Development of solid state CW visible and frequency stabilized laser sources : an alternative to dye lasers

Développement des sources lasers solides continues, visibles et stabilisées en fréquence : une alternative aux lasers à colorants

Oussama Mhibik (1)

1 LAC - Laboratoire Aimé Cotton

The quantum information processing using diamond color center or the coherent manipulation of rare earth ion embedded in solid state matrices (Pr3+, Eu3+) or the high resolution spectroscopy, require narrow linewidth tunable laser sources.However in the orange-red range (570-635 nm) where laser diodes are lacking and solid-state lasers are poorly developed, only dye lasers are currently available. Nevertheless these sources are complex and difficult to stabilize at the kHz level because of the high frequency noise induced by dye jet.The aim of this thesis is to give an all-solid state alternative of dye lasers. For this purpose, two solutions have been studied:1. The first approach consists on the development of an intracavity frequency doubled singly resonant optical parametric oscillator (OPO) and frequency stabilized at the kHz level.2. The second approach consists on the development of a diode pumped Pr-doped fluoride laser.

Le traitement de l’information quantique, en particulier celui utilisant les centres colorés du diamant et la manipulation cohérente des ions de terre rare incorporés dans des matrices solides (Pr3+, Eu3+) et la spectroscopie à ultra-haute résolution, nécessitent des sources accordables ayant une faible largeur de raie. Or, dans la gamme rouge-orange (570-635 nm) où les diodes lasers font défaut et les lasers solides restent très peu développés, les lasers à colorants sont actuellement les seules sources de rayonnement cohérent disponibles. En revanche, ce type de laser est assez complexe et difficile à stabiliser au niveau du kHz à cause des bruits à haute fréquence générés par le jet de colorant.Pour répondre aux besoins des expériences citées ci-dessus, cette thèse vise à proposer une alternative “tout solide” aux lasers à colorants en explorant différentes possibilités pour la construction d’une source stable émettant dans l’orange-rouge. Dans ce but, nous avons proposé deux solutions:1. La première consiste à développer des oscillateurs paramétriques optiques. Dans cette voie, nous avons développé un OPO simplement résonant à doublage de fréquence intra-cavité et stabilisé en frequence au niveau du kHz.2. La deuxième consiste en un laser à base de fluorures dopés au Pr3+pompé par diode.

Mots clés: Nonlinear optics; OPO; Quantum information; Rare earth ion; Linewidth; Prseodymium; Fluorides; Solid state laser; Laser diode

Mots clés: Optique non-linéaire; OPO; Information quantique; Ions de terre rare; Largeur de raie; Ion praséodyme; Fluorures; Laser solide; Diode laser

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Oussama Mhibik. Développement des sources lasers solides continues, visibles et stabilisées en fréquence : une alternative aux lasers à colorants. Autre [cond-mat.other]. Université Paris Sud - Paris XI, 2011. Français. ⟨NNT : 2011PA112317⟩. ⟨tel-00656426⟩