Tesis: "Stabilisation de fréquence laser"

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Guionie, Marie. "Lasers à fibres bifréquences bipolarisations : stabilisation et montée en fréquence du battement". Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S059.

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Resumen

Cette étude porte sur les lasers à fibres bifréquences bipolarisations. Le contrôle de la différence de fréquence de ces lasers représente un enjeu important en photonique microonde. En effet, maîtriser le battement permettrait la réalisation de sources compactes et à faible bruit visant des applications de métrologie ou télécom. Nous travaillons ici sur des sources émettant à 1,5 μm, de type DFB ou DBR, soit dopés Er soit co-dopés Er-Yb. Ils présentent une fréquence de battement d'environ 1 GHz pour les DFB, et 100 MHz pour les DBR. Les objectifs de la thèse ont été, d'abord de stabiliser le battement, puis d'explorer différentes méthodes pour modifier la biréfringence de la fibre et ainsi accroître la fréquence de battement. Nous avons d'abord utilisé la méthode de stabilisation par boucle à verrouillage de phase pour asservir le battement sur une fréquence de référence. En nous servant de la diode de pompe comme actuateur, nous avons réussi à stabiliser des battements entre 300 MHz et 10 GHz pendant plusieurs jours. Ensuite, nous avons mis en place une méthode de stabilisation par réinjection optique décalée en fréquence. Un modèle théorique basé sur des équations-bilan couplées a été utilisé et a permis de retrouver les observations expérimentales. En stabilisant le battement sur une référence extérieure, différents régimes dynamiques ont été observés. Dans la zone stable, on réduit le bruit de phase jusqu'à −100 dBc/Hz à 1 kHz de la porteuse. Puis, nous avons couplé le montage de la réinjection optique a une ligne à retard, afin de stabiliser efficacement le battement sur lui-même. Enfin, nous avons étudié plusieurs pistes pour augmenter la fréquence de battement des lasers DBR pour répondre aux besoins des applications. Nous avons pu suivre en temps réel la modification de biréfringence photo-induite par un faisceau UV. Nous avons aussi étudié une méthode de modification réversible de la biréfringence, en exploitant l'effet élasto-optique. Quelque soit la méthode employée, nous avons observé un accroissement de la fréquence de battement depuis 100 MHz jusqu'à plus de 10 GHz dans le meilleur des cas
This work is about dual-polarization dual-frequency fibers lasers. The control of the frequency difference of these lasers is a major challenge in microwave photonics. Controlling the beat frequency could allow compact and low-noise sources, in order to develop applications in metrology or telecom. Here, we focus on 1.5 μm sources, in either DFB or DBR configurations, made of Er-doped or co-doped Er:Yb silica fibres. Their beat frequency is about 1 GHz for DFB lasers, and 100 MHz for DBR lasers. This thesis investigates several methods to stabilize the beat note, then to modify the fiber birefringence, to increase the beat frequency. First, an optical phase-locked loop method is used to lock the beat note on a frequency reference. By using the pump diode as an actuator, we have successfully stabilized beat frequencies between 300 MHz and 10 GHz for days. We then study a stabilization method by frequency-shifted optical feedback. A theoretical model based on rate equations model is used and allows to retrieve the experimental observations. We observe different dynamical regimes by locking the beat note on a reference frequency. In the stable area, we reduce the phase noise to −100 dBc/Hz at 1 kHz from the carrier. Next, we have mixed the set-up of the injection-locking to a delay line, in order to effectively stabilize the beat note on itself. Finally, various approaches have been explored to increase the beat frequency of DBR lasers, to the needs of applications. It has been possible to continuously monitor the impact of a UV beam on the fiber birefringence. We also studied a method for reversible modification of the birefringence, exploiting the elasto-optical effect. Regardless of the method used, we observed an increase in the beat frequency from 100 MHz to more than 10 GHz in the best case

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Bondu, François. "L'interféromètre Virgo :propriétés optiques, stabilisation en fréquence du laser". Habilitation à diriger des recherches, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00284986.

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Resumen

Un interféromètre à miroirs suspendus convertit les ondes gravitationnelles, perturbations de la géométrie de l'espace temps, en une variation de temps de vol d'aller-retour de photons entre deux masses inertielles au repos.
J'ai réalisé l'asservissement en fréquence du laser pour mesurer ces variations de temps de vol. La stabilité relative de fréquence en boucle du laser est de 1e-21 sur 100 ms ; je montre que le système obtenu respecte les spécifications. J'étudie dans le mémoire les propriétés d'un système où les boucles d'asservissements sont imbriquées.
Les cavités optiques résonnantes de l'interféromètre Virgo sont les éléments essentiels de la conversion d'une onde gravitationnelle. J'étudie l'ensemble des propriétés d'un oscillateur Fabry-Perot. Je montre comment elles peuvent être évaluées in situ à partir de mesures des fonctions de transfert utilisées pour leur verrouillage. Les cavités Fabry-Perot sont les oscillateurs de référence. Je fais un état des lieux de l'ensemble des perturbations susceptibles de perturber la stabilité de phase.

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Mondin, Linda. "Stabilisation de fréquence de laser Nd:YAG pour applications spatiales". Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00148136.

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Resumen

Les lasers stabilisés à long terme sont utilisés dans de nombreux domaines en métrologie, leur incursion dans les applications spatiales se précise depuis quelques années, missions de physique fondamentale, géodésie... Ce travail concerne les lasers stables pour le projet LISA (détection spatiale des ondes de gravitation, mission prévue dans 10 ans); en vue de cette application spatiale, les montages doivent satisfaire plusieurs critères: compacité, stabilité mécanique, robustesse et fiabilité. Les références utilisables pour l'asservissement long terme (iode, chapitre 3) et court terme (cavité de Fabry-Pérot, chapitre 4) sont décrites, ainsi que leurs limitations principales. L'analyse et le choix de ces références de stabilisation seront couplés avec le choix des techniques de stabilisation (PDH, Tilt-Locking, Modulation Transfer). Dans les techniques de stabilisation, celle de Pound-Drever-Hall (PDH), un classique en matière de configuration, est comparée au Tilt-Locking, une technique continu et peu consommatrice en énergie, dans le cas d'une référence Fabry-Perot monolithique. Les calcules théorique pour chaque technique et chaque type de référence ammeneront à une description des sources de bruit et à une simulation des signaux d'erreur attendus. Les performances théoriques sur le long terme et les efficacités quantiques sont intercomparées. La deuxième partie, présentera les montages expérimentaux et les résultats obtenus, pour des lasers stabilisés sur Fabry-Perot et sur l'Iode moléculaire. Pour calibrer les dérives de fréquence du Fabry-Perot, sa fréquence de résonance sera mesurée par rapport à celle de la molécule, ce qui permettra de présenter des solutions obtenues analytiquement et numériquement pour l'asservissement en longueur de cette référence mécanique. En appendices, les détails de dimensionnement des bruits de LISA conduisant aux spécifications des lasers, le rappel théorique des ondes de gravitation ainsi que divers simulations de calculs effectués.

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Mondin, Linda. "Stabilisation de fréquence de laser Nd-YAG pour applications spatiales". Nice, 2005. http://www.theses.fr/2005NICE4046.

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Resumen

Les lasers stabilisés à long terme sont utilisés dans de nombreux domaines en métrologie et constituent la base de toute la recherche expérimentale en spectroscopie à très haute résolution. Ce mémoire décrit mon travail de thèse sur les lasers à Nd:YAG stabilisés en vue d'applications spatiales (missions de physique fondamentale ou géodésie). Les montages doivent satisfaire critères de compacité, stabilité mécanique, robustesse et fiabilité. On traite les références utilisables pour le long (moléculaire) et le court (mécanique) terme ainsi que leurs limitations principales. L'analyse et le choix de ces références de stabilisation seront couplés avec le choix des techniques de stabilisation (PDH, Tilt-Locking, Modulation Transfer). Dans les techniques de stabilisation, celle de Pound-Drever-Hall (PDH) est devenue un classique car elle donne les meilleurs performances connues à ce jour surtout à court terme. Pour réduire le nombre de composants actifs, nous avons aussi implanté une technique dite de Tilt-Locking, que je compare avec celle de PDH dans le cas d'une référence Fabry-Perot monolithique. Les performances théoriques sur le long terme et les efficacités quantiques sont inter-comparées. On présente les montages expérimentaux et les résultats obtenus (lasers stabilisés sur Fabry-Perot et Iode moléculaire). On a calibrer les dérives de fréquence du Fabry-Perot, ce qui permettra de présenter des solutions obtenues analytiquement et numériquement pour l'asservissement en longueur de cette référence mécanique. Des suggestions de prolongation de ces travaux sont suggérés en conclusion et, en appendices, les détails de dimensionnement des bruits de LISA, le rappel théorique des ondes de gravitation, ainsi que divers simulations de calculs effectués, sont présentées
Long term stabilised lasers are used in a multitude of metrological applications and are the basis of experimental research in very high resolution spectroscopy. This document describes my thesis work on stabilised Nd:YAG lasers in view of space applications (for fundamental physics experiments and geodesy). All experiments must satisfy criteria of compactness, mechanical stability, robustness and reliability. I will describe the possible references for the long (molecules) and the short (resonators) term time intervals with their principal limitations. The discussion leading to their choice is actually connected to the stabilisation techniques to be adequately implemented (PDH, Tilt-Locking, Modulation transfer). Among the stabilisation techniques, the Pound-Drever-Hall (PDH) technique is now a classic as it produces the best performance in short term, so far. To reduce active components, we have also implemented a DC technique called Tilt-Locking and I will compare with PDH in the case of a monolithic Fabry-Perot reference. Theoretical performances on the long term and quantum efficiencies will be compared for different techniques. The schematic principles of the experiences and the results I have obtained for stabilised lasers on Fabry-Perot and molecular iodine are presented. We calibrated the Fabry-Perot drifts, this allows me to point out analytical and numerical solutions to control the length of this mechanical reference. Finally suggestions for further work will be approached and, in the appendices, details about noise order of magnitudes for LISA, a theoretical overview of gravitational waves as well as different simulations and calculations are presented

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Herbane, Mustapha Saïd. "Piégeage et refroidissement laser d'ions calcium pour un étalon de fréquence optique". Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11008.

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Resumen

Ce travail porte sur le piégeage et le refroidissement laser d'ions calcium en vue d'application en métrologie des fréquences. L'ion calcium possède une transition quadripolaire électrique à 729 nm de facteur de qualité supérieur à 10[15] qui en fait un excellent candidat pour un étalon de fréquence dans le domaine des longueurs d'onde du visible. Les ions sont confinés dans un piège radiofréquence de Paul-Straubel et sont détectés par la lumière de fluorescence qu'ils émettent lorsqu'ils sont refroidis par laser. L'étude des propriétés spectrales de leur mouvement est faite par application au piège d'une petite tension alternative. Les fréquences d'oscillation des ions sont clairement visibles et leur relation avec la tension de confinement peut être obtenue. La variation des tensions continue et alternative de confinement permet de décrire le diagramme de stabilité du piège réel. Les lasers de l'expérience doivent avoir des fréquences stables pendant plusieurs heures. Pour l'un deux, cela est réalisé en l'injectant dans une cavité Fabry-Pérot en même temps qu'un laser à 852 nm stabilisé en fréquence sur le césium par une technique d'absorption saturée. La cavité permet le transfert de la stabilité de ce dernier laser vers le laser de l'expérience. Le chauffage par laser d'un nuage ionique et la diminution progressive de la profondeur du puits de potentiel de confinement permettent d'éjecter tous les ions et ne garder qu'un seul. Il est alors placé au centre du potentiel de confinement par application de tensions continues sur les électrodes de compensation. Ceci réduit son micromouvement. L'efficacité de l'opération est observée par la technique de corrélation de champ RF-photon.

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Bondu, François. "Etude du bruit thermique et stabilisation en fréquence du laser du détecteur interferométrique d'ondes gravitationnelles VIRGO". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002892.

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Resumen

La sensibilité d'un détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles comme Virgo est cruciale pour l'analyse des sources astrophysiques. Une telle antenne détecte l'onde gravitationnelle comme une variation de phase de faisceau lumineux. La précision de la mesure peut être limitée par le bruit de longueur des cavités. dû aux vibrations thermiques, et par le bruit de fréquence du laser incident. Ma contribution à l'évaluation du bruit des modes de vibration interne des substrats des miroirs a été d'écrire un programme, basé sur la propagation des ondes acoustiques dans les solides. Il permet les calculs des fréquences de résonance, des masses équivalentes des modes, de la déformation de la surface et son couplage avec un faisceau lumineux incident. Les résultats permettent le dimensionnement des substrats. La sensibilité est alors légèrement moins bonne que celle fournie par une estimation grossière, si les pertes des ondes acoustiques sont constantes en fonction de la fréquence et égales à celles mesurées à résonance. Elle peut être améliorée par diminution des pertes ou par le choix d'un matériau ayant de meilleures performances. Nous avons également mené des expériences pour aider au choix du matériau des fils de suspension. Je propose une expérience de mesure directe du bruit thermique qui permettrait de vérifier la sensibilité.
La configuration de l'interféromètre rend le bruit de fréquence du laser négligeable si le laser est asservi en fréquence. La stabilisation de fréquence se fera en deux étages, l'un qui asservit la fréquence sur la longueur d'une cavité courte, le deuxième qui asservit sur les grands bras de l'interféromètre. Le premier étage a été construit. J'ai vérifié que ses performances remplissent les spécifications. La stabilité de fréquence obtenue se révèle être exceptionnelle.

