FR3099254A1 - Gain Switched Laser Diode Short Light Pulse Generation System and Method - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un système et une méthode de génération d’impulsion lumineuse. Selon l’invention, le système comprend une diode laser (1) commutée en gain adaptée pour émettre une impulsion lumineuse source (10), un dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse source (10) et générer une impulsion lumineuse (15) divisée spectralement comprenant une première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phase et une deuxième partie d’impulsion (12) décalée spectralement par effet Raman et un dispositif de séparation spectrale (30, 44, 45) adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse divisée spectralement et pour extraire la première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phaseFigure pour l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a system and method for generating a light pulse. According to the invention, the system comprises a gain-switched laser diode (1) adapted to emit a source light pulse (10), an optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) phase self-modulation generation and Raman effect generation adapted to receive the source light pulse (10) and generate a spectrally divided light pulse (15) comprising a first pulse portion (11) spectrally widened by self-phase modulation and a second pulse portion (12) spectrally shifted by Raman effect and a spectral separation device (30, 44, 45) adapted to receive the spectrally divided light pulse and to extract the first pulse portion ( 11) spectrally widened by phase self-modulation Figure for the abstract: Fig. 1

Description

Système et méthode de génération d’impulsion lumineuse courte à base de diode laser commutée en gainSystem and method for generating a short light pulse based on a gain-switched laser diode

La présente invention concerne le domaine technique des lasers à impulsions courtes ou ultra-courtes.The present invention relates to the technical field of short or ultra-short pulse lasers.

Dans le domaine ci-dessus, on connait depuis une vingtaine d’années les oscillateurs à blocage de mode qui permettent de générer des impulsions lumineuses à une fréquence de répétition fixe. Les puces SESAM peuvent servir au blocage de mode mais ont une durée de vie très limitée.In the field above, mode-locked oscillators have been known for about twenty years, which make it possible to generate light pulses at a fixed repetition frequency. SESAM chips can be used for mode blocking but have a very limited lifetime.

Plus récemment, sont apparues les diodes laser commutées en gain (ou diode laser à commutation de gain, en anglais gain switched laser diode, noté GSDL). Une diode laser commutée en gain est un dispositif optique émettant des impulsions lumineuses d’une durée généralement comprise entre 10 ps et 1 ns. L’avantage principal d’une telle diode laser commutée en gain est d’émettre des impulsions lumineuses à une fréquence de répétition ajustable de 1 Hz à 50 GHz. Une diode laser commutée en gain offre aussi une durée de vie plus longue qu’un oscillateur à blocage de mode utilisant une puce SESAM. L’inconvénient majeur d’une telle diode laser commutée en gain est que la qualité temporelle de l’impulsion émise est mauvaise. En effet, le profil temporel de l’impulsion lumineuse émise par une diode laser commutée en gain est en général constitué d’un pic d’intensité court flanqué de piédestaux étendus avant et après le pic d’intensité, ces piédestaux étant induits par une phase non-linéaire. La reproductibilité du profil temporel (et donc de la durée) des impulsions émises par une diode laser à commutation de gain est assez faible à ce jour. De plus, les piédestaux temporels (hors du pic principal) sont de forme variable d’une impulsion à une autre pour un même système, et variable également d’un système à un autre. Ces instabilités sont dues à la fois à l’électronique de commutation et à la physique de la commutation du gain de la diode laser. La reproductibilité est encore plus faible d’une diode à l’autre. Un autre inconvénient d’une telle diode laser commutée en gain est que la durée en sortie de diode n’est pas ou peu compressible et ne permet pas d’accéder à des durées inférieures à 5 ps. Enfin, cette solution basée sur des diodes laser commutées en gain n’est pas compatible avec l’amplification à dérive de fréquence (appelée « Chirped Pulse Amplification » en anglais, notée CPA) car les spectres optiques émis sont trop fins et la dérive en fréquence initiale des impulsions est très fortement non-linéaire. La technique d’amplification CPA très couramment utilisée dans l’industrie des lasers pour obtenir des impulsions lumineuses ultra-courtes de très fortes énergies.More recently, gain-switched laser diodes (or gain-switched laser diode, denoted GSDL) have appeared. A gain-switched laser diode is an optical device that emits light pulses with a duration typically between 10 ps and 1 ns. The main advantage of such a gain-switched laser diode is to emit light pulses at an adjustable repetition rate from 1 Hz to 50 GHz. A gain-switched laser diode also offers longer life than a mode-locked oscillator using a SESAM chip. The major drawback of such a gain-switched laser diode is that the temporal quality of the emitted pulse is poor. Indeed, the temporal profile of the light pulse emitted by a gain-switched laser diode generally consists of a short intensity peak flanked by extended pedestals before and after the intensity peak, these pedestals being induced by a non-linear phase. The reproducibility of the temporal profile (and therefore of the duration) of the pulses emitted by a gain-switched laser diode is quite low to date. Moreover, the temporal pedestals (outside the main peak) are variable in shape from one pulse to another for the same system, and also variable from one system to another. These instabilities are due to both the switching electronics and the physics of the laser diode gain switching. The reproducibility is even lower from one diode to another. Another disadvantage of such a gain-switched laser diode is that the duration at the diode output is not or only slightly compressible and does not allow access to durations of less than 5 ps. Finally, this solution based on gain-switched laser diodes is not compatible with frequency-drift amplification (called “Chirped Pulse Amplification” in English, denoted CPA) because the optical spectra emitted are too fine and the drift in the initial frequency of the pulses is very strongly non-linear. The CPA amplification technique very commonly used in the laser industry to obtain ultra-short light pulses of very high energies.

