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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (14/12/2000), Giacobino, Elisabeth (Dir.)
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Etude du bruit quantique dans les microlasers semi-conducteurs à cavité verticale (VCSELs) et les lasers à solide Nd:YVO4
Jean-Pierre Hermier1

Nous étudions en détail le bruit quantique dans les microlasers semi-conducteurs à cavité verticale : les VCSELs, dont l'acronyme anglais signifie Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers. Ces lasers ont la particularité d'émettre des faisceaux avec plusieurs modes transverses de polarisations variées au-dessus du seuil. Lorsqu'un seul mode transverse, polarisé linéairement oscille, nous démontrons théoriquement aussi bien qu'expérimentalement l'importance de l'émission dans la direction de polarisation orthogonale pour la caractérisation du bruit d'intensité. En régime multimode transverse, les anticorrélations très importantes entre les modes permet d'obtenir, pour les meilleurs échantillons, des faisceaux au bruit d'intensité comprimé (jusqu'à 15 % sous la limite quantique standard). Pour les échantillons qui présentent de l'excès de bruit en régime libre, la technique de l'injection optique permet d'obtenir, dans certains cas, de la compression du bruit d'intensité. Enfin, nous présentons nos résultats sur la structure spatiale du bruit d'intensité dans le plan transverse. Nous rapportons aussi dans ce manuscrit l'étude du bruit d'intensité des minilasers Nd :YVO4. Par rapport au modèle standard des lasers à deux niveaux, ces lasers présentent un excès de bruit à basse fréquence. Nous montrons que cet excès de bruit provient d'effets non linéaires dus à l'importance du pic de bruit à la fréquence d'oscillation de relaxation. Expérimentalement, nous mettons en oeuvre deux techniques distinctes pour réduire ces effets : une boucle de rétroaction électrooptique et l'injection optique.
1 :  LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel
Lasers à semi-conducteursLasers à solide – Bruit quantique de la lumière – Réduction du bruit d'intensité – Corrélations quantiques – Effets transverses

We study in detail the quantum noise in a new type of semiconductor lasers, the VCSELs (for Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers). These lasers can operate with various transverse modes with different polarisations above threshold. When only one transverse mode linearly polarised oscillate, we demonstrate experimentally as well as theoretically that one has to take into account the noise of the modes orthogonally polarised under threshold to characterise the intensity noise. When various transverse modes oscillate, they are strongly anticorrelated which gives rise to squeezing for the best samples. If a sample always shows excess noise in free-running operation, the injection locking technique is a way to obtain intensity squeezed beams. Finally, we report our results concerning the transverse spatial structure of the intensity noise. We also study the intensity noise of Nd:YVO4 microlasers. Compared to the theoretical predictions of the standard 2 level laser theory, the experimental results exhibit an excess noise at low frequencies. We demonstrate that this excess noise is due to non linear effects at the relaxation oscillation frequency. These effects are reduced experimentally by two different techniques: an electrooptic feedback loop or the injection locking.
semiconductor lasers – solid state lasers – quantum noise – squeezing – quantum correlations – transverse effects.