing charge transfer in a biomolecule.

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Bentayeb, Salah. "Modélisation et performances des boucles à verrouillage de phase numériques en présence de bruit." Toulouse, ENSAE, 1985. http://www.theses.fr/1985ESAE0005.

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Abstract:

Étude de boucles à verrouillage de phase numériques. Modèle général des boucles numériques fonctionnant à faible rapport signal sur bruit. Étude des boucles numériques par la théorie des chaînes de Markov, des boucles numériques par simulation.

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Merghem, Kamel. "Etude de lasers à verrouillage de modes à semiconducteur pour les réseaux de télécommunications à très haut débit." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10092/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude des performances des lasers à base de bâtonnets quantiques en régime de verrouillage de modes passif dans différentes configurations: laser à deux sections (une section de gaine et une section à absorbant saturable) et laser autopulsant constitué d'une seule section de gain. Nous nous intéresserons tout particulièrement au bruit de phase et à la gigue temporelle des impulsions, caractéristiques limitantes pour les applications faible gigue telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes et millimétriques. Une technique de stabilisation optique permettant de réduire cette gigue temporelle est mise en oeuvre dans ces travaux. Nous présentons également la génération d'impulsions sub-picosecondes à des fréquences de répétition supérieures à 300 GHz à l'aide de lasers autopulsants
This PhD thesis deals with the study of passive quantum-dash-based mode locked laser in different configurations: 2-section device (one gain section and one saturable absorber section) and self pulsating laser using a single section device.We have assessed in particular phase noise and timing jitter in optical pulses. The latter is very important for low jitter applications as ail optical clock recovery and millimeter wave generation. Stabilization technique based on optical feedback has been applied to reduce the timing jitter. Moreover, we present passive mode locked operation of a self-pulsating quantum dash Fabry-Perot laser diode at arepetition rate over 300 GHz

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Renard, William. "Étude et réalisation de sources lasers fibrées impulsionnelles de forte puissance autour de 2 µm." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00764940.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans l'étude et la réalisation de sources lasers impulsionnelles à fibre autour de 2 µm. Le travail présenté dans ce manuscrit se décline en deux parties. Une première partie est consacrée à l'étude des sources lasers fibrées à commutation de gain émettant des impulsions d'une durée de quelques nanosecondes. Une source a été réalisée et caractérisée, elle génère des impulsions de 10 ns de durée, 16 µJ d'énergie et 1,6 kW de puissance crête. Les impulsions sont ensuite amplifiées dans une fibre à large cœur pour atteindre plus de 150 µJ d'énergie et 13 kW de puissance crête, l'ensemble de la source étant totalement fibré. La deuxième partie est consacrée à l'étude des sources à verrouillage de mode autour de 2 µm. Un oscillateur totalement fibré fonctionnant en régime solitonique a été réalisé et caractérisé, il génère des impulsions de 4,5 ps de durée et 62 pJ d'énergie. Ces impulsions sont ensuite amplifiées afin d'atteindre plus de 8 kW de puissance crête et 30 nJ d'énergie sans l'accumulation significative de nonlinéarités. Les limites de l'amplification des impulsions dans ces deux différents régimes sont étudiées et discutées avec l'appui de modèles numériques.

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Renard, William Alain Guillaume. "Étude et réalisation de sources lasers fibrées impulsionnelles de forte puissance autour de 2 µm." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2012. http://www.theses.fr/2012EPXX0062.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans l'étude et la réalisation de sources lasers impulsionnelles à fibre autour de 2 µm. Le travail présenté dans ce manuscrit se décline en deux parties. Une première partie est consacrée à l'étude des sources lasers fibrées à commutation de gain émettant des impulsions d'une durée de quelques nanosecondes. Une source a été réalisée et caractérisée, elle génère des impulsions de 10 ns de durée, 16 µJ d'énergie et 1,6 kW de puissance crête. Les impulsions sont ensuite amplifiées dans une fibre à large cœur pour atteindre plus de 150 µJ d'énergie et 13 kW de puissance crête, l'ensemble de la source étant totalement fibré. La deuxième partie est consacrée à l'étude des sources à verrouillage de mode autour de 2 µm. Un oscillateur totalement fibré fonctionnant en régime solitonique a été réalisé et caractérisé, il génère des impulsions de 4,5 ps de durée et 62 pJ d'énergie. Ces impulsions sont ensuite amplifiées afin d'atteindre plus de 8 kW de puissance crête et 30 nJ d'énergie sans l'accumulation significative de nonlinéarités. Les limites de l'amplification des impulsions dans ces deux différents régimes sont étudiées et discutées avec l'appui de modèles numériques
In this work, we design and make high peak power pulsed fiber lasers operating around 2 µm. The first part of this work is dedicated to the study of gain-switched thulium-doped fiber laser which emits nanosecond pulses. A fiber oscillator was built and characterized. It emits pulses with 10 ns duration, 16 µJ energy and 1,6 kW peak power. Pulses were amplified in a large core fiber to reach 150 µJ energy and 13 kW peak power per pulses. The second part of this report is dedicated to the study of mode-locked thulium-doped fiber laser. An all-fiber oscillator in solitonic regime was built and characterized. It emits solitons of 4,5 ps duration and 62 pJ energy. Pulses were also amplified to achieve more than 8 kW peak power and 30 nJ energy without significant nonlinear distortion. We discuss the limitations of pulses amplification in the nanosecond and picosecond regimes with numerical simulation