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Diomandé, Kédro. "Réalisation du laser à semiconducteurs spectralement pur à 1,5 μ m : application à l'analyse spectrale d'un laser à contre réaction distribuée (DFB) : stabilisation en fréquence du laser". Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112243.

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Ce travail présente J'étude œ l'amélioration de la pureté spectrale d'un laser à semi conducteur émettant à 1,5 µm. Cette amélioration est possible par l'adjonction d'une cavité passive à la cavité de la diode. On obtient alors des largeurs de raie laser inférieures à 20 kHz et un laser accordable sur plusieurs dizaines de nanomètres. Aux chapitres I et Il nous rappelons la théorie de la largeur de rate de lasers à semi-conducteur basée sur le bruit de phase dans les semi-conducteurs. Nous étendons ensuite cette théorie au cas du laser à cavité étendue (LCE). Au chapitre Ill nous présentons différentes méthodes de mesure de la largeur de raie des lasers à semi-conducteur et leurs conditions d'utilisation. Au chapitre IV nous présentons les caractéristiques énergétiques et spectrales du LCE réalisé; caractéristiques mesurées par des méthodes que nous détaillons et que nous avons élaborées. Au chapitre V nous présentons la caractérisation du spectre d'une diode à contre réaction distribuée en utilisant :- un interféromètre Fabry-Perot. - la LCE comme source de référence dans un battement de fréquence. Au chapitre VI nous utilisons le LCE réalisé pour faire un relevé du spectre d'absorption de l'ammoniac gazeux autour de 1,5 µm. Enfin, nous déterminons la stabilité en fréquence à long terme du LCE en l'asservissant sur une rate d'absorption de l'ammoniac.

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Argence, Bérengère. "Stabilisation de fréquence d'un laser Nd : YAG sur une transition de la molécule de di-iode (I₂)pour la mission spatiale LISA". Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077250.

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Resumen

Dans le cadre de la mission USA utilisant l'interférométrie pour la détection des ondes gravitationnelles, une pré-stabilisation en fréquence des lasers est requise. La technique actuellement envisagée est l'utilisation d'une cavité Fabry-Pérot, en raison de sa compacité, de sa simplicité et de ses performances de stabilité de fréquence. Cependant, ce dispositif requiert de fortes exigences de stabilité thermique et ne fournit pas d'information sur la valeur absolue de la fréquence laser. Il est d'autre part toujours souhaitable dans un projet spatial de disposer d'une méthode alternative compatible avec les exigences de la mission. En conséquence, les travaux exposés dans ce manuscrit de thèse décrivent l'utilisation d'une transition hyperfine de la molécule de di-iode (I2) comme référence de fréquence. Cette méthode d'asservissement d'un laser Nd:YAG, très employée en métrologie, a déjà démontré des performances de stabilité de fréquence meilleures que celles requises pour le projet USA. Faisant suite à quelques pré-études, nous avons adapté un tel système de stabilisation aux contraintes spatiales. Le dispositif mis en place présente des performances de stabilité de fréquence de l'ordre de 30HzA/Hz jusqu'à 10 m Hz avec une remontée du bruit à plus basse fréquence. Il répond ainsi aux contraintes fixées par la mission. Une caractérisation du système et de ses principales sources de perturbations (liées à la température ambiante ~2kHz/K, aux désalignements des faisceaux ~16kHz/mrad,. . . ) est également proposée dans le manuscrit. Cette étude a permis de renforcer l'attrait d'asservir un laser Nd:YAG sur la molécule de di-iode pour une mission spatiale (en particulier LISA)
As part of the LISA mission using interferometry to detect gravitational waves, a frequency pre-stabilization of the lasers is required. The frequency reference currently planned to use is a Fabry-Perot cavity. The choice of this technique is mainly due to the simplicity, compactness and frequency stability performance of such a System. However, this System needs high thermal stability requirements and does not provide information on the absolute value of the laser frequency. It is moreover always advisable in a space project to have an alternative method compatible with the requirements of the mission. Consequently, the work presented in this manuscript describes the use of a hyperfine transition of the di-iodine (I2) molecule as a frequency reference. This method of controlling a Nd: YAG laser, widely used in metrology, has already demonstrated frequency stability performance betterthan those required for the LISA project. Following some preliminary studies, we have adapted such a stabilization System to space constraints. The implemented System presents performances of frequency stability of about 30Hz / V Hz to 10 mHz with an noise increase at lower frequencies. It therefore meets the constraints set by the mission. A System characterization and its main sources of perturbations (related to ambient temperature ~2kHz/K, beams misalignments ~16kHz/mrad,. . . ) is also given in the manuscript. This study has strengthened the attractiveness of locking a Nd: YAG laser on the molecule of di-iodine for a space mission (especially LISA)

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Chanteau, Bruno. "Transfert à très haute résolution d'une référence de fréquence ultra-stable par lien optique et application à la stabilisation d'un laser moyen infra-rouge". Thesis, Paris 13, 2013. http://www.theses.fr/2013PA132054.

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Resumen

Ce manuscrit présente le transfert d’une référence de fréquence optique ultra-stable à un lien optique et son application à la stabilisation en fréquence d’un laser moyen-infrarouge. Un lien optique permet de transférer une fréquence ultra-stable par fibre optique sans dégrader sa stabilité grâce à une compensation du bruit apportée lors de la propagation. Nous avons étendu cette technique à des liens de grande longueur en transférant la référence de fréquence simultanément avec les données du réseau Internet. Ainsi des liens de 300 km puis 540 km ont été démontrés avec une stabilité de l’ordre de 10⁻ ¹⁹ à 10⁴ s. Ce dispositif à été utilisé au LPL pour asservir un laser CO² émettant à 10 µm sur une référence de fréquence développée au LNE-SYRTE, à l’Observatoire de Paris. Celle-ci est constituée d’un laser ultra-stable émettant à 1,54 µm, dont la fréquence est mesurée par rapport aux étalons primaires du LNE-SYRTE grâce à un laser femtoseconde. Cette référence est transférée par un lien optique jusqu’au LPL où elle permet de stabiliser la fréquence de répétition d’un second laser femtoseconde et de mesurer ou contrôler la fréquence d’un laser CO² . Lorsque celui-ci est asservi sur une référence moléculaire (OsO₄), la stabilité est de 4.10⁻¹⁴ à 1 s. Les performances sont encore meilleures lorsque le laser CO² est asservi directement sur la référence optique. Le laser stabilisé pourra ensuite être utilisé pour l’expérience d’observation de la violation de parité dans les molécules chirales développées au LPL. Ceci démontre la faisabilité d’expériences de spectroscopie moléculaire à ultra haute résolution dans les laboratoires ne disposant pas d’étalons de fréquence
This manuscript details the transfer of an ultra-stable optical frequency reference by means of an optical link and its application to the phase-lock of a mid-infared laser. An optical fiber link allows the ultra-stable transfer of a frequency by using a scheme wich compensates the propagation noise. We extended this system to longer links, and transferred the optical frequency reference simultaneously witn internet data. A cascaded link of 300 km and a simple link of 540 km had been demonstrated with a stability of 10⁻ ¹⁹ at 10⁴ s. Such a link as been used to lock a CO² laser at LPL, emitting at 10 µm, to a frequency reference developed at LNE-SRTE, Observatoire de Paris. This reference is an ultra-stable laser, emitting at 1.54 µm, the frequency of wich is measured against the primary standards of LNE-SYRTE by using a femtosecond laser. This reference is tranferred by an optical link to LPL, in order to stabilize the repetition rate of a second femtosecondlaser and to measure or control the frenquency of a CO² laser. When the CO² laser is locked to a molecular reference (OsO₄), the stability is 4.10⁻¹⁴ at 1s. The performances are even better when the CO² laser is locked directly to the optical reference. Then the laser coulb be used for the experiment of observation of the parity violation in chiral molecules, in progress at LPL. This shows the feasability of high resolution molecular spectroscopy experiments in laboratoratories in wich there is no primary standards

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Barsuglia, Matteo. "Stabilisation en fréquence du laser et contrôle de cavités optiques à miroirs suspendus pour le détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006570.

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Laurent, Philippe. "Stabilisation en fréquence de diodes lasers par couplage optique résonant sur une cavité Fabry-Pérot confocale". Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112396.

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Resumen

Ce mémoire présente les résultats théoriques et expérimentaux obtenus sur l'amélioration spectrale des diodes lasers émettant à 850 nm et 1300 nm. La première étape consiste à amener la diode laser à un fonctionnement monomode ce qui peut être, soit obtenu directement par le principe même de fabrication , soit a posteriori au moyen d'un miroir externe afin de réaliser une deuxième cavité qui sélectionnera un mode particulier. Différents jeux de miroirs de rayons de courbure compris entre 150 et 500 microns ont permis d'obtenir un fonctionnement parfaitement monomode avec des taux de réjection supérieurs à 30 dB. La seconde étape consiste à utiliser ce rayonnement laser monomode pour le coupler à une cavité Fabry-Perot confocale de grande finesse afin de réaliser un asservissement optique de plusieurs centaines de MHz de bande passante. Lorsque la cavité Fabry-Perot est en résonance avec le mode de la diode laser, une faible proportion du faisceau (inférieure à - 30 dB) est réinjectée dans la diode laser et conduit à un verrouillage en fréquence des 2 cavités. Une analyse théorique du comportement statique et dynamique du champ laser perturbé par le couplage optique est présentée en détail. Expérimentalement nous avons observé une réduction statique du bruit de fréquence de 50 à 60 dB et corrélativement une amélioration de la pureté spectrale du laser (20 MHz en fonctionnement libre) jusqu'à un niveau de quelques kHz en fonctionnement couplé. Les propriétés d'accordabilité de cette cavité couplée sont assurées par un double asservissement conçu de telle sorte que la fréquence laser est uniquement déterminée par la longueur du Fabry-Perot tout en conservant une largeur de raie minimum. Nous avons ainsi obtenu une accordabilité continue supérieure à 7 GHz. Nous avons montré aussi que nous étions en mesure de transférer les qualités spectrales d'une diode laser couplée vers une diode laser en fonctionnement libre en utilisant les propriétés d'injection optique d'une diode maitre vers une diode esclave. Enfin l'ensemble de ces résultats ouvre la voie d'une part vers la stabilisation en fréquence de diodes lasers à 850 nm sur des raies d'absorption saturée de l'atome de Cesium pour leur utilisation dans les nouvelles horloges à Cesium à pompage optique, et d'autre part vers la réalisation d'une chaine de synthèse de fréquences visibles en utilisant des diodes laser à 1260 nm, doublées en fréquence pour atteindre la fréquence du laser Hélium-Néon stabilisé sur ,l'Iode à 633 nm
We report our work on diode laser frequency stabilization emitting near 850 and 1300 nanometers. In first, we demonstrate a single-mode operation from an initially multimode diode laser with an optical feedback on an external mirror. Secondly, a confocal Fabry-Perot cavity is used to feedback the beam from the diode laser and provide resonant optical stabilization of the semiconductor laser. We present a detailed theoretical analysis of the static and dynamic frequency noise power spectrum of the coupled cavity laser field. Experimentally we achieve static frequency noise reduction of 50-60 dB and obtain a dramatic reduction of the laser line with from 20 MHz to a few kHz. The frequency tenability of these coupled cavity diode lasers are achieved by a double servo-loop system and we have obtained a continuously frequency tuning of 7 GHz without laser spectral purity degradation. Applications of these techniques include optical pumping Cesium docks and frequency synthesis in the visible

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Bernard, Vincent. "Stabilisation en fréquence de lasers à CO² en dessous du Hertz : application à la métrologie des fréquences dans la région spectrale de 30 THz". Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066762.

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Loe-mie, Roland. "Stabilisation de fréquence de lasers à semi-conducteur par couplage optique résonnant induit par spectroscopie de polarisation". Paris 13, 1997. http://www.theses.fr/1997PA132023.

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Resumen

L'objet de ce travail porte sur l'evaluation des performances de systemes de lasers a semi-conducteur stabilises en frequence sur une resonance atomique etroite par des methodes quasi tout-optique. Apres un premier bref chapitre introductif, le second chapitre du memoire traite du comportement statique et dynamique du rayonnement d'un laser a semi-conducteur en presence d'un couplage optique resonnant. On montre qu'une retroaction adequate conduit a une amelioration de la purete spectrale et a une stabilisation de la frequence d'emission sur la resonance. Pour le signal de retroaction resonnante, nous considerons en particulier le cas des techniques spectroscopiques qui realisent directement un asservissement optique de la frequence sur une transition atomique. Le troisieme chapitre considere la technique specifique de spectroscopie de polarisation choisie pour nos experiences. . . .

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Camy, Georges. "Sources laser ultrastables en spectroscopie de saturation : réalisation d'étalons optiques de fréquence et caractérisation de leurs qualités". Paris 13, 1985. http://www.theses.fr/1985PA132009.

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Resumen

On montre que la stabilisation en fréquence des lasers à argon ionisé sur des transitions de la molécule d'iode détectées par spéctrométrie de saturation permet de réaliser des étalons de fréquence de très hautes performances dans le domaine optique. Imbrication de recherches spectroscopiques et métrologiques telles que : étude de laser à argon ionisé, structure hyperfine de la molecule I(2), spéctromètre de saturation à décalage de fréquence, profil d'absorption de la vapeur d'iode, spéctrométrie de saturation hétérodyne à haute fréquence

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Melo, Álvaro Mitchell Galvão de. "Refroidissement laser de l'ytterbium sur la ligne d'intercombinaison pour des expériences sur la localisation de la lumière". Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ5033.

