Modal approach to the dynamics of optical frequency combs and applications
Approche modale de la dynamique des peignes de fréquences et applications
Résumé
The main focus of this manuscript is the investigation of the dynamics of optical frequency combs. Based on a spectral modal decomposition of the electric field, a full characterization of the laser dynamics is achieved by measuring the fluctuations on the four main laser parameters: the intensity, the carrier-envelope offset (CEO), the central frequency and the repetition rate. Two different experimental schemes are investigated and compared in terms of sensitivity. The intensity related dynamics is also studied. Based on a simple model, we demonstrate that the main source of noise is the pump laser via its intensity fluctuations. This noise induces phase noise, and especially CEO noise, via the fluctuations of the center of the spectrum. The coupling parameter between both quantities is the residual group velocity dispersion of the laser which has been evaluated experimentally. In a second time a machine learning protocol, called reservoir computing, is investigated. Such protocol is used as a tool for studying the laser dynamics. In addition, the optical frequency comb, studied in the first parts, is used as a hardware for the implementation of a photonic reservoir computing. The long term objective of the experiment is to go toward quantum reservoir computing. Consequently, a source of quantum states is developed. Based on a PPKTP waveguide, multimode squeezed states are produced at the scale of the laser pulses. Such states can be implemented in the reservoir computing protocol to test the capacity of such configuration compared to the classical approach.
L'objectif principal de ce manuscrit est l'étude de la dynamique des peignes de fréquence optiques. Sur la base d'une décomposition modale spectrale du champ électrique, une caractérisation complète de la dynamique du laser est réalisée en mesurant les fluctuations des quatre principaux paramètres du laser : l'intensité, le décalage porteuse-enveloppe (CEO), la fréquence centrale et le taux de répétition. Deux schémas expérimentaux sont étudiés et comparés en termes de sensibilité. La dynamique liée à l'intensité est également étudiée. Sur la base d'un modèle simple, nous démontrons que la principale source de bruit est le laser de pompe via ses fluctuations d'intensité. Ce bruit induit un bruit de phase, et surtout un bruit CEO, via les fluctuations du centre du spectre. Le paramètre de couplage entre ces deux quantités est la dispersion de la vitesse de groupe résiduelle du laser qui a été évaluée expérimentalement. Dans un deuxième temps, un protocole d'apprentissage automatique, appelé "reservoir computing", est étudié. Ce protocole est utilisé comme outil pour étudier la dynamique du laser. En outre, le peigne de fréquence optique, étudié dans les premières parties, est utilisé comme support pour la mise en œuvre d'un réservoir photonique. L'objectif à long terme de l'expérience est d'aller vers un réservoir quantique. Par conséquent, une source d'états quantiques est développée. Sur la base d'un guide d'ondes PPKTP, des états comprimés multimodes sont produits à l'échelle des impulsions du laser. Ces états peuvent être utilisés dans le protocole de réservoir computing afin de tester la capacité d'une telle configuration par rapport à l'approche classique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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