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Salas-Montiel, Rafael. "Sources lasers pulsées en optique intégrée sur verre." Grenoble INPG, 2008. http://www.theses.fr/2008INPG0024.

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Abstract:

Ce manuscrit rapporte les travaux concernant l'étude, la réalisation et la caractérisation de sources lasers pulsées hybrides par modulation passive des pertes en optique intégrée sur verre. Nous avons démontré la faisabilité d'un laser pulsé hybride par modulation passive de pertes. Ce laser est constitué d'un guide d'ondes amplificateur sur verre phosphate dopé avec des ions de néodyme et d'une couche de polymère dopée d'un absorbant saturable BDN au dessus des guides d'ondes amplificateurs. La cavité du laser est complétée par deux miroirs diélectriques placés aux bouts des guides d'ondes. Nous avons mesuré 2,0 :t 0,1 ns de durée d'impulsion pour 180 :t 5 mW de puissance de pompe en entrée. Le taux de répétition varie entre 5 et 50 kHz pour des puissance de pompe en entrée comprises entre 110 et 260 :t 5 mW. L'énergie par impulsion calculée est de 50 :t 4 nJ d'ou une puissance crête de 20 :t 3 W. Les perspectives de ce travail portent principalement sur la réalisation de lasers pulsés DFB hybrides par modulation passive des pertes et de lasers à verrouillage des modes
The development of integrated pulsed laser sources showing similar performances to those of bulk lasers represents a solution for applications in medicine, metrology and research where small size and robustness are required. Furthermore, the possibility to integrate both passive and active functions on the sa me substrate together with a high coupling efficiency with optical fibres makes these kinds of sources an attractive solution. This manuscript reports the study, realisation and characterisation of glass integrated optics hybrid passively Q-switched waveguide lasers. We have demonstrated the successful operation of a hybrid passively Q-switched waveguide laser. This laser is composed of a waveguide amplifier made of a Nd-doped phosphate glass combined with a saturable absorber cladding. The laser cavity was provided by two dielectric mirrors attached to the facets of the waveguides. An optical pulse width of 2. 0 :t 0. 1 ns was obtained for 180 :t 5 mW of launched pump power. The repetition rate ranges from 5 to 50 kHz for 110 to 260 :t 5 mW of launched pump power. The perspectives of this work could be the realisation of hybrid passively DFB Q-switched waveguide lasers and hybrid passively mode-Iocked waveguide lasers

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Ortac, Bülend. "Développement d'un laser à fibre double-gaine dopée à l'ytterbium femtoseconde et caractérisation des régimes multi-impulsionnels." Rouen, 2004. http://www.theses.fr/2004ROUES031.

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Abstract:

Les travaux rapportés dans cette thèse sont consacrés à l'étude et à la réalisation d'un laser à fibre double-gaine dopée à l'ytterbium femtoseconde et à la caractérisation des régimes multi-impulsionnels. Les résultats obtenus montrent que des lasers à fibre femtosecondes énergétiques très performants avec des qualités d'émission exceptionnelles en termes de bruit peuvent être réalisés. Par ailleurs, la disponibilité de fortes puissances de pompage grâce à la technologie d'injection par l'encoche, nous a permis de mettre en évidence la richesse et la diversité des régimes d'émission des sources
The work reported in this thesis is devoted to study and the realization of femtosecond ytterbium-doped double-clad fiber laser and characterisation of multiple pulsing regimes. The results obtained demonstrate that high power femtosecond fiber lasers with exceptional qualities in terms of the noise can be realized. In addition, the availability of high pump power with the V-groove technique enabled us to demonstration the richness and the diversity of multiple-pulsing operation

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Russell, Lucy J. "Studies in gas phase chemistry with diode lasers." Thesis, University of Oxford, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.533873.

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Boyd, Richard L. (Richard Lyman). "An optical phase locked loop for semiconductor lasers." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1988. http://hdl.handle.net/1721.1/35943.

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Abstract:

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 1988.
Title as it appeared in MIT Graduate list, June, 1988: An optical phase locked loop.
Includes bibliographical references.
by Richard L. Boyd.
M.S.

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Dissertations / Theses on the topic 'Lasers à verrouillage de phase'

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