Technologie des sources laser pour la détection par fibre optique – Deuxième partie

Technologie des sources laser pour la détection par fibre optique – Deuxième partie

2.2 Balayage à longueur d'onde uniquesource laser

La réalisation d'un balayage laser à longueur d'onde unique vise essentiellement à contrôler les propriétés physiques du dispositif.laserLa cavité (généralement à la longueur d'onde centrale de la bande passante de fonctionnement) permet de contrôler et de sélectionner le mode longitudinal oscillant dans la cavité, afin d'accorder la longueur d'onde de sortie. Dès les années 1980, la réalisation de lasers à fibre accordables reposait principalement sur le remplacement de la face d'extrémité réfléchissante du laser par un réseau de diffraction réfléchissant, la sélection du mode de la cavité laser étant effectuée par rotation et accord manuels du réseau. En 2011, Zhu et al. ont utilisé des filtres accordables pour obtenir une sortie laser accordable à longueur d'onde unique et à faible largeur de raie. En 2016, un mécanisme de compression de largeur de raie de Rayleigh a été appliqué à la compression à deux longueurs d'onde : une contrainte a été appliquée au réseau de Bragg à fibre (FBG) pour obtenir un accord laser à deux longueurs d'onde, la largeur de raie du laser de sortie étant surveillée simultanément. On a ainsi obtenu une plage d'accordabilité de 3 nm et une sortie stable à deux longueurs d'onde avec une largeur de raie d'environ 700 Hz. En 2017, Zhu et al. L'utilisation de graphène et d'un réseau de Bragg à fibre micro-nano a permis de réaliser un filtre accordable tout optique. Combiné à la technologie de rétrécissement laser Brillouin, ce filtre exploite l'effet photothermique du graphène aux alentours de 1550 nm pour atteindre une largeur de raie laser de seulement 750 Hz et un balayage photocommandé rapide et précis de 700 MHz/ms dans la gamme de longueurs d'onde de 3,67 nm. Comme illustré sur la figure 5, cette méthode de contrôle de la longueur d'onde permet de sélectionner le mode laser en modifiant directement ou indirectement la longueur d'onde centrale de la bande passante du dispositif dans la cavité laser.

Fig. 5 (a) Dispositif expérimental du régulateur de longueur d'onde optiquement contrôlablelaser à fibre accordableet le système de mesure ;

(b) Spectres de sortie à la sortie 2 avec l'amélioration de la pompe de contrôle

2.3 Source de lumière laser blanche

Le développement des sources de lumière blanche a connu différentes étapes, telles que la lampe halogène au tungstène, la lampe au deutérium,laser à semi-conducteuret une source de lumière supercontinuum. Plus précisément, cette source, sous l'excitation d'impulsions femtosecondes ou picosecondes de puissance transitoire extrême, produit des effets non linéaires de différents ordres dans le guide d'ondes, ce qui élargit considérablement son spectre. Ce dernier peut couvrir la bande allant du visible au proche infrarouge et présente une forte cohérence. De plus, en ajustant la dispersion et la non-linéarité de la fibre spéciale, son spectre peut même être étendu jusqu'à l'infrarouge moyen. Ce type de source laser est largement utilisé dans de nombreux domaines, tels que la tomographie par cohérence optique, la détection de gaz, l'imagerie biologique, etc. En raison des limitations des sources lumineuses et des milieux non linéaires, les premiers spectres supercontinuum étaient principalement produits par pompage de verre optique par laser à semi-conducteurs, afin d'obtenir un spectre supercontinuum dans le visible. Depuis, la fibre optique est progressivement devenue un excellent milieu pour la génération de supercontinuum à large bande grâce à son coefficient non linéaire élevé et à son faible champ de mode de transmission. Les principaux effets non linéaires comprennent le mélange à quatre ondes, l'instabilité de modulation, l'automodulation de phase, la modulation de phase croisée, la séparation des solitons, la diffusion Raman, le décalage de fréquence propre des solitons, etc. L'importance relative de chaque effet varie en fonction de la largeur d'impulsion de l'excitation et de la dispersion de la fibre. Actuellement, les sources de lumière supercontinuum visent principalement à améliorer la puissance du laser et à élargir sa gamme spectrale, tout en accordant une attention particulière au contrôle de leur cohérence.

3 Résumé

Cet article résume et passe en revue les sources laser utilisées pour la détection par fibre optique, notamment les lasers à raie spectrale étroite, les lasers monomodes accordables et les lasers à lumière blanche à large bande. Les exigences d'application et l'état de développement de ces lasers dans le domaine de la détection par fibre optique sont présentés en détail. L'analyse de ces exigences et de cet état de développement permet de conclure que la source laser idéale pour la détection par fibre optique doit fournir une émission laser ultra-étroite et ultra-stable sur toute bande de fréquence et à tout instant. Par conséquent, nous étudions en nous concentrant sur les lasers à raie spectrale étroite, les lasers à raie spectrale étroite accordables et les lasers à lumière blanche à large bande passante de gain, afin de déterminer, grâce à l'analyse de leur évolution, une méthode efficace pour réaliser la source laser idéale pour la détection par fibre optique.