Study of the emission spectrum of multiple beam excited distributed feedback lasers in polymer thin films
Etude du spectre d'émission de lasers à rétroaction répartie dans des couches minces de polymères excités par plusieurs faisceaux
Résumé
The aim of this thesis is the study of the optically induced laser effect in a polymer thin film doped with a laser dye and excited by multiple laser beams. The laser emission is created by a distributed feedback effect (or DFB) obtained by a temporary longitudinal modulation of the gain induced in the active medium. Using a transient Bragg grating permits to obtain some spectral accordability properties and a lifetime of laser emission around the lifetime of the pump beam.
First, the studied materials are caracterized by a single beam excitation. This study permits to confirm the gap of accordability in the gain spectrum and the tranverse nature of the emitted mode in the waveguide. Experimentally DFB excitation is performed using a Lloyd interferometer which permits a tunability of the device through variation of the interfringe.
Then, these results are used to study the influence of the number of pump beams according to two parameters: the temporal delay between the pumps beams and the order of Bragg reflexion used to obtain the laser emission. This study explains the link between these parameters and the number of emitted laser emission. This number increases for higher reflexion order for coherent superposition of the pumps. The dynamics of the induced gratings was studied by the temporal shifting of the pump beams. Two theorical models are presented. The first is based on a geometrical study of the incident wave vectors on the film and takes into account their inteactions, the second leans on the refractive index saturation of the medium. These models are in good agreement with the experimental results.
First, the studied materials are caracterized by a single beam excitation. This study permits to confirm the gap of accordability in the gain spectrum and the tranverse nature of the emitted mode in the waveguide. Experimentally DFB excitation is performed using a Lloyd interferometer which permits a tunability of the device through variation of the interfringe.
Then, these results are used to study the influence of the number of pump beams according to two parameters: the temporal delay between the pumps beams and the order of Bragg reflexion used to obtain the laser emission. This study explains the link between these parameters and the number of emitted laser emission. This number increases for higher reflexion order for coherent superposition of the pumps. The dynamics of the induced gratings was studied by the temporal shifting of the pump beams. Two theorical models are presented. The first is based on a geometrical study of the incident wave vectors on the film and takes into account their inteactions, the second leans on the refractive index saturation of the medium. These models are in good agreement with the experimental results.
Cette thèse porte sur l'étude spectrale de l'effet laser produit dans une couche mince de polymère dopé par un colorant et excité par plusieurs faisceaux. L'émission laser est créée par un effet de rétroaction répartie (distributed feedback ou DFB) obtenu par le biais d'une modulation longitudinale temporaire du gain induite dans le milieu actif. L'utilisation d'un réseau de Bragg permet des propriétés de sélectivité spectrale tandis que le caractère éphémère de la modulation permet que la cavité, et donc l'émission, n'existe que pendant un intervalle de temps de l'ordre de la durée d'excitation.
Les matériaux utilisés sont d'abord caractérisés dans le cadre d'une excitation par un faisceau unique, ce qui permet d'évaluer l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain ainsi que le caractère transverse de l'émission multimodale dans le guide d'onde. Expérimentalement le laser DFB est obtenu au moyen de l'interféromètre de Lloyd qui permet une accordabilité par variation de l'interfrange. A partir de ces résultats, l'influence du nombre de faisceaux excitateurs est étudiée selon deux paramètres : le retard temporel entre ces faisceaux et l'ordre de réflexion de Bragg utilisé pour favoriser l'émission laser. Cette étude a permis d'expliciter le lien entre ces paramètres et le nombre de raies émises. Ce nombre augmente significativement avec l'ordre de réflexion lorsque la condition de cohérence est vérifiée. La dynamique des réseaux induits a été étudiée en décalant temporellement les faisceaux excitateurs. Deux modèles sont présentés. Le premier est basé sur l'étude géométrique des vecteurs d'onde incidents sur la couche et prend en compte leurs interactions, et le second s'appuie sur un régime de saturation de l'indice de réfraction du milieu. Ces modèles sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.
Les matériaux utilisés sont d'abord caractérisés dans le cadre d'une excitation par un faisceau unique, ce qui permet d'évaluer l'intervalle d'accordabilité dans la courbe de gain ainsi que le caractère transverse de l'émission multimodale dans le guide d'onde. Expérimentalement le laser DFB est obtenu au moyen de l'interféromètre de Lloyd qui permet une accordabilité par variation de l'interfrange. A partir de ces résultats, l'influence du nombre de faisceaux excitateurs est étudiée selon deux paramètres : le retard temporel entre ces faisceaux et l'ordre de réflexion de Bragg utilisé pour favoriser l'émission laser. Cette étude a permis d'expliciter le lien entre ces paramètres et le nombre de raies émises. Ce nombre augmente significativement avec l'ordre de réflexion lorsque la condition de cohérence est vérifiée. La dynamique des réseaux induits a été étudiée en décalant temporellement les faisceaux excitateurs. Deux modèles sont présentés. Le premier est basé sur l'étude géométrique des vecteurs d'onde incidents sur la couche et prend en compte leurs interactions, et le second s'appuie sur un régime de saturation de l'indice de réfraction du milieu. Ces modèles sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.
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