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Resumen

Dans cette thèse, nous étudions un piège magnéto-optique (MOT) d'atomes d'ytterbium (Yb) qui a été construit pour réaliser des expériences visant l'observation de la localisation de la lumière en trois dimensions (3D). La localisation d'Anderson, c'est-à-dire l'absence de diffusion due au désordre, était considéré comme un phénomène omniprésent, mais récemment son existence dans le cas des ondes lumineuses est remise en question. L'observation expérimentale de la localisation de la lumière en 3D a été intensément recherchée depuis les années 80 et récemment les atomes froids sont apparus comme des échantillons prometteurs pour l'étudier. Les atomes d'ytterbium sont bons candidats pour l'observation des effets de localisation en raison de leur état fondamental non dégénérés pour les isotopes bosoniques et la largeur de raie de la transition d'intercombinaison ¹S₀ − ³P₁ (182 kHz) qui est un bon compromis entre un élargissement Doppler négligeable et la possibilité de recourir à des techniques de détection résolues dans le temps. Nous présentons une configuration expérimentale relativement compacte qui permet de charger jusqu'à 1 × 10⁹ atomes dans un MOT fonctionnant sur la transition ¹ S₀ − ¹ P₁ sans utilisation d'un ralentisseur Zeeman. En particulier, le système laser qui fournit 2,5 W à 399 nm est discuté, car des puissances élevées sont nécessaires en raison de la forte intensité de saturation de la transition. Une explication détaillée du système pour transférer jusqu'à 2 × 10⁸ atomes du MOT chargé sur la transition ¹ S₀ − ¹ P₁ vers la transition ¹S₀ − ³P₁ est fournie, et une attention particulière est porté à la configuration utilisée pour la stabilisation de la fréquence laser. Nous employons la spectroscopie de transfert de modulation et détection équilibrée, nous permettant d'utiliser comme référence de fréquence une transition de l'iode moléculaire (¹²⁷I₂) relativement faible mais proche de la transition d'intercombinaison de l'ytterbium. Nous proposons une caractérisation de la stabilité de la fréquence du laser, ainsi que de la raie du ¹²⁷I₂. Un nuage atomique dense et froid est obtenu, et peut être utilisé pour réaliser des expériences sur les effets collectifs dans des atomes froids. Des idées pour l'optimisation de la configuration actuelle en vue de l'observation de la localisation de la lumière sont discutés. Enfin, des calculs du coefficient de diffusion dépendant de la position basés sur le la théorie auto-cohérente de la localisation sont détaillés pour les systèmes 2D. Nous comparons les résultats obtenus pour différentes tailles et désordres de systèmes. Ces calculs seront utilisés pour étudier les signatures de localisation de la lumière en 2D, mais ils ouvrent également la voie vers leur extension aux trois dimensions qui pourraient être utilisées pour interpréter les expériences futures
In this thesis, we study a magneto-optical trap (MOT) of ytterbium (Yb) atoms built to perform experiments aiming at observing the localization of light in three dimensions (3D). Anderson localization, i.e. the absence of diffusion due to disorder, was believed to be an ubiquitous wave phenomenon; however, recently, its mere existence for light waves is being questioned. The experimental observation of 3D localization of light has been intensively sought since the 1980s, and recently, cold atoms have emerged as promising samples to investigate it. Yb atoms are good candidates for the observation of localization effects due to the non-degenerate ground state for the bosonic isotopes and the linewidth of the ¹S₀ − ³P₁ intercombination line (182 kHz), which is a good compromise between having negligible Doppler broadening and the possibility of performing time-resolved detection techniques. We present a relatively compact experimental setup used to load up to 1 × 10⁹ atoms in a MOT operating in the ¹ S₀ − ¹ P₁ transition without the use of a Zeeman slower. Particularly, the laser system that provides 2.5 W at 399 nm is discussed since high powers are needed due to the high saturation intensity of the transition. A detailed explanation of the system used to transfer up to 2 × 10⁸ atoms from the MOT loaded in the ¹ S₀ − ¹ P₁ transition to the ¹S₀ − ³P₁ transition is provided, with special attention to the setup used for laser frequency stabilization. We employ modulation transfer spectroscopy and balanced detection, enabling us to utilize a relatively weak yet convenient transition of molecular Iodine (¹²⁷I₂) as a frequency reference. We provide a characterization of the laser frequency stability, as well as of the ¹²⁷I₂ line itself. A dense atomic cloud is obtained, which can be used to perform experiments on collective effects in cold atomic samples. Ideas for the optimization of the current setup in view of the observation of localization of light are discussed. Finally, calculations of the position-dependent diffusion coefficient based on the self-consistent theory of localization are detailed for 2D systems. We compare the results obtained for different system sizes and disorder. These calculations will be used to study signatures of light localization in 2D, but they also pave the way for their extension into three dimensions, which could be used to interpret future exper- iments performed in the setup

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Kuyumjyan, Grigor. "Condensation de Bose-Einstein multiple dans les modes d’ordre supérieurs d’une cavité optique bi-fréquence". Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0877/document.

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Les gaz quantiques dégénérés des atomes neutres sont d’excellentssystèmes avec les applications importantes dans les études de la physique à plusieurs corps, de la matière condensée, de la mesure de haute précision et de l'information quantique. Dans cette thèse, nous démontrons la production des condensats de Bose-Einstein de 87Rb dans les différents modes transverses de la cavité qui a une configuration en papillon (bow-tie cavity). La cavité est résonante à deux longueurs d'onde, 1560 nm et 780 nm. Nous utilisons la radiation à 1560 nm, une longueur d'onde accessible dans la télécommunication (bande C) pour obtenir le condensat de Bose-Einstein dans un piège dipolaire intra-cavité. La cavité optique permet de réaliser un piège dipolaire profond à partir d'une source optique à puissance modérée (3W), grâce à l'amplification de la puissance au sein du résonateur. Les modes non dégénérés du résonateur permettent d'obtenir de multiples condensats dans les modes transverses supérieurs. Comme exemples représentatifs, nous avons réalisé le condensat de Bose-Einstein dans le mode fondamental et le mode TEM01 de la cavité. L'utilisation de ces modes nous permet d'avoir un et deux puits de potentiels pour le piégeage où l'échantillon atomique ultra-froid est couplé au mode du résonateur. En contrôlant la puissance relative entre le mode fondamental et les modes transverses supérieurs (TEM01, TEM10), nous arrivons à réaliser la division et la recombinaison d’un 'ensemble atomique ultra-froid. De plus, dans ce manuscrit nous présentons le développementd'un système d'asservissement autour de la cavité optique qui nous permet d'obtenir les deux radiations asservies sur le résonateur ainsi que la stabilisation de la longueur de la cavité sur les atomes de rubidium. La deuxième longueur d'onde provient du faisceau à 1560 nm après le doublage de fréquence. Par la suite, les deux longueurs d'onde sont asservies sur la cavité par la technique de Pound-Drever-Hall. Une partie du composant doublé en fréquence est comparée en fréquence avec un laser à 780 nm asservi sur les atomes de rubidium par la technique de battement optique. Ensuite, le signal de battement est converti par un synthétiseur de fréquence et est envoyé vers le contrôleur de transducteur piézo-électrique de la cavité via un régulateur PI pour éviter la dérive à long terme liée aux fluctuations de la température. La résonance à 780 nm sera utilisée comme faisceau de sonde intra-cavité. Cela nous permettra de réaliser une mesure quantique non-destructive et de générer des états comprimés de spins induits par cette mesure
Quantum degenerate gases of neutral atoms are excellent systems with important applications in the study of many body quantum physics, condensed matter physics, precision measurements, and quantum information processing. In this thesis we demonstrate the creation of 87Rb Bose-Einstein condensates (BECs) in different transverse modes of a bow-tie cavity. The cavity resonant at two wavelengths, 1560 and 780 nm. We are using the radiation 1560 nm accessible in telecom (C band) to create BEC in the cavity enhanced optical dipole trap with only 3 W of optical power from the source. The non-degenerate cavity modes enable the creation of arrays of BECs in the higher transverse modes. As representative examples we realize the BEC in the fundamental TEM00 and the TEM01 mode of the cavity which are the single well and double well trapping configuration with ultra-cold atomic simple well coupled to the cavity modes. By controlling the relative power between the fundamental and the higher transverses cavity modes (TEM01, TEM10), splitting and merging of ultra-cold atomic ensemble is shown. Moreover, in this manuscript we present the development of a lock system around the optical cavity which allows us to obtain both radiations locked to the cavity as well as the lengthe of the optical resonator is referenced on the rubidium atoms. The second wavelength is derived from 1560 nm beam by frequency doubling and then both radiations are locked to the cavity by Pound-Drever-Hall technique. One part of the frequency doubled 780 nm is referenced to an independent 780 nm laser locked on the rubidium atoms. The beat signal between these two lasers is frequency synthesized and through the PI controller is sent to the piezo-electric transducer driver to avoid long-term drifts of the cavity due to temperature fluctuations. The cavity resonance at 780 nm will be used as a probe beam for cavity aided quantum non-demolition measurements to generate measurement induced spin squeezed states

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Nez, François. "Chaîne de Fréquence optique pour mesurer les transitions 2S-8S/8D dans l'atome d'hydrogène , Mesure de la constante de Rydberg en unité de fréquence". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011890.

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L'objet de cette thèse est la construction d'une chaîne de fréquences pour comparer les fréquences de l'atome d'hydrogène à celle d'un laser He-Ne. stabilisé sur l'iode à 633 nm. Le schéma de la chaîne tire profit de la quasi-coïncidence (à 89 GHz) entre la fréquence d'excitation à deux photons des transitions 2S→8S/D à 778 nm et la différence en fréquence du laser étalon à 633 nm et du laser He-Ne-étalon stabilisé sur le méthane à 3,39 μm. On utilise deux lasers titane-saphir construits au laboratoire, l'un pour l'excitation des transitions atomiques (TS1), l'autre pour la mesure de fréquence (TS2). On réalise, dans un cristal de LiIO3, le mélange des radiations à 778 nm (TS2) et 3,39 μm provenant d'un laser He-Ne auxiliaire construit au laboratoire. La fréquence du.faisceau ainsi synthétisé à 633 nm-est déterminée par battement avec le laser étalon stabilisé sur l'iode. Un battement entre les deux lasers He-Ne (3,39 μm) donne la fréquence du laser He-Ne auxiliaire. La mesure de la fréquence du laser TS1 à partir de celle de TS2 nécessite une source micro-onde à 89 GHz et un dispositif permettant de réaliser le mélange des trois fréquences et la détection du battement obtenu à basse fréquence. La fréquence de la diode Gunn à 89 GHz est déterminée à l'aide d'une chaîne de multiplication de fréquence d'un quartz ultrastable à 90 MHz. Après des essais avec des diodes MIM, nous avons pris une diode Schottky comme dispositif de mélange et de détection. Par cette méthode, nous avons relié pour la première fois une fréquence optique de l'atome d'hydrogène à l'horloge à césium sans utiliser l'interférométrie. Nous en avons déduit la constante de Rydberg qui est le facteur d'échelle des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. On ajuste la valeur de cette constante pour faire coïncider les fréquences expérimentales et théoriques. La nouvelle valeur ainsi obtenue est : R∞ = 109 737,315 683 4 (24) cm-1 L'incertitude sur cette valeur est de 2,2 10^-11. Elle approche celle des calculs d'électrodynamique quantique donnant les valeurs théoriques des niveaux d'énergie. Ce résultat, qui est le plus précis à l'heure actuelle, est en bon accord avec celui obtenu à Münich en 1992 sur les transitions 1S-2S et 2S-4D.

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Sebastian, Ananthu. "Noise dynamics in multi-Stokes Brillouin laser". Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S068.

