INTERACTION D'UN GRAND NOMBRE DE SOLITONS DANS UN LASER A FIBRE : DU "GAZ" AU "CRISTAL" DE SOLITONS
Résumé
A passively mode-locked erbium doped fiber laser with dispersion-managed cavity exploiting the nonlinear polarization rotation was set up. The laser is operated in both anomalous and normal path-averaged dispersion regimes. When the pump power increase a large variety of pulse behavior is accessible : multistability and hysteresis phenomena ; phase transition of the multisolitons (evolution from a ‘gas' to a ‘crystal' of solitons) ; generation of a bound state of hundreds of pulses. . . etc. We identify the spectral gain filtering as a mechanism of multiple pulse formation in the fiber laser operating in the normal dispersion regime. A correlation is theoretically established between the spectral gain bandwidth and the possibility for the laser to deliver several pulses by cavity round-trip: narrow spectrum favours multiple pulsing. We give a detailed theoretical analysis of spontaneous periodic pattern formation in fiber lasers. The pattern consists in a bound state of hundreds of pulses in a ring fiber laser passively mode- locked by nonlinear rotation of the polarization. The phenomenon is described theoretically using a multiscale approach to the gain dynamics: the fast evolution of a small excess of gain is responsible for the stabilization of a periodic pattern, while the slow evolution of the mean value of gain explains the finite length of the quasi-periodic soliton train. The resulting model is well adapted to the experimental observations in our Er:Yb doped double-clad fiber laser.
Un laser à fibre de puissance dans une configuration à gestion de dispersion a été réalisé. Le laser est à verrouillage de modes passif par Rotation Non-Linéaire de la Polarisation (RNLP). La disponibilité de fortes puissances de pompage nous a permis de générer une grande diversité de régimes à impulsions multiples. Ces régimes multi-impulsionnels sont caractérisés par des dynamiques riches et variées : multi-stabilité et phénomène d'hystérésis ; évolution analogue à une transition de phase de la matière ; génération d'un gaz, d'un liquide, d'un colloïde et d'un cristal de solitons . . . etc. Les expériences ont été réalisées avec un laser à fibre à double gaine dopée à l'erbium. La dispersion totale de la cavité est ajustée par un tronçon de fibre à dispersion décalée. Le laser fonctionne soit en régime à impulsion étirée (dispersion totale normale) soit en régime solitonique (dispersion totale anormale). Sur le plan théorique et pour mieux comprendre le fonctionnement et les dynamiques inhérentes à notre système, deux modèles ont été développés. Nous donnons une analyse théorique détaillée de la génération d'un réseau de solitons liés ("cristal" de solitons). Cette structuration spontanée est décrite théoriquement au moyen d'une approche multi-échelles de la dynamique du gain : l'évolution d'un petit excès de gain est responsable de la stabilisation d'un train périodique d'impulsions, alors que l'évolution lente de la valeur moyenne du gain explique la longueur finie de ce train de solitons, qui n'est à cette échelle que quasi-périodique. Cette analyse permet de calculer le nombre d'impulsions formant le train à partir des paramètres physiques du laser.
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