On connait des techniques d’optique linéaire et non-linéaire pour raccourcir temporellement l’impulsion lumineuse émise par une diode laser commutée en gain.Linear and non-linear optical techniques are known to temporally shorten the light pulse emitted by a gain-switched laser diode.

La publication Y. Kusama, Y. Tanushi, M. Yokoyama, R. Kawakami, T. Hibi, Y. Kozawa, T. Nemoto, S. Sato, and H. Yokoyama, "7-ps optical pulse generation from a 1064-nm gain-switched laser diode and its application for two-photon microscopy," Opt. Express 22, 5746-5753 (2014) décrit un système basé sur une diode laser commutée en gain et un filtre spectral à bande passante étroite (0,3 nm ou 0,5 nm) pour générer une impulsion lumineuse de 7 ps.The publication Y. Kusama, Y. Tanushi, M. Yokoyama, R. Kawakami, T. Hibi, Y. Kozawa, T. Nemoto, S. Sato, and H. Yokoyama, "7-ps optical pulse generation from a 1064- nm gain-switched laser diode and its application for two-photon microscopy," Opt. Express 22, 5746-5753 (2014) describes a system based on a gain-switched laser diode and a narrow bandwidth (0.3 nm or 0.5 nm) spectral filter to generate a 7 ps light pulse.

Le brevet US 10,230,208 B2 décrit un système générateur d’impulsions lumineuses femtoseconde de forte intensité basé sur une diode laser commutée en gain, un régénérateur de Mamyshev utilisant une fibre optique générant des effets optiques non-linéaires, un filtre spectral passe-bande accordable et un amplificateur optique pour générer une impulsion ayant une intensité temporelle de forme parabolique.US Patent 10,230,208 B2 describes a high intensity femtosecond light pulse generator system based on a gain-switched laser diode, a Mamyshev regenerator using an optical fiber generating non-linear optical effects, a tunable band-pass spectral filter and an optical amplifier for generating a pulse having a parabolic shaped temporal intensity.

Toutefois, ces techniques éliminent la majeure partie de l’impulsion initiale pour n’en conserver qu’une petite partie du spectre (quelques pourcents en intensité) et nécessitent une amplification supplémentaire de l’impulsion. De plus, ces systèmes présentent des fortes variations d’intensité d’une impulsion à une autre impulsion et une instabilité en durée d’impulsion.However, these techniques eliminate most of the initial pulse to keep only a small part of the spectrum (a few percent in intensity) and require additional amplification of the pulse. Moreover, these systems present strong variations of intensity from one pulse to another pulse and an instability in pulse duration.

Un des buts de l’invention est de proposer un système laser générant des impulsions courtes, d’intensité et de durée stable dans le temps, tout en étant accordable en fréquence de répétition et de coût de fabrication réduit.One of the aims of the invention is to propose a laser system generating short pulses, of stable intensity and duration over time, while being tunable in repetition frequency and of reduced manufacturing cost.