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La diffusion Brillouin stimulée (SBS) est un processus d'interaction cohérent, pour lequel la lumière est diffusée à partir des ondes acoustiques générées optiquement. Les lasers Brillouin suscitent un très grand intérêt pour leur capacité à produire des largeurs de raie ultra cohérentes. Cette thèse est consacrée à la compréhension des propriétés de bruit des lasers à fibre Brillouin en anneau, fonctionnant avec de multiples ordres de Stokes. Tout d'abord, nous présentons une technique basée sur la méthode de ringdown de la cavité, qui permet de caractériser le coefficient de gain Brillouin directement à partir du sondage de la cavité laser. Ses avantages sont d'obtenir des paramètres à partir d'une seule expérience avec de faibles puissances optiques (quelques 10 milliwatts) pour des cavités courtes (quelques mètres de long, ou cavités intégrées). Deuxièmement, il est démontré qu'une largeur de raie intrinsèque de quelques dizaines de mHz peut être facilement obtenue en cascadant deux lasers Brillouin non résonants (pour lesquels la pompe effectue un seul passage à l'intérieur de la cavité). Afin d'obtenir ces résultats, la stabilité à long terme a été améliorée en utilisant une boucle d'asservissement de type Pound Drever Hall, ce qui nous permet de comparer nos résultats analytiques et expérimentaux. Malheureusement, nous n'avons pas exploré les limites fondamentales de la réduction du bruit en raison du plancher de bruit de notre banc de mesure. Troisièmement, un des travaux majeurs de cette thèse est l'étude analytique et expérimentale des propriétés du bruit, y compris le bruit de fréquence et le bruit relatif d'intensité, d'un laser Brillouin résonant (pour lequel, les ondes de pompe et de Stokes sont résonantes à l'intérieur de la cavité). En particulier, les impacts du facteur de qualité de la cavité fibrée en anneau, le désaccord de gain Brillouin ont été évalués très précisément sur les caractéristiques du RIN du laser telles que la réduction de l'amplitude du bruit et la fréquence de relaxation. Nous soulignons le fait que de nombreuses caractéristiques du bruit de fréquence sont liées aux propriétés du RIN par un couplage entre l'intensité et la phase. Nous montrons que le processus en cascade modifie la dynamique du laser Brillouin par rapport à celle d'un laser Brillouin monomode avec une seule composante de Stokes de premier ordre. Nos résultats expérimentaux sont en excellent accord avec nos simulations, obtenues grâce à notre système non linéaire décrivant le fonctionnement d'un laser Brillouin multi-Stokes. Cette bonne concordance est principalement due à notre capacité : à obtenir des valeurs très précises des paramètres de la cavité et du coefficient de gain Brillouin en utilisant la technique CRDM ; à atteindre une stabilité à long terme (plusieurs dizaines d'heures) ; à contrôler finement le désaccord entre la résonance de Stokes du laser et la fréquence du maximum de gain Brillouin. Nous démontrons expérimentalement pour la première fois que le bruit de fréquence est dégradé en présence d'une diffusion Brillouin anti-Stokes. Nous montrons également qu'un désaccord de gain de l'ordre de quelques centaines de kHz peut dégrader la réduction du bruit d'intensité ou également augmenter la largeur de raie par un couplage amplitude-phase. Toutes ces observations très fines nous permettent donc de fixer les limites fondamentales de tels systèmes laser comme : l'augmentation du bruit due aux ordres anti-Stokes ; le rôle du bruit de pompe et son interrelation possible avec la finesse de la cavité ; l'effet du désaccord inhérent aux ordres de Stokes plus élevés. Toutes ces conclusions sont les clés de la conception et de l'ingénierie de ces lasers à fibre Brillouin, qui suscitent actuellement beaucoup d'intérêt comme en témoignent les travaux en cours dans la communauté scientifique. Cette thèse de doctorat contribue à une meilleure compréhension des lasers Brillouin multi-Stokes
Stimulated Brillouin Scattering (SBS) is a coherent interaction process in which light is scattered from optically generated acoustic waves. It is a powerful tool for microwave and optical signal processing, distributed sensing and spectroscopy. Brillouin lasers are attracting a lot of interest for their ability to produce ultra coherent linewidths. This thesis is devoted to the understanding of noise properties of Brillouin fiber ring lasers, operating with multiple Stokes orders. First, we present a technique based on the cavity ring-down method, which allows to characterize the Brillouin gain coefficient directly from probing the laser cavity. Its advantages are to obtain parameters from a single experiment with low optical powers (some 10 milliwatts) for short cavities (a few meters long, or integrated cavities). Secondly, it is shown that an intrinsic linewidth of a few tens of mHz can be easily obtained by cascading two non-resonant Brillouin lasers (for which the pump performs a single pass inside the cavity). In order to obtain these results, the long-term stability has been improved by using a Pound-Drever-Hall servo loop, which allows us to compare our analytical and experimental results. Unfortunately, we were unable to explore the fundamental limits of noise reduction due to the noise floor of our bench. Thirdly, one of the major works of this thesis is the theoretical and experimental study of the noise properties, including frequency noise and relative intensity noise, of a resonant Brillouin laser (for which pump and Stokes waves are resonant inside the cavity). In particular, the impacts of the fiber-ring-cavity quality factor, Brillouin gain detuning, are evaluated very precisely on the laser RIN features such as amplitude noise reduction and relaxation frequency. We emphasize the fact that many characteristics of the frequency noise are related to the RIN properties by a coupling between intensity and phase. We show that the cascade process modifies the dynamics of the Brillouin laser when compared to those of a single-mode Brillouin laser with a single first-order Stokes component. Our experimental results are in excellent agreement with our numerical simulations, obtained thanks to our non-linear system describing the operation of a multi-Stokes Brillouin laser. This good match is mainly due to our ability: to obtain very precise values of the cavity parameters and the Brillouin gain coefficient using the CRDM technique ; to achieve long-term stability (hours); to finely control the detuning between the laser Stokes resonance and the frequency of the Brillouin gain maximum. We demonstrate experimentally for the first time that frequency noise is degraded in the presence of anti-Stokes Brillouin scattering. We also show that a gain detuning of the order of a few hundred kHz can degrade the intensity noise reduction or also increase the linewidth by amplitude-phase coupling. All these very fine observations thus allow us to set the fundamental limits of such laser systems such as: the increase in noise due to anti-Stokes orders; the role of pump noise and its possible interrelation with cavity finesse; the effect of the detuning inherent to higher Stokes orders. All these conclusions are key to the design and engineering of these Brillouin fiber lasers, which are currently attracting a great deal of interest as evidenced by the work in progress in the scientific community. This PhD thesis contributes to a better understanding of multi-Stokes Brillouin lasers

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Chanteau, Bruno. "Transfert à très haute résolution d'une référence de réquence ultra-stable par lien optique et application à la stabilisation d'un laser moyen-infrarouge". Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00947696.

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Ce manuscrit présente le transfert d'une référence de fréquence optique ultra-stable grâce à un lien optique et son application à la stabilisation en fréquence d'un laser moyen-infrarouge. Un lien optique permet de transférer un signal ultrastable de fréquence par fibre optique sans dégrader sa stabilité grâce à une compensation du bruit apportée lors de la propagation. Nous avons étendu cette technique à des liens de grande longueur en transférant la référence de fréquence simultanément avec les données du réseau internet. Ainsi des liens de 300 km puis 540 km ont été démontrés avec une stabilité de l'ordre de 10-19 à 104 s. Ce dispositif a été utilisé au LPL pour asservir un laser CO2 émettant à 10 µm sur une référence de fréquence développée au LNE-SYRTE, à l'Observatoire de Paris. Celle-ci est constituée d'un laser ultra-stable émettant à 1,54 µm, dont la fréquence est mesurée par rapport aux étalons primaires du LNE-SYRTE grâce à un laser femtoseconde. Cette référence est transférée par lien optique jusqu'au LPL où elle permet de stabiliser la fréquence de répétition d'un second laser femtoseconde et de mesurer ou contrôler la fréquence d'un laser CO2. Lorsque celui-ci est asservi sur une référence moléculaire (OsO4), la stabilité est de 4.10-14 à 1 s. Les performances sont encore meilleures lorsque le laser CO2 est asservi directement sur la référence optique. Le laser stabilisé pourra ensuite être utilisé pour l'expérience d'observation de la violation de parité dans les molécules chirales développée au LPL. Ceci démontre la faisabilité d'expériences de spectroscopie moléculaire à ultra haute résolution dans les laboratoires ne disposant pas d'étalons de fréquences.

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Mukherjee, Shambo. "Development of a Fabry-Pérot optical interferometer with low thermal and accelerometric sensitivities". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCD023.

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Cette thèse explore le développement d'un laser transportable à largeur de raie ultra fine intégrant une cavité Fabry-Pèrot de haute finesse. La cavité est fabriquée à partir d'un verre ULE à très faible expansion thermique avec des miroirs en silice fondue contactés optiquement, visant à minimiser les perturbations thermiques et mécaniques et à améliorer la stabilité de la fréquence. Une nouvelle méthode numérique de stabilisation de fréquence utilisant une plateforme FPGA est introduite, visant une stabilité relative de fréquence de 1e-15 à une seconde. Cette approche contraste avec les systèmes analogiques traditionnels en offrant une stabilité accrue et une complexité réduite. L'étude examine également plusieurs limitations des lasers ultra-stables comme le bruit de phase, le bruit thermique, etc. et plusieurs approches pour atténuer ces sources de bruit. En outre, un système de distribution de fréquences optiques utilisant des boucles à verrouillage de phase basé sur un FPGA et des liaisons par fibre optique est détaillé, garantissant une transmission stable du signal sur des distances de laboratoire
This thesis explores the development of a transportable, ultra-narrow linewidth laser integrating a high-finesse Fabry-Pèrot cavity made from ultra-low expansion glass with optically contacted Fused Silica mirrors, aiming to minimize thermal and mechanical perturbations and enhance frequency stability. A novel digital frequency stabilization method using an FPGA-based platform is introduced, targeting a fractional frequency stability of 1e-1 5 at 1-second integration. This approach contrasts traditional analog systems by offering increased stability and reduced complexity. The study also examines several limitations of ultra stable lasers like phase noise, thermal noise etc. and several approaches to mitigate these type of noise. Additionally, an optical frequency dissemination system using FPGA-based phaselocked loops and optical fiber links is detailed, ensuring stable signal transmission over laboratory distances

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Tran, Dang Bao An. "Widely tunable and SI-traceable frequency-comb-stabilised mid-infrared quantum cascade laser : application to high precision spectroscopic measurements of polyatomic molecules". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2019. http://www.theses.fr/2019USPCD060.

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Ce manuscrit présente le développement d’un spectromètre dans le moyen infra-rouge qui combine très haute résolution, accordabilité, sensibilité de détection et contrôle de la fréquence absolue. Un laser à cascade quantique (QCL) émettant à 10.3 μm est asservi en phase sur un peigne de fréquences optique lui-même stabilisé sur un laser ultrastable à 1.55 μm transmis par lien optique fibré à partir du LNE-SYRTE, où cette référence de fréquence est contrôlée par rapport aux étalons primaires. On obtient ainsi un QCL de largeur ~ 0.1 Hz, avec une stabilité meilleure que 10⁻¹⁵ à 1 s, et une incertitude de 4 × 10⁻¹⁴ sur sa fréquence absolue. De plus, le QCL peut être balayé largement sur 1.4 GHz sans dégradation de la stabilité et du contrôle absolu de la fréquence. Ce QCL a permis de sonder plusieurs molécules par absorption saturée dans une cellule multipassage. Nous avons démontré une incertitude statistique sur la mesure des fréquences d’absorption au niveau du kHz et une incertitude systématique inférieure à 10 kHz. Nous avons enregistré de nombreuses raies du méthanol, dont plusieurs doublets et des raies très peu intenses, dont certaines n’avaient jamais été observées. La mesure de quelques dizaines de raies du trioxane nous a permis d’en déterminer les paramètres spectroscopiques avec précision. Nous avons également enregistré la structure hyperfine d’une raie de l’ammoniac jusqu’ici non résolue. Ce dispositif est essentiel pour le projet en cours au LPL d’observer la violation de parité dans les molécules. Il permettra également de nombreuses applications de la physique atmosphérique ou interstellaire aux tests de physique fondamentale au-delà du modèle standard
The thesis consists in developing a high-resolution mid-infrared spectrometer traceable to primary frequency standards and providing a unique combination of resolution, tunability, detection sensitivity and frequency control. A quantum cascade laser (QCL) emitting at 10.3 µm is phase locked to an optical frequency comb stabilized to a remote 1.55 µm ultra-stable reference developed at LNE-SYRTE, monitored against primary frequency standards and transferred to LPL via an active noise compensated fibre link. This results in a 0.1 Hz QCL linewidth, a stability below 10⁻¹⁵ at 1 s and an uncertainty on its absolute frequency below 4 × 10⁻¹⁴. Moreover, the setup allows the QCL to be widely scanned over 1.4 GHz while maintaining the highest stabilities and precision. This QCL was used to carry out saturated absorption spectroscopy of several molecules in a compact multipass cell. We demonstrated statistical uncertaintyon line-center frequencies at the kHz level and sub-10 kHz systematic uncertainty. We have recorded several singular K-doublets and many rovibrational transitions of methanol, in particular weak transitions and weak doublets - unreported so far. Precise parameters modelling trioxaneh ave been determined with only a few tens of rovibrational transitions recorded at unprecedented accuracy. The quadrupole hyperfine structure of an ammonia transition has been resolved for thefirst time. This setup constitutes a key element for the project aiming at the first observation of parity violation in molecules currently held at LPL, and, more generally, for various fields of physics, from atmospheric and interstellar physics to fundamental physics beyond the standard model

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Millo, Jacques. "Génération de signaux micro-ondes pour la métrologie à partir de références et de peignes de fréquences optiques". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00637969.

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Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d'un système de génération de signaux micro-ondes à haute stabilité de fréquence. De tels signaux sont obtenus en asservissant en phase un laser femtoseconde à fibre sur une référence de fréquence optique ultra-stable. On est ainsi capable de transférer la stabilité relative de fréquence d'une référence optique dans le domaine micro-onde. Des lasers ultra-stables ont d'abord été développés afin de servir de référence. Ils sont obtenus en asservissant en fréquence un laser sur une cavité Fabry-Perot. Une étude par calculs numériques puis expérimentale a permis de minimiser l'influence, sur les cavités, de la source de bruit dominante qu'est les vibrations. Grâce à cette démarche et à l'utilisation de miroirs de cavité en silice fondue, deux de ces lasers ultra-stables ont une stabilité relative de fréquence estimée à 4,1×10^(-16) @ 1 s. A partir du laser femtoseconde stabilisé sur l'un des lasers ultra-stable, un signal micro-onde à ~12 GHz est généré avec une stabilité de 3×10^(-15) à 1 s. Une horloge atomique à fontaine, interrogée avec ce signal, atteint une stabilité de 3,5×10^(-14)τ^(-1/2), sa limite fondamentale imposée par le bruit de projection quantique. On montre ainsi que la contribution du bruit du signal d'interrogation sur la stabilité de l'horloge (effet Dick) est rendue négligeable. Enfin, la limitation ultime du processus de transfert de l'optique vers la micro-onde a été mesurée en utilisant la même référence optique pour deux lasers femtosecondes identiques. Après optimisation du système, elle a été évaluée au niveau de 2-3×10^(-16) entre 1 s et 10 s.

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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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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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Guinet, Mickaël. "Première détermination de la constante de Boltzmann par une méthode optique". Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00121051.

