The institute
FEMTO's news

Chaos and rogue waves in a supercontinuum laser

In collaboration with the Universities of Tampere, Aston and ICB laboratory, FEMTO-ST researchers have made significant headway in the ongoing effort to understand the ultrafast chaotic nature of lasers, elucidating for the first time their noise-like pulse operation.

Results appeared in Nature Communications, Sept. 22, 2021.

Lasers that emit stable ultrafast femtosecond pulses of light are widely used in technology and industry, and have also been central to fundamental Nobel Prize-winning research.  But in addition to such highly stable operation, such lasers can also be configured to produce highly unstable and irregular output, and in this case their study yields new insights into the nature of chaos, the properties of turbulence, and the emergence of giant extreme rogue waves. However, although such laser instabilities have been known for decades, their experimental study is challenging, and their origins are poorly understood.

Research published in Nature Communications has now reported a major advance in our understanding of the chaotic operation of lasers. In particular, a special class of optical fibre laser has been built to operate only in a highly chaotic regime, and this has allowed advanced experimental techniques to be used to comprehensively measure its instability characteristics. The measurements used state of the art real time methods to build a detailed picture of the laser fluctuations on multiple timescales: from random pulses with duration shorter than a picosecond (a trillionth of second) to instabilities evolving over milliseconds in the laboratory. The experiments have been complemented by a new numerical model which reveals the central role played by incoherent supercontinuum generation dynamics, a highly nonlinear process whereby an initial seed with narrow spectrum experiences massive broadening and leads to the generation of new wavelengths. The model agrees quantitatively with experiment over an optical bandwidth as broad as 1000 nm and a three-order of magnitude dynamic range, representing one of the most remarkable tests of nonlinear laser modelling ever reported.

 These findings have also shown that the supercontinuum laser generates extreme rogue wave pulses and turbulent characteristics as a consequence of unstable soliton dynamics in the cavity.  The results have answered the physical question relating to the mechanisms driving the spectral broadening and instability in such lasers, and may point to approaches to generate even broader spectral bandwidths for applications such as incoherent imaging. Possible interdisciplinary applications may include attempting to create a similarly incoherent resonator for other classes of nonlinear wave such as in hydrodynamics.

The research was performed as part of a collaboration between the Institut FEMTO-ST and the ICB Laboratory in France (CNRS and the University of Bourgogne-Franche-Comté), as well as international partners from Tampere University (Finland) and Aston University (United Kingdom).

Article: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25861-4

  1. Meng et al. Intracavity incoherent supercontinuum dynamics and rogue waves in a broadband dissipative soliton laser. Nature Communications 12 (2021). DOI : 10.1038/s41467-021-25861-4

Contact : John Dudley

« Typical chaotic pulse emission from the supercontinuum fiber laser"

[[{"fid":"9325","view_mode":"default","fields":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""},"type":"media","field_deltas":{"1":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""}},"attributes":{"class":"media-element file-default","data-delta":"1"}}]]

[[{"fid":"9326","view_mode":"default","fields":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""},"type":"media","field_deltas":{"2":{"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":false,"field_file_image_title_text[und][0][value]":false,"external_url":""}},"attributes":{"class":"media-element file-default","data-delta":"2"}}]]

  • Publication dans Nature Communications

    Novembre 2014 :

    parution de l'article

    « Protrusion force microscopy reveals oscillatory force generation and mechanosensing activity of human macrophage podosomes »

    Read more
  • On a marché sur les braises !

    Un dimanche presque comme les autres à la Fabrikà sciences. Dimanche 14 décembre 2014, John Dudley (chercheur à l'Institut FEMTO-ST) proposait au public de marcher sur les braises.

    Read more
  • Paper prize at the international conference VPPC 2014

    At the International IEEE "Vehicle Power and Propulsion Conference" conference held in Coimbra, Portugal from 27 to 30 October 2014, “Hybrid & Fuel Cell Systems” Research Team of Femto-ST Institute won the Paper Prize for the paper titled “Energy management of an hybrid electrical vehicule in degraded operation”

    Read more
  • Paper prize lors de la conférence internationale VPPC 2014

    Lors de la conférence internationale IEEE « Vehicule Power and Propulsion Conference » qui s’est déroulée à Coimbra au Portugal du 27 au 30 octobre 2014, l’équipe Systèmes Hybride et Systèmes Pile à Combustible »du département Energie de FEMTO-ST a remporté le « Paper Prize » pour son article intitulé « Gestion d'énergie d'un véhicule électrique hybride en fonctionnement dégradé »

    Read more
  • Best Paper Award pour proposer l’interopérabilité des systèmes de communication des armées

    L’article présenté fin octobre à Rome par une équipe de FEMTO-ST/ Département Informatique des Systèmes Complexes, a reçu le prix du meilleur article scientifique lors de la conférence européenne du Wireless Innovation Forum. Les résultats présentés portaient sur l’application des méthodes de génération de tests à partir de modèles formels pour vérifier la conformité au standard du logiciel embarqué dans ces équipements, permettant d’assurer ainsi leur interopérabilité.

    Read more
  • Yannick Lefier, vainqueur de la Grande Battle de FEMTO-ST !

    Vulgariser ses travaux de recherche avec humour et en moins de 3 minutes. C’est le défi dans lequel se sont lancés huit doctorants de FEMTO-ST qui se sont affrontés à coups de « supers pouvoirs » au cours de cette édition 2014 de la fête de la science. Après une première épreuve qui s’est déroulée à l’UFR-STGI de Belfort, le 9 octobre dernier devant 130 lycéens, Yannick Lefier s’est imposé lors de la finale qui a eu lieu le 12 octobre à Besançon avec 30 % des votes du public pour la présentation de ses travaux en optique… déguisé en grand maître de la lumière karatéka !

    Read more
  • Un nouveau mode de diffusion de la lumière dans de minuscules fibres optiques

    Des chercheurs de l'institut Femto-ST en collaboration avec des collègues du Laboratoire Charles Fabry viennent de découvrir un nouveau mode de diffusion de la lumière dans de minuscules fibres optiques 50 fois plus fines qu'un cheveu ! Ce phénomène, qui varie selon l'environnement de la fibre, pourrait être exploité pour concevoir des capteurs innovants et ultra-sensibles. Ces travaux sont publiés le 24 octobre 2014 dans la revue Nature Communications.

    Read more
  • Congrès CETSIS - 27-29 octobre 2014

    Besançon accueille le congrès CETSIS 2014 du 27 au 29 octobre 2014. Il se déroule essentiellement autour de démonstrations réelles de travaux pratiques et de projets et de tables rondes et accueillera des enseignants, enseignants-chercheurs, doctorants, industriels de toute la France et de pays francophones.

    Read more
  • Visite du Premier ministre, Manuel Valls, à FEMTO-ST

    Accompagné de Mme Najat Vallaud-Belkacem, Ministre de l'Éducation nationale, de l'Enseignement supérieur et de la Recherche, et Mme Geneviève Fioraso, Secrétaire d’Etat à l’Enseignement supérieur et à la Recherche, le Premier Ministre Manuel Valls est venu découvrir, lundi 29 septembre à Besançon, les recherches menées au sein de l’institut et apprécier les développements technologiques réalisés au sein de notre salle blanche.

    Read more
  • Prix spécial du Jury sur le salon MICRONORA

    Un microrobot développé par une équipe de recherche de FEMTO-ST pour améliorer la chirurgie laser des cordes vocales a reçu le prix spécial du jury sur le salon MICRONORA

    Read more