Characterisation of the stability and instability regimes in dissipative soliton lasers with soliton-similariton and Mamyshev regeneration dynamics.
Caractérisation des régimes de stabilité et instabilité des lasers à soliton dissipatif avec dynamiques soliton-similariton et régénération Mamyshev.
Résumé
Modelocked ultrafast lasers producing picosecond and sub-picosecond pulses are well known to exhibit a very rich landscape of nonlinear dynamics that are of tremendous interest from both fundamental and applied perspectives. Although such instabilities from ultrafast laser have been studied for many decades, the recent development of advanced photonic measurement techniques has opened up new perspectives into their analysis. In this thesis, we report a detailed experimental study of the complex dynamical regimes of two different optical fibre laser systems operating around 1550 nm: a soliton-similariton laser, and a Mamyshev oscillator. In both cases, we use the time-frequency technique of frequency resolved optical gating for complete intensity and chirp characterisation in stable regimes of operation, and the real-time dispersive Fourier transform method to characterize shot-to-shot spectral fluctuations. For the particular case of the soliton-similariton laser, stable operation yields from 7 to 10 ps pulses of 30~nm spectral width and 0,32 mW average output power at 9,5 MHz. Instabilities seen in the soliton-similariton laser include novel startup, the generation of coupled soliton molecules, the emergence of complex intermittence and chaos, and the appearance of multipulse states. For the case of the Mamyshev oscillator, stable operation yields from 3 to 5 ps pulses of 90 à 100 nm spectral width and ~4 mW average output power at 6,37 MHz. We also present results on the characterization of the Noise-Like Pulse regime of the soliton-similariton laser with the addition of highly nonlinear fiber in the cavity, which generates broadband output spanning 1000 nm. As well as presenting a range of experimental results, numerical simulations are used to gain insight into the operation of the laser systems studied.
Les lasers ultrarapides produisant des impulsions picosecondes et sub-picosecondes sont connus pour présenter un riche éventail de dynamiques non linéaires qui sont d'un grand intérêt tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Bien que les instabilités dans les lasers ultrarapides aient été étudiées depuis plusieurs décennies, le développement récent de techniques de mesure avancées a ouvert de nouvelles perspectives dans leur analyse. Dans cette thèse, nous présentons une étude expérimentale des régimes de dynamiques complexes appliquée à deux différentes classes de lasers à fibre impulsionnels fonctionnant autour de 1550 nm : un laser soliton-similariton, et un oscillateur de Mamyshev. Dans les deux cas lors du régime stable, notre caractérisation se base sur la technique d'autocorrélation résolue en fréquence (FROG) qui fournit l’accès aux mesures complètes de l'intensité et du chirp. En présence d’instabilités, nous appliquons la technique de transformée de Fourier dispersive qui nous permet d’enregistrer en temps réel les fluctuations spectrales tour par tour. Pour le laser soliton-similariton, le fonctionnement stable est associé à des impulsions de 7 à 10 ps de largeur spectrale de 30 nm et de puissance de sortie moyenne de 0,32 mW à 9,5 MHz. Les instabilités observées dans le laser à soliton-similariton comprennent des molécules solitons, de l'intermittence complexe, et des états multi-impulsionnels. Pour l'oscillateur de Mamyshev, le fonctionnement stable est associé à des impulsions de 3 à 5 ps de largeur spectrale de 90 à 100 nm et à une puissance de sortie moyenne de ~4 mW à 6,37 MHz. Nous présentons également des résultats sur la caractérisation du régime "noise-like pulse" avec l'ajout d'une fibre hautement non linéaire dans la cavité soliton-similariton associé à un spectre large bande couvrant 1000 nm. En plus de présenter une série de résultats expérimentaux, des simulations numériques ont également été utilisées afin de faciliter la compréhension du fonctionnement des systèmes étudiés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)