Claude Leycuras

Stabilization of a stimulated Brillouin fiber ring laser by strong pump modulation

A stable train of compressed Stokes pulses (to ~10 nsec) is obtained in a stimulated Brillouin fiber ring laser (of length L = 83 m) by periodically interrupting the argon-ion cw pump beam with an intraring cavity acousto-optic modulator. Interruption of the pump action, at each round-trip time tr ≃ Ln/c, permits damping of the excited sound waves that accumulate at the entry of the fiber owing to the inertial response of the material, well described by the coherent three-wave stimulated Brillouin scattering model (C3W-SBS equations). Amplification and compression of the backscattered Stokes pulse are limited by nonlinear optical Kerr effect, which is incorporated into the C3W-SBS equations.

A coherent approach to stationary stimulated Brillouin fiber amplifiers

An analytical stationary solution is proposed for the collinear Brillouin fiber mirror in the frame of the 1-D-coherent 3-wave model, in which decoupled phases allow side-resonance interaction, the conservation of the impulsion being insured by a nonlinear phase gradient. The Lorentzian shape of the gain curve of low efficiency stationary SBS amplifiers is then justified, even when the interaction is strong enough to stimulate an acoustic wave with a narrow spectral width. It is shown that, when SBS efficiency increases, the gain curve first exhibits some gain narrowing, then saturates, yielding for high pump powers a spectral band larger than the spontaneous Brillouin bandwidth.RésuméUne thé orie gé né rale de l’amplification Brillouin en régime stationnaire, est pré senté e qui tient compte à la fois de la déplétion de la pompe et d’un é ventuel dé saccord en fré quence du signal par rapport à la ré sonance. Cette é tude impose une ré interpré tation de la notion de largeur de gain Brillouin, l’amplificateur se comportant comme l’é quivalent acoustique d’un laser lorsque les ondes ré trodiffusée et maté rielle sont l’une et l’autre stimulées. On est alors en pré sence de trois ondes (pompe-Brillouin-acoustique), spectralement très é troites et donc de fré quences et de phases bien définies; en ré gime stationnaire, on peut se ramener à un système d’ é quations où les intensités sont indépendantes des phases, le dé saccord de fré quence é ventuel des trois ondes par rapport à la ré sonance é tant compensé par un gradient de phase longitudinal stationnaire. La largeur spectrale d’un amplificateur Brillouin peut ici être dé finie comme celle de la courbe de gain obtenue en faisant varier la fré quence d’un signal Stokes monochromatique autour de la résonance. Cette nouvelle dé finition n’affecte pas l’évolution de la ré ponse spectrale de l’amplificateur en fonction de la puissance. Dans la limite des gains faibles, on retrouve ainsi la lorentzienne associée à la diffusion spontanée, de même que son affinement par le gain. Puis, ce gain saturant à la résonance à une valeur correspondant à un transfert d’énergie presque total de la pompe vers l’onde Stokes, la courbe de gain recommence à s’ élargir, menant pour les très fortes puissances de pompe à une bande plus large que celle de la diffusion Brillouin spontanée.

Dissipative superluminous Brillouin solitons in an optical-fiber ring cavity

Generation of large-scale spatio-temporal coherent structures caused by stimulated Brillouin backscattering of a narrow-band laser wave in a large-gain one-dimensional nonlinear medium is studied by comparing the numerical simulations and the analytical asymptotics of the three-wave resonant model to actual experiments in a single-mode optical-fiber. This comparison recently allowed us to predict [1] and to perform the first experimental observation [2] of the “superluminous” Brillouin soliton backward propagating with respect to the cw pump in an optical-fiber ring-cavity.

A Several MHz Optical Clock Using Stimulated Brillouin Scattering In A Ring Fiber Cavity

An optical clock, temporal characteristics of which are determined by geometrical parameters, works by stationary pulsed emission of a CT-pumped Brillouin fiber ring laser. Modelization has been achieved through coherent equations including optical Kerr effect. Feasibility is demonstrated and a compact device is envisaged.

Diffusion Brillouin stimulee dans un laser en anneau à fibre optique

RésuméUn oscillateur à fibre optique en anneau, pompé en continu, donne lieu à un régime pulsé de rétrodiffusion Brillouin stimulée (dbs). Un traitement numérique des équations cohérentes à trois ondes permet d’interpreter l’efficacité du processus. L’ accumulation des phonons acoustiques, à l’origine d’une sévère limitation de la puissance de l’onde de pompage couplee, d’un élargissement des impulsions Brillouin et d’instabilités a étée évitée en couplant l’onde pompe par un déflecteur acousto-optique accordé sur le ’temps de vol dans l’oscillateur. La prise en compte de l’effet Kerr optique permet de rendre compte quantitativement des résultats expérimentaux.AbstractA cw-pumped optical fiber ring oscillator leads to pulsed emission by stimulated Brillouin back-scattering (dbs for« diffusion Brillouin stimulee»). Numerical treatment of the three-wave coherent equations allows an interpretation of the process efficiency. Accumulation of stimulated acoustical phonons, which severely limits the coupled pump power and is at the origin of instabilities and broadening of the Brillouin pulses, has been avoided by coupling the pump wave with an acousto-optic deflector driven at the oscillator optical round trip frequency. Taking into account the optical Kerr effect, the numerical results are in good accordance with experiment.

Transmission non linéaire dans les fibres optiques monomodes faiblement biréfringentes

AnalyseDes modulations temporelles importantes sont observées lors de la propagation d’impulsions lumineuses courtes (durée de l’ordre de la nanoseconde) dans une fibre optique monomode faiblement biréfringente. Ces modulations sont en relation avec l’intensité et la polarisation de l’onde incidente. Les auteurs montrent que le phénomène peut apparaître à bas niveau d’intensité et pour des fibres courtes. La représentation sphérique de Poincaré des états de polarisation permet d’illustrer simplement les effets linéaires et non linéaires en jeu.AbstractThe authors report the existence of large modulations in the signal transmitted by a monomode and weakly biréfringent optical fiber. These modulations are related to the intensity and the polarization of the input light. They show that this phenomenon can occur at a weak intensity level and in short fiber lengths. They make use of the Poincaré sphere representation to illustrate all the implied linear and non linear effects.