Des lasers au bruit de grenaille pour l'optique cohérente : un combat presque gagné

Mehdi Alouini (1, 2) , Ghaya Baili (1) , Fabien Bretenaker (3) , Daniel Dolfi (1) , Loïc Morvan (1) , Isabelle Sagnes (4)

1 Thales Research and Technology [Palaiseau]
2 IPR - Institut de Physique de Rennes
3 LAC - Laboratoire Aimé Cotton
4 LPN - Laboratoire de photonique et de nanostructures

Depuis sa découverte le laser a pris une place prépondérante dans la plupart des expériences de physique qu'elles soient à caractère fondamental ou appliqué. Dans un bon nombre de ces expériences, les performances ultimes sont limitées par le bruit des sources laser. Cela est souvent le cas en optique atomique, en optique micro-onde, et dans le domaine de la métrologie par exemple. Or, la majorité des lasers utilisés à ce jour sont des lasers semi-conducteurs ou des lasers solides qui présentent tous un excès de bruit autour de la fréquence des oscillations de relaxation. Pour réduire cet excès de bruit, on peut mettre en oeuvre des contre-réactions sur le courant d'injection ou sur la puissance de pompe. On peut aussi faire appel à des techniques de réinjection optique. Une autre approche consiste à réguler la puissance optique en sortie du laser. Toutes ces méthodes sont assez lourdes à mettre en oeuvre et, surtout, elles ne sont opérantes que sur une plage de fréquence étroite. Le développement des liaisons optiques cohérentes a dû faire face à ce problème pendant longtemps. De plus, quand ces liaisons sont destinées aux applications radar, elles doivent couvrir une plage de fréquence de 20 GHz. Ce constat nous a amenés il y a quelques années à nous demander s'il était possible d'imaginer des sources laser dans lesquelles les oscillations de relaxation n'existeraient pas de manière inhérente, et qui par conséquent ne présenteraient pas d'excès de bruit. Ainsi, plutôt que de combattre l'excès de bruit, nous avons fait le pari qu'il était possible de modifier radicalement la dynamique d'un laser initialement de classe B pour l'amener à un fonctionnement de classe A. Lors de la présentation, nous retracerons le cheminement qui nous a permis de réaliser ces lasers faible bruit dédiés à l'optique cohérente et dont le bruit d'intensité est limité par le bruit de grenaille [1-3]. Nous montrerons en quoi ils sont adaptés à l'optique cohérente [4]. Cela nous amènera aux derniers développements visant à obtenir l'oscillation bifréquence accordable et faible bruit avec en perspective le déport d'oscillateurs locaux radars et l'interrogation d'horloges atomiques [5]. Fig. 1: (a) Fonction de transfert du laser faible bruit : transition du régime classe B au régime classe A. (b) Spectre du bruit d'intensité relatif. (c) Battement entre les deux états de polarisation du laser bifréquence faible bruit

Domaines: Optique [physics.optics]

Mehdi Alouini, Ghaya Baili, Fabien Bretenaker, Daniel Dolfi, Loïc Morvan, et al.. Des lasers au bruit de grenaille pour l'optique cohérente : un combat presque gagné. PAMO 2010, Jun 2010, Paris, France. ⟨hal-01142448⟩