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Ce manuscrit présente une expérience totalement nouvelle visant à mesurer la constante de Boltzmann par une méthode de spectroscopie laser. Cette constante est déduite de la largeur à mi-hauteur d'un profil d'absorption linéaire d'un gaz d'ammoniac à température contrôlée. Sur le plan théorique, cette expérience nécessite une analyse très poussée de la forme de raie en absorption linéaire.
Dans ce mémoire, je décris les solutions apportées pour obtenir un faisceau laser de fréquence parfaitement contrôlée, largement accordable autour de 10 µm et d'intensité constante. Je décris également les options retenues pour le contrôle en température du gaz d'ammoniac.
Les résultats obtenus sont très encourageants, nous avons après seulement 2 ans déjà obtenu une première mesure de la constante de Boltzmann avec une incertitude relative de 1,9X10-4: k=1,38065(26)X10-23 J.K-1.
Dans ce manuscrit, je présente également plusieurs voies d'amélioration à court et moyen termes.
Je présente enfin une expérience de franges de Ramsey-Bordé référencée sur l'étalon primaire de fréquence localisé à Paris (au SYRTE). La chaîne de mesure absolue de fréquence atteint une résolution de 10-14 et l'incertitude pour la mesure de la frange centrale est également de l'ordre de 10-14. A moyen terme, ce système de mesure par rapport à l'étalon primaire pourra être utilisé pour contrôler la fréquence du laser à CO2 dans les futures expériences de mesure de la constante de Boltzmann.

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Guinet, Mickaël. "Première détermination de la constante de Boltzmann par une méthode optique". Phd thesis, Paris 13, 2006. http://www.theses.fr/2006PA132029.

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Resumen

Ce manuscrit présente une expérience totalement nouvelle visant à mesurer la constante de Boltzmann par une méthode de spectroscopie laser. Cette constante est déduite de la largeur à mi-hauteur d’un profil d’absorption linéaire d’un gaz d’ammoniac à température contrôlée. Sur le plan théorique, cette expérience nécessite une analyse très poussée de la forme de raie en absorption linéaire. Dans ce mémoire, je décris les solutions apportées pour obtenir un faisceau laser de fréquence parfaitement contrôlée, largement accordable autour de 10 µm et d’intensité constante. Je décris également les options retenues pour le contrôle en température du gaz d’ammoniac. Les résultats obtenus sont très encourageants, nous avons après seulement 2 ans déjà obtenu une première mesure de la constante de Boltzmann avec une incertitude relative de 2,110-4: k=1,38062(29)10-23 J. K-1. Dans ce manuscrit, je présente également plusieurs voies d’amélioration à court et moyen termes.

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Vanderbruggen, Thomas. "Détection non-destructive pour l’interférométrie atomique et Condensation de Bose-Einstein dans une cavité optique de haute finesse". Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112067/document.

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Resumen

Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavité
In this thesis, we study several methods to improve atom interferometers. In the first part of the manuscript, we analyze how a nondestructive detection, that preserves the coherence between the internal degrees of freedom in an atomic ensemble, can be used to increase the sensitivity of interferometers. We first theoretically show how the projection of the wave-function induced by the measurement prepares spin-squeezed states. We then present the implementation of this method with a detection based on the frequency modulation spectroscopy. Finally, some first applications are described, more explicitly we show how to implement a quantum feedback that preserve the atomic state against the decoherence induced by a random collective flip, we also introduce a phase-locked loop where the atomic sample is used as the phase reference. In the second part of the manuscript, we present the all-optical realization of a Bose-Einstein condensate in a high-finesse cavity using a laser system based on standard telecoms technologies. We first describe the resonator and the frequency lock of the laser on the resonance, in particular, we introduce a new stabilization method based of the serrodyne modulation. Finally, we show how the condensate is obtained from the evaporation in the cavity mode

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Huang, G. "Wavelength stabilisation in laser diodes". Thesis, University of Cambridge, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.604711.

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This thesis discusses the wavelength stabilisation of semiconductor lasers for WDM applications. The motivation is to explore the potential of a novel athermal WDM laser with much less wavelength drift than conventional lasers, and without the traditional external temperature compensation units. The study is mainly theoretical, but some experimental work is included. Based on the Cambridge time domain model, intensive simulation has been done to investigate the design space of DBR lasers. Although the structure of the initial prototype DBR model is simple, the simulation output results are rather complex. All the main parameters such as grating length, grating coupling strength, total laser cavity length and waveguide scattering loss are varied. Results obtained agree with current measurements on DBR lasers, and support dimensions and structures derived empirically. Based upon the above results, simulation work then goes further towards the athermal WDM laser idea which employs negative temperature coefficient material to physically compensate the frequency variation with temperature. A polymer widely used in optical waveguides is one candidate. Having reviewed temperature dependent parameters in semiconductor lasers, we incorporated these into the Cambridge Time Domain model. It predicts a wavelength shift of about 0.75 nm over a 100^oC range at wavelength of 1500 nm where about 9nm would be expected from a normal DFB laser. It also reveals other complex and interesting behaviour, which is likely to give several useful insights into the behaviour of tuneable and other forms of DBR and BFB lasers. An experiment to verify the athermal effect of a polymer has been done. Focussed ion beam etch was employed to form a deep grating in near-conventional FP laser, and the grating voids were filled with the polymer. Lasing action with good wavelength stability was observed, though the particular structure employed is probably not capable of single mode operation over a wide temperature range.

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Potvin, Simon. "Interférométrie à peignes de fréquence référencés : échantillonnage optique par variation de la longueur de cavité et doublage en fréquence". Doctoral thesis, Université Laval, 2014. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25264.

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Dans le but d'étendre la plage d'utilisation des instruments à peignes de fréquence en les rendant plus polyvalents, les travaux de cette thèse présentent des solutions à deux limitations fondamentales liées à leur utilisation : le rapport cyclique de mesure utile et la bande optique limitée, et parfois non disponible, des sources lasers utilisées. La première limitation provient du fait que dans un interféromètre à peignes, la plage de l'interférogramme mesurée est fixée par le taux de répétition des peignes. Ainsi, lorsqu'une plage plus petite est nécessaire, du temps de mesure est perdu et l'utilisation de l'instrument n'est plus optimale. La solution qui est proposée est d'utiliser seulement un peigne, mais dans une configuration où l'échantillonnage optique est réalisé en variant la longueur de la cavité laser. Ensuite, pour démontrer comment la deuxième limitation peut être contournée, des peignes générés de manière non linéaire par doublage de fréquence sont utilisés pour développer un interféromètre référencé à peignes doublés. Afin d'extraire des mesures précises avec les interféromètres à peignes, le battement entre les peignes doit être référencé. Dans les travaux de cette thèse, un système de référencement optique développé pour les interféromètres à peignes est adapté aux deux instruments proposés. Dans le cas de l'interféromètre à peignes doublés, un système de référencement fonctionnant à la fréquence fondamentale des peignes est démontré. Pour évaluer les performances des instruments développés dans ces travaux, des mesures précises de l'absorption du cyanure d'hydrogène, du rubidium, de l'oxygène et de l'acétylène sont présentées, incluant des mesures moyennées sur quelques heures par un système de correction et de moyennage en temps réel.

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Godard, Antoine. "STABILISATION D'UNE DIODE LASER ACCORDABLE PAR FILTRAGE AUTO-ORGANISABLE". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00222084.

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Les diodes laser à cavité étendue commerciales offrent une émission monomode continû-ment accordable autour de 1550 nm sur une plage allant jusqu'à 150 nm. De telles performances nécessitent une excellente stabilité mécanique et des ajustements très délicats. De plus, pour éviter tout fonctionnement multimode, la puissance maximale doit être limitée. L'insertion d'un cristal photoréfractif dans le résonateur crée un filtre spectral adaptatif qui permet de relâcher ces contrain-tes. Dans ce manuscrit, nous démontrons et modélisons le fonctionnement d'un tel système.
Tout d'abord, nous étudions les conditions requises pour garantir une oscillation monomode stable en absence de cristal. Les processus non-linéaires induisant des mélanges d'ondes (hole bur-ning spectral, échauffement des porteurs et pulsations de la densité de porteurs) et donc des coupla-ges entre modes sont étudiés et pris en compte pour modéliser les conditions de sauts de modes.
Ensuite, nous modélisons le filtre photoréfractif. Son principe de fonctionnement est le sui-vant : la figure d'onde stationnaire du mode est reproduite dans le volume du cristal sous la forme d'une modulation d'indice qui correspond donc à un réseau de Bragg et agit comme un filtre spec-tral. Une stabilisation du mode oscillant est obtenue grâce à l'effet combiné de ce filtre adaptatif et du filtrage passif de la cavité étendue (réseau monté en configuration Littman).
Puis, nous présentons les améliorations apportées par cette technique de filtrage auto-organisable. Expérimentalement, nous démontrons que, grâce une prévention efficace des sauts de modes et des fonctionnements multimodes, une oscillation monomode stable peut être maintenue pour des puissances supérieures à celles atteignables en absence de cristal. Enfin, nous confrontons les mesures aux modélisations de la cavité auto-organisable où les phénomènes de couplage de mo-des et le filtre photoréfractif sont pris en compte simultanément.

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Smowton, P. M. "The frequency stabilisation of laser diodes for industrial applications". Thesis, Cardiff University, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.319933.

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BOUYER, JEAN-PHILIPPE. "Stabilisation par injection optique d'un laser a semi-conducteur". Paris 11, 1992. http://www.theses.fr/1992PA112267.

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Ce memoire presente les resultats experimentaux et theoriques obtenus sur le verrouillage de phase et le transfert de purete spectrale par injection optique dans les lasers a semi-conducteur en ingaasp. Sur le plan experimental, quelques dizaines de nanowatts suffisent a imposer au laser esclave la frequence du faisceau injecte. Le bruit de frequence du laser maitre, trop eleve pour permettre une etude precise de l'injection, est reduit par couplage optique resonnant sur cavite externe. Le transfert de la purete spectrale du laser maitre, ainsi que la stabilite du laser esclave le long de la plage de verrouillage, sont examines en detail. De plus, le transfert de purete spectrale d'un faisceau monomode dans un composant multimode, est egalement etudie. Sur le plan theorique, l'evolution non lineaire des mecanismes de verrouillage de phase, dans les trois regimes d'injection, est integralement expliquee. Le transfert de purete spectrale se manifeste, dans le cas multimode, par un partage de saturation entre les diverses composantes spectrales de gain. Dans le cas multimode, par un partage de saturation entre les diverses composantes spectrales de gain. Dans le cas monomode, le calcul de la densite spectrale de bruit de frequence de la diode laser esclave, injectee par un faisceau stabilise en frequence, montre que la purete spectrale du laser maitre est integralement transmise au laser esclave, jusqu'a une frequence de coupure proportionnelle a la racine carree de la puissance injectee. Un chapitre d'application met finalement en uvre trois methodes de mesure du facteur de henry fondees sur l'injection optique et permet d'estimer leurs fiabilites relatives

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Hopper, David J. "Investigation of laser frequency stabilisation using modulation transfer spectroscopy". Thesis, Queensland University of Technology, 2008. https://eprints.qut.edu.au/16667/1/David_John_Hopper_Thesis.pdf.

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Resumen

Optical frequency standards are necessary tools for accurate measurement of time and length. In practice these standards are stabilised laser systems locked to a known frequency reference. These references are typically the resonant frequencies of the atoms of an absorption medium that have been theoretically calculated to a high degree of accuracy. This thesis describes a combination of experimental and theoretical research performed on modulation transfer spectroscopy (MTS)--a technique used to frequency stabilise a laser in order to produce an accurate frequency reference--with emphasis placed on developing techniques and procedures to overcome the limitations found in existing MTS stabilised laser systems. The focus of the thesis is to generate a highly accurate frequency reference by researching the system parameters that will increase the signal to noise ratio and improve the accuracy of the reference through refinement of the signal structure. The early theoretical interpretation of MTS was effectively a low absorption approximation that occurs at low pressures. This approximation ignores the depletion of beam energy through absorption and is a distinct limitation of the theoretical model in its ability to accurately predict the influence of a range of system parameters on signal strength and structure. To overcome this limitation a 3-D (or volumetric) analysis was developed and is presented here for the first time. This volumetric model is a measure of two depleted beams interacting collinearly in an absorbing medium of iodine and is described to accurately predict the signal maximum as a function of pressure for all wavelengths. This model was found to be more accurate in predicting the influence of system parameters on the signal strength and structure, including that of pump beam intensity, pressure, saturation parameter, cell length and modulation parameters. The volumetric model is a novel approach to MTS theory but is more complex computationally than the traditional low pressure model and therefore more difficult to implement in many situations. To overcome this problem a hybrid model was developed as a combination of the low pressure and volumetric models. The comparison between the rigorous volume model and the hybrid model indicate that there is a deviation in the signal strength at high pressures. However, the agreement was very good in the pressure regimes that are commonly used to realise actual frequency references. Comparison of the hybrid model to experimental data was performed over a range of different wavelengths (532 nm, 543.5 nm, 612 nm and 633 nm) and found to be in close agreement. This gives confidence in the model to accurately predict signal strength and structure in any situation. Three mechanisms have been identified that limit the accuracy of frequency references due to the creation of residual amplitude modulation (RAM) where it shifts the frequency of the reference. The influence of RAM is included in the hybrid model as a ratio of the amplitude modulated and frequency modulated components of the saturating beam. These RAM production mechanisms result from the modulation of the saturating beam, the overlap of the beams in the medium, and the differential absorption of the sidebands in the medium. While the first mechanism has been previously reported the latter two are discussed here in detail for the first time. RAM generated by the modulators used (acousto-optic or electro-optic modulators) was typically of the order of 10% to 12%, depending on the excursion of the created sidebands. RAM generated by an asymmetric beam overlap with the modulators used was found to be as large as 30%. A combination of these two independent mechanisms can be used to provide a "RAM-free" state of the system by using one to cancel the effects of the other. The third RAM generation process--medium induced RAM--is difficult to remove but through a careful combination of absorption related parameters--namely, pump intensity, cell length, pressure and detector phase--the effects of RAM can be removed, leading to a distortion free MTS signal. Further investigation into the predictions provided by the hybrid model shows that there is a complex relationship between cell length and the optimum pressure required for maximum signal strength, such that longer cell lengths will not necessarily improve the signal strength. This is contrary to conventional thinking and is important in the MTS design process to reduce unnecessary costs and improve the signal to noise ratio and frequency accuracy. Optimisation of frequency stabilised laser systems using MTS are generally performed using trial and error. Comparison of these optimum parameter values to those predicted by the hybrid model show that for popular wavelengths such as 532 nm they are similar. In addition, the hybrid model is able to predict the frequency shifts that arise within the system parameters used and has shown that existing systems being used at 532 nm, 633 nm and 778 nm could improve their signal to noise ratio and accuracy through a variation in the parameters. A methodology based on the hybrid model is presented that can be used to calculate the optimum parameters for maximum signal strength and a "RAM-free" state for any wavelength. This systematic approach can therefore be used to guide the design of actual frequency stabilised laser systems prior to and during the design process.

