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Lumière sur les lasers supercontinuum

En collaboration avec des collègues des Universités de Tampere, d'Aston et de l'ICB à Dijon, des chercheurs de FEMTO-ST ont fait des progrès significatifs sur la compréhension de la nature chaotique des lasers en étudiant un laser supercontinuum en régime d’impulsions fortement instables.

Ces travaux ont été publiés le 22 septembre 2021 dans la revue Nature Communications.

Les lasers femtosecondes sont aujourd’hui largement utilisés pour diverses applications dans l’industrie et les nouvelles technologies biomédicales, et ils sont également des outils indispensables à la recherche fondamentale.

Produisant généralement des impulsions stables et périodiques, de tels lasers peuvent également être configurés pour produire des impulsions fortement instables et irrégulières, et dans ce régime spécifique, leur étude donne des informations nouvelles sur la nature du chaos, les propriétés de turbulence et l'émergence d’ondes extrêmes. Bien que de telles instabilités lasers soient connues depuis des décennies, leur étude expérimentale est techniquement difficile et leurs origines sont encore mal comprises.

Des recherches publiées dans Nature Communications par une équipe de FEMTO-ST ont fait état d'une avancée majeure dans notre compréhension du fonctionnement chaotique des lasers. Les chercheurs ont ainsi conçu une nouvelle classe de laser à fibre optique opérant uniquement dans un régime hautement chaotique. Ils ont également développé une nouvelle méthode d’analyse en temps réel, leur permettant de construire une image détaillée des fluctuations de ce laser sur plusieurs échelles de temps : des impulsions aléatoires d'une durée inférieure à une picoseconde aux instabilités évoluant sur des millisecondes en laboratoire. Les expériences ont été validées par un nouveau modèle numérique, révélant ainsi le rôle central de la génération de supercontinuum incohérente, un processus hautement non linéaire par lequel le spectre étroit du laser subit un élargissement massif et conduit à la génération de nouvelles longueurs d'onde. Le modèle concorde quantitativement avec les mesures expérimentales sur une bande passante optique de plus de 1000 nm et une dynamique de trois ordres de grandeur, représentant l'un des tests les plus remarquables de modélisation laser non linéaire jamais rapportés. Ces résultats ont également montré que le laser supercontinuum génère des impulsions extrêmes de forte puissance et des phénomènes de turbulence en raison de la dynamique instable des solitons dans la cavité. Les résultats obtenus ont permis d’élucider les mécanismes fondamentaux à l'origine de l'élargissement spectral et de l'instabilité dans de tels lasers, ouvrant ainsi la voie vers de nouvelles approches pour générer des spectres à très large bande dans les lasers. Les applications interdisciplinaires possibles peuvent inclure la tentative de créer un résonateur incohérent de la même manière pour d'autres classes d'ondes non linéaires comme en hydrodynamique.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut FEMTO-ST et le Laboratoire ICB en France (CNRS et Université de Bourgogne -Franche-Comté), ainsi que des chercheurs de l'Université de Tampere (Finlande) et de l'Université d'Aston (Royaume Uni).

Voir l'article

  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

« Illustration de l’émission d'impulsions chaotiques typiques du laser à fibre supercontinuum."

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