Exploration de nouvelles architectures de lasers à fibre ultrarapides dans le proche infrarouge et dans le visible.

Les lasers à fibre ultrarapides émettent des impulsions lumineuses d’une durée allant de quelques dizaines de femtosecondes jusqu’à quelques picosecondes. Leur développement fulgurant au cours des trois dernières décennies leur a permis de trouver leur niche dans plusieurs applications touchant à des domaines variés comme la spectroscopie, le micro-usinage, la microscopie non linéaire, la tomographie, la chirurgie, le marquage et la télédétection. Ils ont d’ailleurs détrôné des lasers à l’état solide comme par exemple le laser titane-saphir dans plusieurs de ces applications. Toutefois, généralement basés sur des fibres optiques en verre dopé aux terres rares, ces lasers ont été développés principalement dans des régions spectrales bien précises : verre de silice dopé ytterbium (1060 nm), erbium (1550 nm) ou thulium (1900 nm) et verre fluoré dopé erbium (2800 nm) pour n’en nommer que quelques-uns. De plus, les performances en termes d’énergie et de puissance crête des impulsions restent un peu décevantes dans certaines de ces régions, limitant leur utilité pour certaines applications. Le présent projet vise à diversifier l’offre de tels lasers pour leur donner une plus grande polyvalence pour les utilisateurs. Nous voulons 1) développer un oscillateur laser à fibre femtoseconde émettant des impulsions de quelques microjoules à 1550 nm et 2) développer un laser à fibre ultrarapide émettant directement dans le visible.

Pour le premier objectif, nous voulons concevoir un laser à fibre avec une architecture d’oscillateur de Mamyshev basée sur une fibre optique légèrement multimode à profils d’indice et de dopage à l’erbium spéciaux. Le profil d’indice aura un design à la Ramachandran et un profil de dopage comportant un anneau autour d’une portion centrale. Cette approche permettra d’opérer le laser dans un mode transverse supérieur montrant une dispersion plus élevée et une non-linéarité effective plus faible due à une surface modale plus grande. Ces caractéristiques permettront d’augmenter le seuil de bris des impulsions dans la cavité laser et ainsi d’émettre des impulsions beaucoup plus énergétiques.

Pour le second objectif, nous allons investiguer la possibilité d’opérer un laser à fibre basé sur une fibre en verre fluoré dopée avec des ions de praséodyme en régime impulsionnel «mode-locked». L’ion praséodyme peut émettre sur différentes raies dans le visible, dont certaines relativement intenses entre 600 et 635 nm. On peut pomper les ions avec une diode laser bleue à 440 nm maintenant disponible commercialement. Jusqu’à maintenant, une seule démonstration expérimentale d’un tel laser opéré en régime «mode-locked» a été discutée. Elle était basée sur l’utilisation d’un miroir en boucle non-linéaire et a mené à des performances relativement modestes. Nous étudierons la possibilité d’introduire différents mécanismes dans une telle cavité laser pour forcer le laser à émettre des impulsions brèves. Parmi les possibilités envisagées, l’utilisation d’un système avec rotation non linéaire de la polarisation et l’utilisation d’une architecture d’oscillateur de Mamyshev. Grâce à ce type de design et à un système de pompage plus efficace, une telle cavité pourra potentiellement émettre des impulsions femtosecondes de plusieurs nanojoules, améliorant de beaucoup les performances de la démonstration précédente.