Contrôle des propriétés d'émission des lasers à l'aide de couches minces nanostructurées
"Nous présentons dans ce travail la conception d'un laser à l'état solide aux dimensions réduites, connu sous le nom de microchip pouvant émettre dans un seul mode transverse et longitudinal, capable de fonctionner efficacement aux hautes puissances. Généralement, plusieurs modes longitudinaux, correspondants aux fréquences de résonance du résonateur, peuvent coexister dans une cavité optique linéaire, mais la saturation d'un milieu amplificateur à élargissement homogène conduit en principe à l'existence d'un seul mode: c'est le souhait des laséristes. Cependant, un résonateur à ondes stationnaires est caractérisé par l'existence de noeuds du champs électrique où la saturation due à l'émission stimulée ne se produit pas et où existe une forte inversion de population. Les modes voisins, qui ont leurs noeuds à des endroits différents, peuvent utiliser ces régions pour osciller à leur tour : c'est le creusement spatial dans la distribution de gain du milieu amplificateur qui est une traduction littérale de l'expression anglaise "spatial hole burning". Notre idée dans ce travail consiste justement à favoriser l'émission monomode longitudinal en éliminant le creusage spatial dans un résonateur à ondes stationnaires. Après avoir prouvé l'origine du brûlage spatial de trous, nous avons montré que notre idée est possible en déposant directement une couche anisotrope de dioxyde de titane (TiO₂) sur chacun des miroirs de la cavité produisant une différence de chemin optique entre les deux axes principaux. Nous avons montré qu'on crée ainsi deux ondes contra-propagatives de polarisations orthogonales ce qui élimine les noeuds de champs électrique. Nous avons en effet construit un modèle théorique qui rend compte de l'évolution de l'état de polarisation à chaque endroit du résonateur. Ceci nous a permis de montrer qu'il est possible non seulement de faire disparaître les noeuds de l'onde stationnaire dans le résonateur mais aussi de contrôler le spectre d'émission, via la modulation d'intensité dans le résonateur, en tournant un des miroirs autour de son axe. Notre étude prouve aussi que le spectre d'émission peut être contrôlé facilement avec l'angle entre les axes principaux des deux miroirs. Le principe est appliqué au cas du milieu actif Y₃Al₅O₁₂ dopé à l'Yb³⁺ pompé avec une diode laser couplée à une fibre optique. L'opération monomode longitudinale d'un tel laser est avantageuse pour plusieurs applications telles que la combinaison cohérente de faisceaux grâce à un temps de cohérence plus long, une conversion de fréquence par processsus non linéaire, grâce à un émission plus monochromatique, une émission laser plus stable dans le temps en éliminant les flucturations dues aux battements, l'interférométrie, la spectroscopie, etc. La technique de déposition utilisée pour le dépôt de la couche anisotrope est la méthode par incidence rasante appelée en anglais GLAD (GLancing Angle Deposition), une technique qui permet de changer la nanostructure des revêtements avec l'inclinaison et la rotation du substrat par rapport aux flux de matériau évaporé. Nous avons fait des mesures ellipsométriques pour déterminer les propriétés optiques de nos revêtements déposés ainsi qu'une étude morphologique de surface par microscopie à force atomique."--Résumé.
Lasers, Miroirs, Couches minces, Propriétés optiques, Couches minces d'oxyde de titane, Résonateurs lasers, Creusement de trous spectraux, Polarisation (Lumière), Nanosystèmes électromécaniques, Physique de l'état solide, Ellipsométrie
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