Optically pumped distributed feedback laser effect in polymer thin films
Effet laser à contre réaction repartie (DFB) excité par voie optique dans les films minces polymères
Résumé
The thesis concerns a study of the laser effect induced in a polymer thin film doped with a laser dye. Resonance of the stimulated emission is created by a longitudinal transient modulation of the gain induced into the active medium. This distributed feedback effect or DFB (contre reaction répartie in French) bears interesting properties regarding spectral selectivity and duration of the emission. The Bragg grating indeed induces a reciprocal amplification of counter-propagating resonant waves. Moreover, the laser cavity exists only during the excitation pulse.
Following theoretical and experimental analysis of semiconductor DFB lasers, the coupled mode theory is applied to the internal parameters relevant to our system. Experimentally, DFB excitation is performed in a Lloyd mirrors interference set-up. It permits to check threshold and accordability of the device through variation of the interfringe. Coupling of the Bragg grating to the laser field is analysed with respect to the modal content of the DFB laser. On another hand, the impact of the wave-guide onto the transverse mode structure is treated independently of the coupled mode theory. The treatment is verified experimentally using a thicker polymer film. Experimental results and simulation within the linear wave-guide propagation theory are in close agreement. Finally, the temporal behaviour of the DFB grating is analysed in a four-wave mixing configuration. It permits to size the maximum delay between laser excitation and emission.
Following theoretical and experimental analysis of semiconductor DFB lasers, the coupled mode theory is applied to the internal parameters relevant to our system. Experimentally, DFB excitation is performed in a Lloyd mirrors interference set-up. It permits to check threshold and accordability of the device through variation of the interfringe. Coupling of the Bragg grating to the laser field is analysed with respect to the modal content of the DFB laser. On another hand, the impact of the wave-guide onto the transverse mode structure is treated independently of the coupled mode theory. The treatment is verified experimentally using a thicker polymer film. Experimental results and simulation within the linear wave-guide propagation theory are in close agreement. Finally, the temporal behaviour of the DFB grating is analysed in a four-wave mixing configuration. It permits to size the maximum delay between laser excitation and emission.
Cette thèse porte sur l'étude d'un effet laser produit dans une couche mince polymère dopé avec un colorant. La résonance de l'émission stimulée est créée par une modulation longitudinale temporaire du gain induit dans le milieu actif. Cet effet de contre réaction répartie (distributed feedback (DFB) en anglais) possède des propriétés intéressantes quant à la sélectivité spectrale et à la durée temporelle de l'émission générée. En effet, le réseau de Bragg permet d'induire une amplification réciproque des ondes contrapropagatives résonantes. De plus la cavité existe uniquement pendant un intervalle de temps de l'ordre de la durée d'excitation.
A partir des études théoriques et expérimentales effectuées sur les lasers à gain distribué semi-conducteurs, la théorie des modes couplés est appliquée aux paramètres internes caractéristiques du matériau utilisé. Expérimentalement, le laser DFB est obtenu au moyen du dispositif interférométrique de Lloyd. Il permet de vérifier l'effet de seuil du laser et l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain par variation de l'interfrange. L'origine du couplage du réseau de Bragg avec le champ laser émis est analysée selon la structure modale du laser. Par ailleurs, l'importance des propriétés de guide d'onde sur les modes transverses est traitée indépendamment des notions de couplage. Une configuration de couche déterminée a permis d'observer différents modes laser accordables. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cadre de la théorie linéaire de la propagation guidée permet de confirmer le caractère transverse de cette émission. Enfin, l'étude du comportement temporel du réseau induit en régime de contre réaction répartie est effectuée à partir d'une technique de mélange à quatre ondes dégénérées en fréquence. Elle a permis de fixer statistiquement le maximum du délai séparant l'excitation de l'émission du laser.
A partir des études théoriques et expérimentales effectuées sur les lasers à gain distribué semi-conducteurs, la théorie des modes couplés est appliquée aux paramètres internes caractéristiques du matériau utilisé. Expérimentalement, le laser DFB est obtenu au moyen du dispositif interférométrique de Lloyd. Il permet de vérifier l'effet de seuil du laser et l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain par variation de l'interfrange. L'origine du couplage du réseau de Bragg avec le champ laser émis est analysée selon la structure modale du laser. Par ailleurs, l'importance des propriétés de guide d'onde sur les modes transverses est traitée indépendamment des notions de couplage. Une configuration de couche déterminée a permis d'observer différents modes laser accordables. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cadre de la théorie linéaire de la propagation guidée permet de confirmer le caractère transverse de cette émission. Enfin, l'étude du comportement temporel du réseau induit en régime de contre réaction répartie est effectuée à partir d'une technique de mélange à quatre ondes dégénérées en fréquence. Elle a permis de fixer statistiquement le maximum du délai séparant l'excitation de l'émission du laser.
Fichier principal
Frank_Sobel_2001_Effet_laser_a_contre_reaction_repartie_DFB_excite_par_voie_optique_dans_les_films_minces_polymeres.pdf (2.46 Mo)
Télécharger le fichier
Loading...