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Hopper, David J. "Investigation of laser frequency stabilisation using modulation transfer spectroscopy". Queensland University of Technology, 2008. http://eprints.qut.edu.au/16667/.

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Optical frequency standards are necessary tools for accurate measurement of time and length. In practice these standards are stabilised laser systems locked to a known frequency reference. These references are typically the resonant frequencies of the atoms of an absorption medium that have been theoretically calculated to a high degree of accuracy. This thesis describes a combination of experimental and theoretical research performed on modulation transfer spectroscopy (MTS)--a technique used to frequency stabilise a laser in order to produce an accurate frequency reference--with emphasis placed on developing techniques and procedures to overcome the limitations found in existing MTS stabilised laser systems. The focus of the thesis is to generate a highly accurate frequency reference by researching the system parameters that will increase the signal to noise ratio and improve the accuracy of the reference through refinement of the signal structure. The early theoretical interpretation of MTS was effectively a low absorption approximation that occurs at low pressures. This approximation ignores the depletion of beam energy through absorption and is a distinct limitation of the theoretical model in its ability to accurately predict the influence of a range of system parameters on signal strength and structure. To overcome this limitation a 3-D (or volumetric) analysis was developed and is presented here for the first time. This volumetric model is a measure of two depleted beams interacting collinearly in an absorbing medium of iodine and is described to accurately predict the signal maximum as a function of pressure for all wavelengths. This model was found to be more accurate in predicting the influence of system parameters on the signal strength and structure, including that of pump beam intensity, pressure, saturation parameter, cell length and modulation parameters. The volumetric model is a novel approach to MTS theory but is more complex computationally than the traditional low pressure model and therefore more difficult to implement in many situations. To overcome this problem a hybrid model was developed as a combination of the low pressure and volumetric models. The comparison between the rigorous volume model and the hybrid model indicate that there is a deviation in the signal strength at high pressures. However, the agreement was very good in the pressure regimes that are commonly used to realise actual frequency references. Comparison of the hybrid model to experimental data was performed over a range of different wavelengths (532 nm, 543.5 nm, 612 nm and 633 nm) and found to be in close agreement. This gives confidence in the model to accurately predict signal strength and structure in any situation. Three mechanisms have been identified that limit the accuracy of frequency references due to the creation of residual amplitude modulation (RAM) where it shifts the frequency of the reference. The influence of RAM is included in the hybrid model as a ratio of the amplitude modulated and frequency modulated components of the saturating beam. These RAM production mechanisms result from the modulation of the saturating beam, the overlap of the beams in the medium, and the differential absorption of the sidebands in the medium. While the first mechanism has been previously reported the latter two are discussed here in detail for the first time. RAM generated by the modulators used (acousto-optic or electro-optic modulators) was typically of the order of 10% to 12%, depending on the excursion of the created sidebands. RAM generated by an asymmetric beam overlap with the modulators used was found to be as large as 30%. A combination of these two independent mechanisms can be used to provide a "RAM-free" state of the system by using one to cancel the effects of the other. The third RAM generation process--medium induced RAM--is difficult to remove but through a careful combination of absorption related parameters--namely, pump intensity, cell length, pressure and detector phase--the effects of RAM can be removed, leading to a distortion free MTS signal. Further investigation into the predictions provided by the hybrid model shows that there is a complex relationship between cell length and the optimum pressure required for maximum signal strength, such that longer cell lengths will not necessarily improve the signal strength. This is contrary to conventional thinking and is important in the MTS design process to reduce unnecessary costs and improve the signal to noise ratio and frequency accuracy. Optimisation of frequency stabilised laser systems using MTS are generally performed using trial and error. Comparison of these optimum parameter values to those predicted by the hybrid model show that for popular wavelengths such as 532 nm they are similar. In addition, the hybrid model is able to predict the frequency shifts that arise within the system parameters used and has shown that existing systems being used at 532 nm, 633 nm and 778 nm could improve their signal to noise ratio and accuracy through a variation in the parameters. A methodology based on the hybrid model is presented that can be used to calculate the optimum parameters for maximum signal strength and a "RAM-free" state for any wavelength. This systematic approach can therefore be used to guide the design of actual frequency stabilised laser systems prior to and during the design process.

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Mekki, Hamid El. "Ultrasons laser, analyse temps-fréquence-énergie appliquée au contrôle". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0340.

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La fiabilité des méthodes de contrôle par génération et détection d'ondes acoustiques par laser, donc sans contact et dans une large bande de fréquences (quelques centaines de KHz a plusieurs MHz), implique la maitrise des conditions d'interaction laser-matière, propagation des ondes acoustiques et traitement du signal. Dans cette étude, nous nous intéressons à des résultats obtenus avec un laser CO#2 impulsionnel de haute intensité, qui s'avère une bonne source pour la génération, et une sonde interférométrique (mach-zehnder) pour la détection. Elle se base en premier lieu sur l'influence de la densité énergétique, l'état de surface et l'angle d'incidence sur la génération des ondes acoustiques, en deuxième lieu, sur le comportement acoustique de différents matériaux en utilisant les deux régimes d'émission (thermo élastique et micro ablation). Enfin, une analyse de la qualité des pièces par un traitement du signal temps-fréquence-énergie serait à même d'utiliser toutes les possibilités afférentes par ce procède de génération et de détection sans contact.

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Dellea, Olivier. "Etude et réalisation d'une microsource laser stabilisée en fréquence". Brest, 2000. http://www.theses.fr/2000BRES2039.

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Les diodes laser sont des composants cles pour de nombreux systemes optiques mais leurs performances spectrales en stabilite et largeur de raie sont encore insuffisantes pour satisfaire les exigences de certains domaines d'applications, notamment les telecommunications optiques ou l'instrumentation. Pour ameliorer la stabilite de l'emission, reduire la largeur de raie ou faire varier la plage spectrale des diodes laser, une solution consiste a etendre la cavite resonante. Sur ce principe, nous proposons dans ce memoire un nouveau concept de cavite etendue pour la realisation d'une microsource laser stabilisee en frequence. Cette microsource est constituee d'une diode laser emettant par la surface surmontee d'un miroir externe. Dans une premiere partie nous developpons les principes de modelisation de la cavite composee par la diode laser et le miroir puis, dans une seconde partie, nous etudions suivant ce modele differentes configurations de cavite pour en degager les caracteristiques de fonctionnement. En troisieme partie, l'approche theorique est completee par l'analyse de la contribution de l'emission spontanee dans la largeur de raie. La simulation de cas typiques de la cavite montre alors la reduction de la largeur de raie procuree par la presence d'un miroir. Apres avoir valide experimentalement le concept de cavite etendue, nous presentons dans la derniere partie la conception, la realisation et l'experimentation d'une microsource utilisant les techniques de fabrication developpees pour la realisation des microsystemes.

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Buet, Xavier. "Nouvelles architectures de réseaux résonants pour la stabilisation de diodes laser". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00762103.

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L'étude porte sur la stabilisation spectrale de diodes laser par des cavités externes incorporant un filtre à réseau résonant. La première partie des travaux concerne la modélisation de la cavité externe et les critères requis sur les caractéristiques d'un filtre pour obtenir une émission monomode. La conception et la réalisation de différents réseaux, utilisés en montage de type Littrow, permettent d'obtenir une stabilisation de diodes conventionnelles avec un SMSR supérieur à 30dB, tout en étant très sensible aux désalignements, en raison de la faible tolérance angulaire de ces filtres. La seconde partie concerne de nouveaux types de filtres, dont le réseau résonant est encadré par 2 réseaux latéraux de demi-période. Ces filtres présentent une grande tolérance angulaire proche de 10°, associée à une largeur spectrale nanométrique, qui autorise un montage en oeil de chat, compact et facile à mettre en oeuvre, tout en obtenant une stabilisation spectrale avec un SMSR supérieur à 30dB.

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Doualle, Thomas. "Stabilisation de dommages laser et de défauts sur composants optiques de silice par procédés laser CO2". Thesis, Ecole centrale de Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECDM0010/document.

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Une des limitations du fonctionnement des grandes chaines lasers de puissance telle que le Laser MegaJoule, est la problématique de l’endommagement laser des composants optiques. Différents phénomènes physiques qui dépendent à la fois des propriétés des matériaux, de leurs conditions de fabrication/ préparation et des paramètres d’irradiation laser peuvent conduire à un amorçage de dommages sur la surface ou dans le volume, qui vont croître lors d’irradiations successives. Ce phénomène limite la montée en puissance, affecte la durée de vie des composants optiques et le coût de maintenance des chaînes laser. Il peut également être à l’origine de graves problèmes de sécurité. Pour remédier à cette croissance des dommages et augmenter la durée de vie des composants en silice, un procédé laser dit de «stabilisation » est étudié dans le cadre de cette thèse, l’objectif étant de traiter les dommages pour arrêter leur croissance sous tirs répétés afin de recycler les optiques endommagées. Ce processus consiste en une fusion, suivie d’une évaporation locale, par dépôt d’énergie localisé par un faisceau laser CO2, de la zone fracturée de silice. Nous nous sommes intéressés particulièrement à la stabilisation de dommages laser sur silice par un procédé de micro-usinage par laser CO2 dans le but de traiter des dommages de dimensions millimétriques. Cette technique est basée sur une micro-ablation rapide de la silice durant laquelle le faisceau laser est balayé à la surface du composant afin de former un cratère de forme ajustable (typiquement conique) englobant le site endommagé. Un banc d’expérimentations a ainsi été mis en place à l’Institut Fresnel pour développer et étudier ce procédé. Différents travaux numériques et expérimentaux ont également été menés pour valider et optimiser la technique. Nos travaux ont montré l’efficacité de ce procédé de micro-usinage par laser CO2 pour arrêter la croissance de dommages de plusieurs centaines de microns de largeur et de profondeur. Pour parvenir à cet objectif nous nous sommes appuyés sur la modélisation des phénomènes physiques mis en jeu lors des expériences de stabilisation en utilisant le logiciel de simulation multi-physique COMSOL. D’une part, le modèle thermique, développé au cours de cette thèse, permet de calculer la distribution de température dans le matériau pendant le tir laser avec ou sans mouvement du faisceau. Combinées à une approche thermodynamique, ces simulations thermiques permettent de décrire les transformations de la silice lors de l’irradiation afin de prédire la morphologie des cratères formés dans le verre. D’autre part, la partie mécanique du modèle permet de simuler la position et la valeur des contraintes résiduelles, générées dans le matériau autour du cratère CO2, lors de l’élévation de température suivie du refroidissement rapide. D’autres expériences concernant le traitement de fractures liées au polissage, ou des défauts de fabrication de réseaux de silice sont également traités dans ce manuscrit
One limitation of the operation of large power lasers chains such as Laser MegaJoule, is the issue of laser damage of optical components. Different physical phenomena which depend on both the properties of materials, their conditions of manufacture / preparation and laser irradiation parameters can lead to damage initiation on the surface or in the volume, which will grow under successive irradiation. This effect limits the output power, affects the lifetime of the optical components and the maintenance cost of the laser. It can also cause serious safety problems. To address this issue and increase the lifetime of fused silica components, a laser process called "stabilization" is studied in this thesis, the aim being to treat the damage sites to stop their growth under repeated pulses for recycling damaged optics. This process consists of melting, followed by local evaporation by localized energy deposition by a CO2 laser beam of the damage site. We focused particularly on the stabilization of silica components by a micromachining process using a CO2 laser in order to treat millimeter size damages. This technique is based on fast micro-ablation of the silica during which the laser beam is scanned on the component surface to form an adjustable form of crater (typically conical) including the damaged site. A bench of experiments has been set up at the Fresnel Institute to develop and study this process. Various numerical and experimental works were also conducted to validate and optimize the technique. Our work has shown the efficiency of this micro-machining process by CO2 laser to stop the growth of damage to several hundred microns wide and deep. To achieve this goal we relied on modeling of physical phenomena involved in stabilization experiments using the COMSOL Multiphysics simulation software. First, the thermal model developed in this thesis is used to calculate the temperature distribution in the material during laser irradiation with or without movement of the beam. Combined with a thermodynamic approach, these thermal simulations can describe the transformation of silica during irradiation and predict the morphology of craters formed in the glass. Secondly, the mechanical part of the model can simulate the position and value of residual stress generated in the material around the crater after the temperature rise followed by rapid cooling. Other experiments on the treatment of fractures related to polishing on silica surfaces, or manufacturing defects on silica gratings are covered in this manuscript

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Durand, Mathieu. "Maintien du couplage optique entre une ECDL et une cavité de haute finesse : application à la mesure ultrasensible de biréfringence induite par effet Kerr". Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00432201.