Il est ainsi proposé, selon l’invention, un système de génération d’impulsion lumineuse comprenant une diode laser commutée en gain adaptée pour émettre une impulsion lumineuse source, un dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse source et générer une impulsion lumineuse divisée spectralement comprenant une première partie d’impulsion élargie spectralement par automodulation de phase et une deuxième partie d’impulsion décalée spectralement par effet Raman et un dispositif de séparation spectrale adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse divisée spectralement et pour extraire la première partie d’impulsion élargie spectralement par automodulation de phase.There is thus proposed, according to the invention, a light pulse generation system comprising a gain-switched laser diode suitable for emitting a source light pulse, an optical device for generating phase self-modulation and for generating Raman effect adapted to receive the source light pulse and generate a spectrally divided light pulse comprising a first pulse part spectrally widened by self-phase modulation and a second pulse part spectrally shifted by Raman effect and a spectral splitting device adapted to receiving the spectrally split light pulse and for extracting the spectrally broadened first pulse portion by self-phase modulation.

L’invention fournit une mise en forme spectrale d’impulsions émises par une diode laser, qui, après passage dans un compresseur, permet de générer des impulsions courtes, ayant une durée comprise entre 100 fs et 10 ps, de forte énergie et de forte puissance crête. Une fois le pic Raman exfiltré, l’impulsion ainsi filtrée spectralement et comprimée est plus courte que l’impulsion source émise par la diode laser à commutation de gain qui émet des impulsions picosecondes, ayant une durée comprise entre 10 ps et 1 ns. De plus, l’impulsion filtrée spectralement et comprimée présente une excellente qualité temporelle et une plus grande symétrie par rapport à son maximum d’intensité. La séparation spectrale de la partie Raman de l’impulsion est stable et autocentrée. La longueur d’onde de l’impulsion lumineuse source peut varier de 0.1 nm à quelques nanomètres sans nécessiter de réajuster le dispositif de séparation spectrale et sans aucun effet négatif sur le système de l’invention. La diode laser à commutation de gain étant accordable en fréquence, il est ainsi possible de générer une impulsion lumineuse à la demande ou une série d’impulsions à une fréquence de répétition ajustable entre environ 1 Hz et 50 GHz. Enfin, la présente divulgation met en œuvre des composants optiques qui sont relativement peu onéreux (filtre passe-bas, filtra passe bande à bande spectrale large, filtre dichroïque, fibre optique à cristaux photoniques induisant des pertes à la longueur d’onde Raman ou un matériau fortement absorbant à la longueur d’onde Raman) et non pas un filtre coupe bande à largeur de bande étroite et à flancs raides, comme un filtre de type notch, qui est relativement plus coûteux. De plus, cette solution technique ne nécessite pas obligatoirement d’étage d’amplifications supplémentaire.The invention provides spectral shaping of pulses emitted by a laser diode, which, after passing through a compressor, makes it possible to generate short pulses, having a duration between 100 fs and 10 ps, of high energy and high peak power. Once the Raman peak has been exfiltrated, the pulse thus spectrally filtered and compressed is shorter than the source pulse emitted by the gain-switched laser diode which emits picosecond pulses, having a duration between 10 ps and 1 ns. In addition, the spectrally filtered and compressed pulse exhibits excellent temporal quality and greater symmetry with respect to its maximum intensity. The spectral separation of the Raman part of the pulse is stable and self-centered. The wavelength of the source light pulse can vary from 0.1 nm to a few nanometers without requiring readjustment of the spectral separation device and without any negative effect on the system of the invention. Since the gain-switched laser diode is frequency tunable, it is thus possible to generate a light pulse on demand or a series of pulses at an adjustable repetition rate between approximately 1 Hz and 50 GHz. Finally, the present disclosure implements optical components which are relatively inexpensive (low-pass filter, band-pass filter with wide spectral band, dichroic filter, optical fiber with photonic crystals inducing losses at the Raman wavelength or a highly absorbent material at the Raman wavelength) and not a notch filter with a narrow bandwidth and steep edges, such as a notch type filter, which is relatively more expensive. In addition, this technical solution does not necessarily require an additional amplification stage.

