Etude expérimentale de l'effet laser dans des microsphères de silice dopées avec des ions neodyme - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1997

Etude expérimentale de l'effet laser dans des microsphères de silice dopées avec des ions neodyme

François Treussart

Résumé

This thesis is devoted to microcavities based on the very high Q whispering gallery modes of silica microspheres, about 100μm in diameter. The electromagnetic field of these modes is guided along the sphere's surface by total internal reflection and confined in an equatonal nng with tranverse dimensions of the order of the wavelength. These guided modes have very low losses. They exhibit a remarkable combination of strong localization of the field in a small volume and very long storage times for the photons. These two properties render these microspheres ideal as optical resonators for non-linear optics as well as for cavity QED experiments After a general presentation of these resonances, the experimental techniques used to observe the resonances by laser spectroscopy are then described. The splitting of high-Q modes is also discussed and interpreted in terms of a coupled oscillator model. The practical realization of a microlaser with neodymium doped spheres is presented. The very low measured thresholds are found in agreement with an appropnate semi-classical model. A new set-up has been relized to operate with microspheres immersed in a superfluid helium bath. Very high Q's are preserved and laser emission has been observed at 2K. These results open the way to the search of a new lasing regime with a few ions coupled to a few photons.
Ce travail de thèse porte sur la mise en évidence de l'effet laser dans des microrésonateurs optiques de très haute surtension, basés sur les modes de galerie de microsphères de silice d'un diamètre de 50 à 100 μm. Ces modes résonnants correspondent à une propagation guidée par réflexion totale interne. La lumière est ainsi confinée dans un anneau équatorial dont les dimensions transversales sont de l'ordre de la longueur d'onde, ce qui donne lieu à une forte exaltation du champ lumineux. Les pertes de ces modes guidés sont extrêmement faibles. Ils offrent donc la combinaison remarquable d'une très forte localisation du champ dans un tout petit volume et de très longs temps de vie pour les photons. Ces propriétés en font des résonateurs de choix tant pour obtenir des effets d'Optique non-linéaire à très bas seuil que pour des expériences d'Électrodynamique Quantique en cavité. Ce mémoire présente d'abord les propriétés de ces résonances et leur observation expérimentale par spectroscopie laser. Le dédoublement de ces résonances par rétrodiffusion interne est ensuite décrit et interprété par un modèle d'oscillateurs couplés, en bon accord avec les expériences. La réalisation d'un microlaser avec des microbilles dopées au néodyme est ensuite présentée. Les très bas seuils observés (200 nW) correspondent bien aux prédictions théoriques obtenues par un modèle semi-classique approprié. Pour renforcer les effets de cavité, ces expériences ont été poursuivies en immergeant les microsphères dans l'hélium superfluide. Le montage cryogénique mis au point nous permet de conserver des surtensions à 2 K de 10^9 et l'émission laser a pu être observée, ouvrant la voie à la recherche d'un fonctionnement laser avec seulement quelques ions couplés à quelques photons.
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Dates et versions

tel-00011781 , version 1 (07-03-2006)

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  • HAL Id : tel-00011781 , version 1

Citer

François Treussart. Etude expérimentale de l'effet laser dans des microsphères de silice dopées avec des ions neodyme. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1997. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011781⟩
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