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Ce travail se place dans le cadre de la mesure ultrasensible d'anisotropie de phase optique que permet l'emploi adapté des cavités de très haute finesse. Pour stabiliser la fréquence laser sur une résonance de la cavité, un schéma d'asservissement reposant sur la rétroaction optique est utilisé.Une première partie décrit le couplage optique entre le laser et la cavité à travers l'analyse du comportement de la fréquence d'émission du laser auto-réinjecté. Une comparaison analytique théorie expérience a permis d'identifier les signaux d'erreur nécessaires au maintien durable de la fréquence du laser à l'exacte résonance d'un mode de la cavité. Après une description détaillée du dispositif d'asservissement, sa réalisation expérimentale sur une cavité de finesse de quelques milliers (F = 3 000)a démontré la possibilité de stabiliser la fréquence laser sur plus de dix heures avec une excursion résiduelle à la seconde de 375 Hz.Dans la deuxième partie, le développement précédent a été mis en œuvre sur une cavité de très haute finesse (F = 250 000) et a permis la mesure ultrasensible de biréfringence induite dans des gaz par effet Kerr. L'originalité du dispositif repose sur la mise à profit de la biréfringence résiduelle des miroirs de haute réflectivité.Elle est utilisée d'une part comme source à la rétroaction optique, et d'autre part comme biais optique à la mesure de la biréfringence du gaz. Une étude théorique et expérimentale détaillée des sources de bruit présent dans la chaîne de détection en fonction de la valeur du biais optique a permis de réaliser la mesure de déphasage au niveau du bruit de photons avec quelques mW de puissance laser. Ainsi, une sensibilité référence sur la mesure de déphasage Kerr de 3.10−13 rad a été démontrée pour un temps de mesure de 800 sec. Cette valeur record améliore de trois ordres de grandeur les déphasages Kerr précédemment mesurés. Le dispositif a été de plus mis à profit pour la mesure à faible champ électrique (< 40 V /mm) et à pression atmosphérique, des constantes de Kerr de différents gaz moléculaires et atomiques jusqu'à l'He.

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Youssef, Wael. "Contrôle et stabilisation de systèmes élastiques couplés". Thesis, Metz, 2009. http://www.theses.fr/2009METZ017S/document.

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Cette thèse est constituée de deux parties principales. Dans la première partie on traite l'observabilité et la contrôlabilité exacte internes indirectes des systèmes hyperboliques faiblement couplés et du système de Timoshenko. La deuxième partie est consacrée à l'étude de problèmes concernant la stabilisation directe du système de Bresse par des feedbacks non linéaires en utilisant la méthode des multiplicateurs et des techniques d'inégalités intégrales, et sa stabilisation indirecte seulement par deux feedbacks localement distribués au voisinage du bord en utilisant l'approche de fréquence de domaine. On traite dans cette partie aussi la stabilisation indirecte du système de Timoshenko dans le cas d'un seul feedback localement distribué au voisinage du bord
This thesis consists of two main parts. In the fi#rst part, it treats the indirect internal observability and exact controllability of a weakly coupled hyperbolic system and of the Timoshenko system. The second part is devoted to the study of problems concerning the direct stabilization of the Bresse system by non-linear feedbacks using multiplier method and integral inequality techniques, and its indirect stabilization only by two locally distributed feedbacks at the neighborhood of the boundary using the frequency domain method. Is treated in this part also the indirect stabilization of the Timoshenko system subject to a single feedback locally distributed at the neighborhood of the boundary

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Philippe, Charles. "Sources laser à 1,5 µm stabilisées en fréquence sur l'iode moléculaire". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEO007/document.

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Cette thèse porte sur le développement d’un dispositif laser à 1,54 µm, triplé en fréquence et stabilisé sur une transition hyperfine de l’iode moléculaire au voisinage de 514 nm.Une partie importante de ce travail est consacrée au triplage de la fréquence d’une diode laser à 1,54 µm, en utilisant deux cristaux non linéaires de Niobate de lithium en structure guide d’onde (PPLN), fibrés. Une efficacité de conversion non linéaire P3w/Pw > 36 % a été obtenue, constituant le meilleur rendement jamais démontré pour un processus de triplage de fréquence en mode continu. Une puissance harmonique de 300 mW a été ainsi générée à 514 nm, à partir d’une puissance fondamentale de 800 mW à 1,54 µm. Le banc optique est totalement fibré, et la puissance électrique totale consommée, nécessaire pour réaliser le triplage de fréquence, n’est que de 20 W. Selon un mode opératoire spécifique, ce dispositif laser permet de fournir simultanément trois radiations intenses, stabilisées en fréquence, à 1.54 µm, 771 nm et 514 nm.Suite à ce développement, un banc de spectroscopie laser très compact a été mis en place, basé sur une courte cellule en quartz scellée, contenant une vapeur d’iode moléculaire. Une puissance optique < 10 mW dans le vert est suffisante pour détecter les transitions hyperfines de l’iode, de grand facteur de qualité au voisinage de 514 nm (Q > 2x109).Une stabilité de fréquence de 4,5 x 10-14 τ-1/2 avec un minimum de 6 x 10-15 de 50 s à 100 s a été démontrée dans le cadre de cette étude. Cette stabilité de fréquence constitue la meilleure performance jamais conférée à une source laser à 1,5 µm à l’aide d’une vapeur atomique, en utilisant une technique simple d’interrogation sub-Doppler.Cette étude a permis d’identifier les points clés permettant de mettre en place dans le futur proche, un dispositif laser stabilisé, totalement fibré, d’un volume < 10 litres.Ce développement pourrait répondre aux besoins de nombreux projets spatiaux nécessitant des liens optiques ultrastables en fréquence, inter-satellites ou bord-sol, pour la géodésie spatiale (GRICE), la mesure du champ gravitationnel terrestre (GRACE FO, NGGM), la détection d’ondes gravitationnelles (LISA), etc. …
This thesis describes the frequency stabilization of a 1.54 µm laser diode on an iodine hyperfine line at 514 nm, after a frequency tripling process.An important part of this work is dedicated to the development of the frequency tripling process of a 1.54 µm laser diode, using two periodically polled wave guided Lithium Niobate nonlinear crystals. A nonlinear conversion efficiency P3w/Pw > 36 % is obtained. This result is the best efficiency ever demonstrated for a CW frequency tripling process. 300 mW of harmonic power is generated at 514 nm from a fundamental optical power of 800 mW at 1.54 µm. The optical setup is fully fibered. The total power consumption of this frequency tripling process is 20 W only. Using a specific operation mode, this laser setup emits simultaneously three frequency-stabilized and intense radiations at 1.54 µm, 771 nm and 514 nm.Following this development, a very compact laser spectroscopy setup was built, based on a short sealed quartz cell, which contains the molecular iodine vapor. An optical power lower than 10 mW in the green is sufficient to carry out the iodine vapor interrogation, and to detect the hyperfine saturation transitions, which have a high quality factor around 514 nm (Q > 2x109).A frequency stability at the level of 4.5 x 10-14 τ-1/2 with a minimum value of 6 x 10-15 from 50 s to 100 s is demonstrated in this study. This frequency stability is the best result ever conferred to a laser diode at 1.54 µm, using in a simple way a Doppler-free iodine spectroscopy technique.This work has allowed to identify the major key components, in order to develop in the near future, a fully fibered and compact stabilized laser prototype occupying a total optical volume < 10 liters.Such a laser source could cover the needs of numerous space projects that require ultra-stable frequency optical links, inter-satellite or ground to space, for space geodesy (GRICE), Earth gravitational field measurement (GRACE-FO, NGGM), gravitational waves detection (LISA) , etc. …

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Benech, Pierre. "Etude d'un interféromètre en optique intégrée sur verre : stabilisation d'une diode laser". Grenoble INPG, 1990. http://www.theses.fr/1990INPG0002.

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Apres un rappel theorique sur les guides optiques et le principe des jonctions y, un interferometre a deux ondes en optique integree dont les caracteristiques sont bien adaptees a la stabilisation d'une diode laser est decrit. La technologie utilisee est l'echange d'ions sur verre assiste par champ electrique. Un modele numerique de simulation des profils a une et deux dimensions est expose. Il est montre que le guidage de la lumiere dans le cas considere est du principalement aux contraintes. Le probleme des interconnexions optiques est aborde a des solutions simples sont proposees. Les tolerances aux desalignements sont evaluees en utilisant la methode du champ proche. Des couplages de plus de 25 pour cent entre diode laser et fibre ont ete obtenus. Les possibilites de stabilisation d'une diode laser sur un interferometre en optique de volume ont ete explorees. Ces mesures ont permis de choisir les caracteristiques de l'interferometre de mach zehnder realise par echange d'ions et ont montre les avantages de l'optique integree, en particulier pour la stabilite mecanique des systgemes optiques. L'interferometre de mach zehnder ainsi elabore offre une difference de chemin optique de 6,9 mm et un contraste superieur a 65 pour cent

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Delord, Jean-Marie. "Echantillonnage photoconductif de signaux radio-fréquence". Chambéry, 2010. http://www.theses.fr/2010CHAMS026.

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La très grande stabilité des sources lasers impulsionnelles utilisées comme "horloges" optiques permet d'envisager la réalisation de convertisseurs analogique-numériques fonctionnant jusqu'aux radio-fréquences. Dans ce travail nous abordons plus précisément l'étude de l'échantillonnage photoconductif pour le traitement de signaux entre 10 et 20 GHz. L'utilisation de matériau semiconducteur rapide (GaAs épitaxié à basse température) nous permet d'obtenir les bandes passantes requises alors que la propagation du signal microonde est assurée par un guide d'onde métallique déposé sur le substrat semiconducteur. Notre contribution consiste en la modélisation et la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu, notamment lors de l'interaction lumière-semiconducteur et de leur impact sur les performances du dispositif. Nous avons pour cela développé plusieurs modèles analytiques de la photocommutation, de l'échantillonnage et de la réponse fréquentielle des échantillonneurs. Finalement une étude fine de l'origine des non-linéarités dans la réponse électrique des échantillonneurs sous éclairement nous a permis de démontrer la possibilité de réaliser des dispositifs présentant une résolution effective de 6 bits à la fréquence de 10 GHz
The great stability of mode locked laser used as optical "clocks" allows the realization of analog to digital converters operating up to radio frequencies. In this work we consider more specifically the study the photoconductive sampling of signais between 10 and 20 GHz. The use of ultra fast semiconductor matériel (low temperature grown GaAs) allows us to obtain the required bandwidth while the signal propagation is achieved by a metallic microwave waveguide deposited on the semiconductor substrats. Our contribution consists in the modeling and understanding of physical phenomena involved, particularly in the lightsemiconductor interaction and their impact on device performance. For that, we have developed several analytical models of photoswitching process, sampling process and frequency response of samplers. Finally, a detailed study of the origin of nonlinearities in the electrical response of the samplers under illumination allowed us to demonstrate the feasibility of devices with an effective resolution of 6 bits at a frequency of 10 GHz

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Day, Richard. "Une nouvelle technique d'imagerie laser basée sur la réinjection décalée en fréquence : Laser Optical Feedback Imaging (LOFI)". Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10234.

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Nous presentons dans ce memoire une nouvelle methode d'imagerie laser que nous avons appelee laser optical feedback imaging (lofi). Cette technique utilise la faible retrodiffusion, provenant de l'objet a analyser, qui est decalee en frequence optique et reinjectee dans la source laser. Dans le laser, il se produit alors un battement entre le champ intra-cavite et le champ reinjecte qui est amplifie par la dynamique du laser lorsque la frequence de decalage est resonante avec la frequence de relaxation du laser. La methode lofi est une detection coherente et auto-alignee dans laquelle le champ intra-cavite joue le role de filtre spatial et de faisceau de reference. A partir de la dynamique d'un microlaser nous presentons un modele theorique qui montre qu'en detectant la modulation d'intensite laser a la frequence de decalage le systeme est analogue a une detection heterodyne ou l'oscillateur local est le laser lui meme. On montre que l'amplitude de la modulation est proportionnelle a la racine carre de la reflectivite effective de la cible et que la phase de la modulation est proportionnelle a la distance entre le laser et la cible. Nous montrons egalement que la technique lofi est une technique de detection tres sensible limitee par le bruit de grenaille (shot noise). Nous presentons un dispositif experimental lofi base sur un microlaser de nd/sup 3+/:yag comme source laser et avec des modulateurs acousto-optiques pour obtenir le decalage en frequence optique. Nous montrons qu'il y a une tres bonne correspondance entre le modele propose et les observations experimentales. Ensuite nous presentons des resultats preliminaires qui demontrent la potentialite de la technique lofi dans les domaines de l'imagerie en milieux diffusants, de l'imagerie 3-d, de la velocimetrie, de la profilometrie submicronique, des tests non-destructifs, de la vibrometrie, de la microphonie optique et de la telemetrie.

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Asmari, Abdullah Shah. "A novel laser diode wavelength stabilisation technique for use in high resolution spectroscopy". Thesis, Cranfield University, 2015. http://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/9749.