Dans un mode de réalisation particulier et avantageux, le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte une fibre optique passive adaptée pour recevoir l’impulsion lumineuse source et générer une impulsion lumineuse modulée spectralement par auto-modulation de phase.In a particular and advantageous embodiment, the optical device for generating phase self-modulation and generating the Raman effect comprises a passive optical fiber adapted to receive the source light pulse and generate a light pulse modulated spectrally by self -phase modulation.

Dans un autre mode de réalisation particulier et avantageux, le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte un amplificateur optique adapté pour l’amplification et pour la génération d’auto-modulation de phase.In another particular and advantageous embodiment, the optical device for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect comprises an optical amplifier suitable for amplification and for generating phase self-modulation.

De façon avantageuse, le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte une deuxième fibre optique passive ou la même fibre optique passive adaptée pour la génération d’effet Raman.Advantageously, the optical device for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect comprises a second passive optical fiber or the same passive optical fiber adapted for the generation of the Raman effect.

Selon un mode de réalisation particulier et avantageux, le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte un amplificateur optique adapté pour l’amplification et pour la génération d’effet Raman.According to a particular and advantageous embodiment, the optical device for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect comprises an optical amplifier adapted for the amplification and for the generation of the Raman effect.

Selon un exemple particulier, l’amplificateur optique est un amplificateur à fibre photonique à bande interdite adapté pour former le dispositif de séparation spectrale.According to a particular example, the optical amplifier is a bandgap photonic fiber amplifier adapted to form the spectral separation device.

De façon avantageuse, le dispositif de séparation spectrale comporte un filtre passe-bas en longueur d’onde, un filtre passe-bande, un filtre dichroïque, une fibre optique à cristaux photoniques, un amplificateur optique ayant une bande de gain adaptée pour amplifier sélectivement la première partie d’impulsion ou un compresseur à réseau(x) de diffraction.Advantageously, the spectral separation device comprises a wavelength low-pass filter, a band-pass filter, a dichroic filter, an optical fiber with photonic crystals, an optical amplifier having a gain band suitable for selectively amplifying the first pulse part or a diffraction grating compressor.

Selon un mode de réalisation particulier et avantageux, le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman et le dispositif de séparation spectrale sont constitués d’un amplificateur à fibre optique adapté pour l’amplification, la génération d’auto-modulation de phase, la génération d’effet Raman et la séparation spectrale.According to a particular and advantageous embodiment, the optical device for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect and the spectral separation device consist of an optical fiber amplifier suitable for the amplification, the phase self-modulation generation, Raman effect generation and spectral separation.

De façon avantageuse, le système comprend un autre amplificateur optique disposé entre la diode laser et le dispositif optique de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman.Advantageously, the system comprises another optical amplifier arranged between the laser diode and the optical device for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect.

De façon alternative ou complémentaire, le système comprend au moins un amplificateur optique et/ou un compresseur disposé(s) en aval du dispositif de séparation spectrale.Alternatively or additionally, the system comprises at least one optical amplifier and/or a compressor arranged downstream of the spectral separation device.

De préférence, la diode laser commutée en gain émet des impulsions lumineuses source à une fréquence de répétition ajustable dans une gamme de fréquence comprise entre 1 Hz et 50 GHz.Preferably, the gain-switched laser diode emits source light pulses at an adjustable repetition rate in a frequency range between 1 Hz and 50 GHz.

L’invention concerne aussi une méthode de génération d’impulsion lumineuse comprenant les étapes suivantes : émission, par une diode laser commutée en gain, d’une impulsion lumineuse source ; génération, à partir de l’impulsion lumineuse source, d’une impulsion lumineuse divisée spectralement comprenant une première partie d’impulsion élargie spectralement par automodulation de phase et une deuxième partie d’impulsion décalée spectralement par effet Raman ; et séparation spectrale adaptée pour extraire la première partie d’impulsion élargie spectralement par automodulation de phase.The invention also relates to a method for generating a light pulse comprising the following steps: emission, by a gain-switched laser diode, of a source light pulse; generation, from the source light pulse, of a spectrally divided light pulse comprising a first part of the pulse spectrally widened by self-phase modulation and a second part of the pulse spectrally shifted by the Raman effect; and spectral separation adapted to extract the first spectrally widened pulse part by self-phase modulation.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.

