Microstructured chalcogenide fiber Brillouin laser
Laser Brillouin à fibre microstructurée en verre de chalcogénure
Résumé
Although stimulated Brillouin scattering (SBS) in optical fiber is a penalizing nonlinear effect in optical communication systems, it is possible to make good use of SBS in other applications such as in optical amplification, optical sensing, slow light generation and Brillouin fiber lasers (BFLs). These lasers have been attracting a lot of interest lately due to their very narrow linewidth and very low relative intensity noise (RIN) and frequency noise, making them excellent coherent laser sources for applications in defense, metrology and telecommunication.
Our goal is to obtain a compact Brillouin fiber laser with a very low laser threshold. One approach to make low-power consuming and more compact devices based on SBS is to use a material with a high Brillouin gain coefficient. Another approach is to use fibers with large nonlinear efficiencies. Microstructured optical fibers (MOFs) offer the advantage of having reduced effective areas, thus ensuring a stronger light confinement of the electromagnetic field in the fiber core which reduces the Brillouin threshold of the fiber. For this project, we have combined both alternatives by using a microstructured fiber made of chalcogenide glass to make a BFL.
In this research work, we have shown that it is possible to make Brillouin fiber lasers using microstructured chalcogenide fibers. These lasers were compact, low power-consuming, coherent and had very low noise. We have also experimentally demonstrated that Brillouin fiber lasers can not only potentially be used for acosutic sensing but can have other applications as well such as in spectroscopy for narrow linewidth measurment or for microwave photonics.
Our goal is to obtain a compact Brillouin fiber laser with a very low laser threshold. One approach to make low-power consuming and more compact devices based on SBS is to use a material with a high Brillouin gain coefficient. Another approach is to use fibers with large nonlinear efficiencies. Microstructured optical fibers (MOFs) offer the advantage of having reduced effective areas, thus ensuring a stronger light confinement of the electromagnetic field in the fiber core which reduces the Brillouin threshold of the fiber. For this project, we have combined both alternatives by using a microstructured fiber made of chalcogenide glass to make a BFL.
In this research work, we have shown that it is possible to make Brillouin fiber lasers using microstructured chalcogenide fibers. These lasers were compact, low power-consuming, coherent and had very low noise. We have also experimentally demonstrated that Brillouin fiber lasers can not only potentially be used for acosutic sensing but can have other applications as well such as in spectroscopy for narrow linewidth measurment or for microwave photonics.
Souvent considéré néfaste dans le domaine des télécommunications car il limite la puissance d'un système de transmission optique, l'effet Brillouin peut être utilisé pour la réalisation de lasers. Un laser à fibre Brillouin peut potentiellement être très cohérent et très peu bruité ; ce qui incite son utilisation dans plusieurs domaines incluant la défense, la métrologie et les télécommunications.
L'objectif de cette thèse, qui s'insert dans le cadre du projet ATOS (Antenne acoustique en technologie Tout Optique pour la Surveillance), est d'obtenir un laser Brillouin à la fois compact et avec un seuil laser relativement bas. Pour respecter ces deux conditions, il est nécessaire de disposer d'une fibre avec un très fort coefficient de gain Brillouin (gB) et ayant une très petite aire effective de manière à concentrer la puissance optique dans le cœur de la fibre. Nous avons ainsi choisi d'utiliser une fibre faite à partir de verres en chalcogénure, qui ont un gB de deux ordres de grandeurs supérieures au gB d'une fibre monomode silice classique avec une microstructure dans le cœur.
Ces travaux de recherche contribuent donc, d'une part, à démontrer qu'il est expérimentalement possible de réaliser des lasers Brillouin compacts, bas seuils et exhibant des caractéristiques remarquables en termes de bruit et de cohérence avec des fibres microstructurées en verre de chalcogénure et, d'autre part, à étudier la potentialité de ces cavités lasers dans le cadre du projet ATOS tout en proposant d'autres applications possibles pour la métrologie, l'instrumentation et les télécommunications.
L'objectif de cette thèse, qui s'insert dans le cadre du projet ATOS (Antenne acoustique en technologie Tout Optique pour la Surveillance), est d'obtenir un laser Brillouin à la fois compact et avec un seuil laser relativement bas. Pour respecter ces deux conditions, il est nécessaire de disposer d'une fibre avec un très fort coefficient de gain Brillouin (gB) et ayant une très petite aire effective de manière à concentrer la puissance optique dans le cœur de la fibre. Nous avons ainsi choisi d'utiliser une fibre faite à partir de verres en chalcogénure, qui ont un gB de deux ordres de grandeurs supérieures au gB d'une fibre monomode silice classique avec une microstructure dans le cœur.
Ces travaux de recherche contribuent donc, d'une part, à démontrer qu'il est expérimentalement possible de réaliser des lasers Brillouin compacts, bas seuils et exhibant des caractéristiques remarquables en termes de bruit et de cohérence avec des fibres microstructurées en verre de chalcogénure et, d'autre part, à étudier la potentialité de ces cavités lasers dans le cadre du projet ATOS tout en proposant d'autres applications possibles pour la métrologie, l'instrumentation et les télécommunications.