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Tuneable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) based gas sensors are widely used for trace gas detection for their high selectivity and sensitivity. The laser source used in TDLAS requires a narrow line width in the order of 10s of MHz, with a wavelength stability multiple orders lower than the molecular absorption line width, which is, for example, 4.1GHz (38pm) for an air broadened methane line. TDLAS requires the use of a laser diode with a long term wavelength stability of better than 10% of the absorption line width of the target gas species. The wavelength stability of the laser is highly temperature dependent as the wavelength increases with increasing temperature. Therefore, control of the temperature of the laser diode is vital for stabilising the laser emission wavelength. In this thesis, a novel method has been proposed to measure and stabilise the temperature of a laser diode. The laser diode emission wavelength was stabilised by using its measured junction voltage in a control feedback loop. In order to determine the junction voltage, a series resistance correction term was identified, which was the novel part of this wavelength stabilisation technique. The laser diode junction and forward voltages were calculated from the forward voltage drop of the laser diode at measured at various operating temperatures. The laser diode series resistance was measured dynamically and was subtracted from the forward voltage to calculate the junction voltage. Both the forward voltage and series resistances were found to be temperature dependent. This method was investigated for its short term (~ 5minute) and long term (~ 1 hour) wavelength stability and was compared with other available methods. The laser diode wavelength stability attained using this method has been also investigated at various ambient temperatures (10-40 °C). ...[cont.]

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Esquiva-Dano, Isabelle. "Etude expérimentale de la stabilisation d'une flamme non-prémélangée". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2001. http://www.theses.fr/2002ECDL0026.

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L'influence de l'aérodynamique du sillage d'un obstacle sur les mécanismes de stabilisation de la flamme non prémélangée a été examiné sur une configuration expérimentale non confinée de deux écoulements concentriques (combustible et air), dans le cas de deux stabilisateurs simplifiés (disque et vitesses (Anémométrie Dopler Laser). Les champs moyens de température et concentration ont été obtenus avec un thermocouple à fil fin et une sonde de prélèvement reliée à un analyseur de gaz. L'analyse du développement et de la structure de la flamme a mis en évidence trois régimes de stabilisation principaux (développement, anneau, renfermement), deux régimes de transition et un domaine d'extinction. Une étude détaillée a montré que l'anneau est une flamme triple stabilisée à l'interface de deux écoulements : un prémélange de combustible, d'air et de produits de combustion et un écoulement d'air
The influence of the aerodynamic behind a bluff-body on the stabilisation process of a non-premixed flame has been studied on a non-confined experimental set-up consisting of two concentric flows (fuel and air), for disk and tulip shape burners. Direct visualisations were performed and quantitative results have been obtained owing to a two-component laser Doppler Anemometer. Mean temperature and concentration fields were also investigated using a fine wire thermocouple and a gas analyser. The analysis of the flame development and structure has emphasised three main stabilisation regimes (development, ring flame, recirculating flame), two transition regimes and an extinction domain. To complete this analysis, a study of the "ring flame" regime has been developed. It pointed out that the ring is supposed to be a triple flame expanding at the interface between two flows : a premixed on composed of fuel, air and combustion products and the external air flow

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Collin, Rodolphe. "Étude du transfert du bruit relatif d’intensité de lasers multimodes par doublage de fréquence". Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S128.

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Le développement de nouvelles sources laser est un travail long et minutieux. Une grande variété de paramètres doit être étudiée et maîtrisée pour parvenir aux performances souhaitées. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au bruit relatif d'intensité (Relative Intensity Noise ou RIN) de différents lasers. Nous avons en particulier étudié le processus de doublage de fréquence et son influence sur le RIN. Pour les besoins de cette étude, un modèle numérique de simulation d'un laser à fibre en fonctionnement multimode longitudinal a été développé. Il prend en compte des caractéristiques nécessaires à notre étude : la résolution du champ laser en amplitude et phase, le fonctionnement multimode, le spatial hole burning et l'introduction de sources de bruit via l'ajout de forces de Langevin. L'étude du RIN après doublage de fréquence, prise en compte par la mise au carré du champ résultant de la résolution de notre modèle numérique, a montré trois processus différents menant à une augmentation du RIN à basse fréquence après doublage : un couplage entre les RIN les plus faibles et les intensités les plus fortes, la compétition entre les modes et un transfert de bruit de phase sur le bruit d'intensité. Enfin, nous avons étendu notre étude au cas des lasers à semi-conducteurs. En utilisant un modèle de simulations numériques préexistant, nous avons étudié le RIN après doublage de fréquence d'un laser à semi-conducteurs dans trois régimes de fonctionnement différents. Cette étude a pu confirmer la fiabilité de l'analyse développée dans le cadre d'un laser à fibre et montrer les différences entre les architectures laser étudiées
Developing a new laser source is a meticulous and time-consuming work. A large variety of parameters must be studied to obtain the wanted performances. In this work, we focused on the Relative Intensity Noise (RIN) of different lasers. Especially, we studied the second harmonic generation process and its influence on the laser RIN. For the needs of this work, we developed a numerical simulation model of a multimode fibre laser. It takes into account some needed features: the resolution of the laser field with amplitude and phase, the multimode behaviour, the spatial hole burning effect and the introduction of noise sources by adding Langevin forces. Studying the RIN after frequency doubling is done by squaring the field obtained by our numerical simulation. We found three different processes leading to an increase of the RIN at low frequencies after frequency doubling: a coupling between the less-noisy modes and the most-intense ones, the mode competition at low frequencies and, a transfer of the phase noise to the intensity noise. We have extended our study to semiconductor lasers. We used a pre-existing numerical simulation model and studied the RIN after frequency doubling for three different operating regimes. This study did confirm the reliability of the analysis developed in the fibre laser case and showed some differences between both lasers

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MacFarlane, Andrew Ralph William. "An experimental investigation into the role of autoignition in turbulent flame stabilisation". Thesis, The University of Sydney, 2019. http://hdl.handle.net/2123/20400.

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This thesis presents experimental and complimentary numerical results based on a turbulent jet in a hot coflow burner (JHC). The thesis focuses on understanding and exploring the relative importance of autoignition in the flame stabilisation process for the conditions, temperatures and fuels considered. The influence of fuel type is explored using a range of gaseous fuels including: alkanes, alkenes, H2 and dimethyl ether (DME). High-speed (10 kHz) measurements of chemiluminescence and sound are applied to all flame cases, for all fuels, the measurements are used to temporally resolve the interaction of the flame base with ignition kernels. Similar flame-base and ignition kernel interaction characteristics are found for all fuels where the formation and merging of rapidly growing ignition kernels stabilise these flames. A measurement campaign employing 10 kHz OH and CH2O Planar Laser Induced Fluorescence combined with volumetric chemiluminescence imaging is applied to the ignition kernel formation region in DME flames. The measurements identify regions of low and high-temperatures respectively, with their spatial overlap representing heat release. The kernel heat release measurements indicate that differing degrees of autoignition stabilisation occurs for DME flames, specific to high and low coflow temperature flames. High coflow temperature flames produce lower heat release ignition-kernels; hence these flames are believed to have reduced dependence on autoignition for stability. Zero-dimensional and one-dimensional numerical simulation results, obtained in this thesis, agree with the findings from the hot coflow experiments. The 0-D ignition delay times are shown to successfully capture the different fuels lift-off height sensitivities with coflow temperature. The sensitivity of relatively low coflow temperatures are particularly well represented by delay times, with a linear correlation between delay times and experimental lift-off heights. To replicate the strained and diffusive conditions induced by the JHC burner, unsteady 1-D counter-flow simulations were applied. These simulations, using DME, identify that for high coflow temperature flames, the ignition kernels produce lower heat release, since they are igniting leaner. Using CH4 with the same counter-flow setup, the effect of strain-rate was explored. It was found that increased strain rate delays ignition, since the unity balance between diffusion and production fluxes of CH2O is also delayed. Furthermore, under autoignition conditions, the counter-flow solver, in addition to a premixed solver, show CH2O convection and production fluxes increase, with a corresponding diffusive decrease.

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Youssef, Wael. "Contrôle et stabilisation de systèmes élastiques couplés". Electronic Thesis or Diss., Metz, 2009. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2009/Wael.Youssef.SMZ0917.pdf.

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Cette thèse est constituée de deux parties principales. Dans la première partie on traite l'observabilité et la contrôlabilité exacte internes indirectes des systèmes hyperboliques faiblement couplés et du système de Timoshenko. La deuxième partie est consacrée à l'étude de problèmes concernant la stabilisation directe du système de Bresse par des feedbacks non linéaires en utilisant la méthode des multiplicateurs et des techniques d'inégalités intégrales, et sa stabilisation indirecte seulement par deux feedbacks localement distribués au voisinage du bord en utilisant l'approche de fréquence de domaine. On traite dans cette partie aussi la stabilisation indirecte du système de Timoshenko dans le cas d'un seul feedback localement distribué au voisinage du bord
This thesis consists of two main parts. In the fi#rst part, it treats the indirect internal observability and exact controllability of a weakly coupled hyperbolic system and of the Timoshenko system. The second part is devoted to the study of problems concerning the direct stabilization of the Bresse system by non-linear feedbacks using multiplier method and integral inequality techniques, and its indirect stabilization only by two locally distributed feedbacks at the neighborhood of the boundary using the frequency domain method. Is treated in this part also the indirect stabilization of the Timoshenko system subject to a single feedback locally distributed at the neighborhood of the boundary

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Michau, Vincent. "Conversion de fréquence et compression d'impulsion d'un laser alexandrite par diffusion Raman stimulée intracavité". Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112065.

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Un système laser alexandrite de forte puissance a été mis au point. Il délivre une impulsion de 500 mj en énergie sur une plage d'accord de 60 nm à la cadence de 4 Hz. Ce développement a été accompagnée d'une étude générale de la possibilité d'accord en fréquence des cavités en anneau associées a des milieux présentant du gain en bande large. Un dispositif de diffusion Raman stimulée intracavité permettant de déplacer la plage d'accord de l'alexandrite vers l'infrarouge a été modélisé sur microordinateur et testé expérimentalement. Un rendement quantique de conversion de 40% a ainsi été obtenu. Par ailleurs, la technique de compression temporelle d'impulsion par diffusion Raman stimulée intracavité a été appliquée au laser alexandrite: taux de compression de 5

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Chauzat, Corinne. "Études expérimentales de lasers microchips à émission continue mono-fréquence à 553 nm et à 561 nm, de puissance supérieure à 200 mW". Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S007.

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Le remplacement des lasers à colorant émettant dans la gamme 550-570 nm, à l'aide de lasers solides, représente un véritable enjeu industriel. Les applications sont multiples tant dans le domaine de la recherche biomédicale que dans celui de la métrologie. Quelques solutions ont été développées à 561 nm et à 553 nm. Néanmoins, elles ne permettent pas de fournir des lasers intégrables parfaitement mono-fréquences émettant en continu un faisceau gaussien, d'une puissance supérieure ou égale à 200 mW. Dans ces travaux, nous proposons une étude théorique et expérimentale de cavités lasers solides monolithiques à base de Nd:YAG pompé par diode, doublé en fréquence en intra-cavité, à l'aide d'un cristal non-linéaire de KTP. Ces cavités, constituées de plusieurs cristaux, sont contactées par adhérence moléculaire. Elles ne contiennent aucune optique de mise en forme des faisceaux et présentent la particularité de comporter un double filtre de Lyot. Nous présentons les résultats obtenus avec des cavités émettant à 561 nm pour des puissances supérieures ou égales à 300 mW. Puis, après une étude statistique et une analyse des résultats de test de ces cavités à long terme (> 6000 heures), nous discutons des problèmes éventuels de fiabilité et nous suggérons des axes d'amélioration. Ayant réussi à faire osciller, pour la première fois, la raie à 1106 nm du Nd:YAG, nous montrons ensuite la faisabilité d'un laser compact mono-fréquence continu à 553 nm, émettant une puissance de 200 mW à 500 mW avec un rendement de conversion pompe/laser visible de l'ordre de 19 %. Pour conclure, nous montrons qu'il est possible, dans des cavités de ce type, de faire osciller des raies Raman issues des raies fondamentales et de les doubler en fréquence en intra-cavité. Nous ouvrons ainsi la porte à toute une famille de lasers solides émettant dans la gamme 540-600 nm
Replacement of dye lasers emitting in the range 550-570 nm, using solid state lasers, is a real industrial issue. There are many applications both in the field of biomedical research than in metrology. Some solutions have been developed for 561 nm and 553 nm. However, they do not provide fully integrated lasers emitting single-frequency continuous Gaussian beam with a power equal or up to 200 mW. In this work, we propose a theoretical and experimental study of solid monolithic cavity lasers based on Nd:YAG diode-pumped, frequency-doubled intra-cavity, using a non-linear crystal of KTP. These cavities, consisting of several crystals, are contacted by molecular adhesion. They contain no optical layout of the beams and they have the particularity of including a double Lyot filter. We present the results obtained with those cavities emitting at 561 nm for powers greater than 300 mW. Then, after a statistical study and analysis of test results of these cavities in the long term (> 6000 hours), we discuss about the potential problems of reliability and we suggest areas for improvement. For the first time, we show that the line at 1106 nm of the Nd: YAG can oscillate in this type of cavity. Then we demonstrate the feasibility of a compact single-frequency laser at 553 nm continuously, emitting a power of 200 mW to 500 mW with a conversion efficiency of pump / visible laser of about 19%. Finally, we show that it is possible, in cavities of this type, to oscillate the Raman lines from the lines of the fundamental and doubled frequency in intra-cavity. We open the door to a whole family of solid state lasers emitting in the range of 540-600 nm

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Tesis sobre el tema "Stabilisation de fréquence laser"

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