De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :In addition, various other characteristics of the invention emerge from the appended description made with reference to the drawings which illustrate non-limiting forms of embodiment of the invention and where:

est une vue schématique d’un système de génération d’impulsion lumineuse selon l’invention, is a schematic view of a light pulse generation system according to the invention,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un premier mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a first embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un deuxième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a second embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un troisième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a third embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un quatrième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a fourth embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un cinquième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a fifth embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un sixième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a sixth embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un septième mode de réalisation, schematically represents a light pulse generation system according to a seventh embodiment,

représente schématiquement un système de génération d’impulsion lumineuse selon un huitième mode de réalisation. schematically represents a light pulse generation system according to an eighth embodiment.

Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.It should be noted that in these figures the structural and/or functional elements common to the different variants may have the same references.

Description détailléedetailed description

Dans la suite du présent document, les termes suivants sont utilisés de manière équivalente : diode laser, diode commutée en gain, diode laser commutée en gain ou diode laser à commutation de gain.In the remainder of this document, the following terms are used equivalently: laser diode, gain-switched diode, gain-switched laser diode or gain-switched laser diode.

Dans la description qui suit, les différents modes de réalisation sont de simples exemples et ne limitent pas la portée de l’invention.In the following description, the various embodiments are mere examples and do not limit the scope of the invention.

La figure 1 représente de manière schématique le principe général et le fonctionnement d’un système de génération d’impulsion lumineuse selon la présente divulgation. Ce système laser comprend une diode laser 1 reliée à un générateur 2 d’impulsion électrique. Dans la suite du présent document, la diode laser 1 est une diode laser commutée en gain. Plus précisément, le générateur 2 d’impulsion électrique applique une impulsion électrique de durée comprise entre 10 ps et 5 ns sur les électrodes de la diode laser 1 de manière faire commuter le gain de la diode laser. Ainsi, la diode laser 1 commutée en gain émet une impulsion lumineuse source 10 de durée comprise entre environ 10 ps et 1 ns. La diode laser émet l’impulsion lumineuse source 10 à une longueur d’onde de 1 µm, 1,03 µm, 1,064 µm, 1,55 µm, 1,56 µm ou 2µm par exemple. L’impulsion lumineuse source 10 a une largeur de bande spectrale comprise entre 1 pm et 1 nm.FIG. 1 schematically represents the general principle and operation of a light pulse generation system according to the present disclosure. This laser system comprises a laser diode 1 connected to an electric pulse generator 2. In the remainder of this document, the laser diode 1 is a gain-switched laser diode. More specifically, the electric pulse generator 2 applies an electric pulse of duration between 10 ps and 5 ns to the electrodes of the laser diode 1 so as to switch the gain of the laser diode. Thus, the gain-switched laser diode 1 emits a source light pulse 10 with a duration of between about 10 ps and 1 ns. The laser diode emits the source light pulse 10 at a wavelength of 1 μm, 1.03 μm, 1.064 μm, 1.55 μm, 1.56 μm or 2 μm for example. The source light pulse 10 has a spectral bandwidth between 1 µm and 1 nm.

