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"}}]]

  • Conference 'Seizing the Opportunity in Nano-Photonics'

    A conference concerning Photonics will take place in FEMTO-ST on Friday 3rd of April at 2pm.

    Read more
  • Séminaire 'Saisir les opportunités dans la nano-photonique'

    Profitant de la présence en France de James Pond, expert en modélisation optique par la méthode "Finite Difference Time Domain", nous vous invitons à venir l'écouter lors du séminaire intitulé : "Saisir les opportunités dans la nano-photonique"
    Ce séminaire aura lieu le vendredi 3 avril 2009 à 14h dans l'amphi FEMTO-ST.

    Read more
  • Journée Test et mesure AGILENT

    Exposition de matériels test et conférence sur les oscilloscopes et l'intégrité du signal le jeudi 2 avril 2009 de 9h30 à 17h00 à l'institut FEMTO-ST.

    Read more
  • e-maintenance : la Franche-Comté mise sur la plate-forme SISTRE

    Stratégie de maintenance et e-maintenance sont les maîtres mots traduisant la problématique industrielle étudiée par FEMTO-ST et plus particulièrement par l’équipe COSMI du département de recherche AS2M. Le système industriel SISTRE, rénové et financé par la région Franche-Comté, permet de marier des outils matériels et logiciels pour mettre au point la maintenance interactive de demain.

    Un article de presse est paru dans le bimestriel Référence Industrie de mars 2009

    Read more
  • FEMTO-ST au rassemblement national des délégués de laboratoire

    Deux représentants de FEMTO-ST participeront au rassemblement national des délégués de laboratoire, qui a lieu le jeudi 12 mars à l’Institut Océanographique à Paris.

    Read more
  • A la rencontre des acteurs de l'Innovation

    Tout au long de la journée du jeudi 19 mars 2009, rencontrez les acteurs de l’innovation, ceux qui la font et ceux qui peuvent vous aider dans votre démarche…

    Read more
  • FEMTO-Innovation présent du 3 au 8 mars sur le salon CeBIT à Hanovre

    FEMTO-Innovation à l’instar de 11 autres instituts Carnot membres du groupe « Technologie de l’Information et de la Communication, Micro et Nano Technologies » sera présent au CeBIT, 1er salon mondial des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC), du 03 au 08 mars 2009 à Hanovre, Allemagne, sur le pavillon français du hall 9, stands B21 A et H.

    Read more
  • Tête chercheuse en nano-optique

    Coup de projecteur sur Maria Pilar Bernal Artajona, chercheuse à FEMTO-ST...

    Read more
  • Concours "Faites de la science"

    Le concours "Faites de la science" a pour objectif la promotion des sciences en contribuant à l'acquisition d'une culture scientifique et scientifique et technique et à une ouverture sur la démarche scientifique, par les élèves des collèges et lycées de la région. Toutes les idées sont bonnes pour autant qu'elles entrent dans les objectifs et l'esprit du concours. L'attribution de bourses vise à encourager le maximum d'initiatives.

    Read more
  • Conférences Nanozoom - Micronora

    En partenariat avec Micronora, notre institut de recherche organise les 24 et 25 septembre 2008 à Besançon, au cours du salon international des microtechniques, un cycle de conférences de haut niveau en langue française et anglaise dédié aux applications des micro et nanotechnologies.

    Read more