Le système laser comporte en outre un dispositif optique 20 de génération d’auto-modulation de phase (aussi notée SPM pour l’acronyme de l’expression anglaise Self-Phase Modulation) et de génération d’effet Raman et un dispositif de séparation spectrale 30. D’une part, le dispositif optique 20 de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman reçoit l’impulsion lumineuse source 10 et génère une impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase (SPM), la largeur de bande spectrale du spectre élargi par SPM est comprise entre 1 nm et 150 nm. Le spectre d’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par SPM comporte généralement un pic principal 141 et des lobes latéraux 142 de chaque côté du pic principal. Le dispositif optique 20 de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman induit aussi un transfert d’énergie depuis le pic principal 141 du spectre de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM vers une composante spectrale décalée par rapport au pic principal, par exemple d’environ 13,2 THz en fréquence optique dans le cas où on utilise une fibre optique en verre de silice pour générer l’effet Raman, soit de plusieurs dizaines de nanomètres en longueur d’onde, dans l’exemple ci-dessus d’environ 80 nm. Autrement dit, le dispositif optique 20 de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman génère en sortie une impulsion lumineuse 15 constituée de deux composantes spectrales : une première partie d’impulsion 11 et une deuxième partie d’impulsion 12, la deuxième partie d’impulsion 12 étant décalée spectralement par effet Raman. Les termes « première » et « deuxième » partie d’impulsion n’impliquent ici aucune notion d’ordre et visent seulement à différencier les composantes spectrales de l’impulsion lumineuse 15 en sortie du dispositif optique 20 de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman. Cet effet Raman est non-linéaire : il dépend du carré de la puissance crête et affecte sélectivement le pic principal 141 du spectre de l’impulsion lumineuse 14 sans modifier les lobes latéraux 142 du spectre. En effet, le pic principal 141 du spectre de l’impulsion lumineuse 14 présente une forte puissance crête dans le domaine temporel comparé à la puissance crête des lobes latéraux 142 du spectre. La première partie d’impulsion 11 est ainsi élargie spectralement par automodulation de phase et présente un pic central 111 fortement atténué par l’effet Raman. Autrement dit, la première partie d’impulsion 11 est épurée ou nettoyée par effet Raman, car on transfère de l’énergie de ce pic central vers un pic Raman décalé en longueur d’onde. Les lobes latéraux 112 de la première partie d’impulsion 11 ne sont en pratique pas affectés par l’effet Raman car ils ont une faible puissance crête temporelle. De cette manière, les lobes latéraux 112 de la première partie d’impulsion 11 ont la même intensité et la même largeur de bande spectrale que les lobes latéraux 142 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM.The laser system further comprises an optical device 20 for generating self-phase modulation (also denoted SPM for the acronym of the English expression Self-Phase Modulation) and for generating the Raman effect and a spectral separation device 30. On the one hand, the optical device 20 for generating self-phase modulation and generating the Raman effect receives the source light pulse 10 and generates a light pulse 14 broadened spectrally by self-phase modulation (SPM), the spectral bandwidth of the spectrum broadened by SPM is between 1 nm and 150 nm. The spectrum of light pulse 14 spectrally broadened by SPM generally has a main peak 141 and side lobes 142 on either side of the main peak. The optical device 20 for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect also induces a transfer of energy from the main peak 141 of the spectrum of the light pulse 14 broadened by SPM towards a spectral component offset with respect to to the main peak, for example approximately 13.2 THz in optical frequency in the case where a silica glass optical fiber is used to generate the Raman effect, i.e. several tens of nanometers in wavelength, in the above example of about 80 nm. In other words, the optical device 20 for generating self-phase modulation and for generating the Raman effect generates at the output a light pulse 15 consisting of two spectral components: a first pulse part 11 and a second pulse part 12, the second pulse part 12 being shifted spectrally by Raman effect. The terms “first” and “second” part of the pulse here do not imply any notion of order and are only intended to differentiate the spectral components of the light pulse 15 at the output of the optical device 20 for generating self-modulation of phase and Raman effect generation. This Raman effect is non-linear: it depends on the square of the peak power and selectively affects the main peak 141 of the spectrum of the light pulse 14 without modifying the side lobes 142 of the spectrum. Indeed, the main peak 141 of the spectrum of the light pulse 14 has a high peak power in the time domain compared to the peak power of the side lobes 142 of the spectrum. The first pulse part 11 is thus spectrally broadened by self-phase modulation and has a central peak 111 strongly attenuated by the Raman effect. In other words, the first pulse part 11 is purified or cleaned by the Raman effect, because energy is transferred from this central peak to a Raman peak shifted in wavelength. The side lobes 112 of the first pulse part 11 are in practice not affected by the Raman effect because they have a low temporal peak power. In this way, the sidelobes 112 of the first part of pulse 11 have the same intensity and the same spectral bandwidth as the sidelobes 142 of the light pulse 14 widened by SPM.

Le dispositif de séparation spectrale 30 reçoit l’impulsion lumineuse 15 divisée spectralement comprenant la première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par automodulation de phase et la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman. La deuxième partie d’impulsion 12 est espacée de la première partie d’impulsion 11, par exemple de plusieurs dizaines de nanomètres.The spectral separation device 30 receives the spectrally divided light pulse 15 comprising the first pulse part 11 spectrally broadened by self-phase modulation and the second pulse part 12 spectrally shifted by the Raman effect. The second pulse part 12 is spaced from the first pulse part 11, for example by several tens of nanometers.

A titre d’exemple non limitatif, le dispositif de séparation spectrale 30 comprend un filtre passe-bas en longueur d’onde ayant une longueur d’onde de coupure λcsupérieure à la longueur d’onde de l’impulsion lumineuse source 10 et inférieure à la longueur d’onde de la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman. Par exemple, on considère une diode laser 1 émettant une impulsion lumineuse source 10 à la longueur d’onde de 1064 nm, l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM ayant un pic principal 141 à 1064 nm et une largeur de bande spectrale comprise entre 1 nm et 50 nm et la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman étant centrée à 1116 nm. On utilise un filtre passe-bande, à bande spectrale large, ayant une longueur d’onde de coupure haute à environ 1090 nm et une longueur d’onde de coupure basse inférieure à environ 1050 nm ou même 1030 nm de façon à éviter de couper une partie du spectre élargi par SPM. Le filtre passe-bande est par exemple un miroir passe-bande. En variante, on utilise un filtre passe-bas ayant une longueur d’onde de coupure à environ 1090 nm, c’est-à-dire entre la longueur d’onde la plus haute de la première partie d’impulsion 11 et la longueur d’onde de la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman.By way of non-limiting example, the spectral separation device 30 comprises a wavelength low-pass filter having a cut-off wavelength λ c greater than the wavelength of the source light pulse 10 and less than the wavelength of the second pulse part 12 shifted spectrally by Raman effect. For example, consider a laser diode 1 emitting a source light pulse 10 at the wavelength of 1064 nm, the light pulse 14 broadened by SPM having a main peak 141 at 1064 nm and a spectral bandwidth between 1 nm and 50 nm and the second pulse part 12 shifted spectrally by Raman effect being centered at 1116 nm. A band-pass filter is used, with a wide spectral band, having a high cut-off wavelength at about 1090 nm and a low cut-off wavelength less than about 1050 nm or even 1030 nm so as to avoid cutting part of the spectrum expanded by SPM. The bandpass filter is for example a bandpass mirror. Alternatively, a low-pass filter is used having a cut-off wavelength at approximately 1090 nm, i.e. between the highest wavelength of the first pulse part 11 and the length wave of the second pulse part 12 shifted spectrally by Raman effect.

Le dispositif de séparation spectrale 30 extrait la première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par SPM et nettoyée par effet Raman du pic principal 141 du spectre de l’impulsion lumineuse 14. Or, de façon avantageuse, la majeure partie du bruit et de la phase incompressible (induisant les piédestaux temporels) de l’impulsion lumineuse est contenue dans le pic principal 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par SPM. La deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman est issue du pic principal 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM, ce pic principal 141 ayant une phase incompressible et bruitée. Au contraire, la première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par SPM et nettoyée par effet Raman du pic principal comporte des lobes latéraux 112 correspond aux lobes latéraux 142 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM, ces lobes latéraux 112, 142 ayant une phase temporelle linéaire stable et compressible (au moyen d’un compresseur) et donc un contenu propre temporellement. On entend ici par impulsion propre, une impulsion ayant au moins 70% de son énergie dans le pic temporel principal. On mesure la proportion d’énergie dans le pic temporel principal de l’impulsion en intégrant soit une mesure d’autocorrélateur, soit un spectre optique.The spectral separation device 30 extracts the first part of the pulse 11 spectrally broadened by SPM and cleaned by the Raman effect from the main peak 141 of the spectrum of the light pulse 14. Now, advantageously, the major part of the noise and the incompressible phase (inducing the temporal pedestals) of the light pulse is contained in the main peak 141 of the light pulse 14 spectrally broadened by SPM. The second part of the pulse 12 shifted spectrally by Raman effect comes from the main peak 141 of the light pulse 14 broadened by SPM, this main peak 141 having an incompressible and noisy phase. On the contrary, the first part of the pulse 11 spectrally broadened by SPM and cleaned by Raman effect of the main peak comprises side lobes 112 corresponding to the side lobes 142 of the light pulse 14 broadened by SPM, these side lobes 112, 142 having a stable and compressible linear temporal phase (by means of a compressor) and therefore a temporally specific content. By proper pulse is meant here a pulse having at least 70% of its energy in the main temporal peak. The proportion of energy in the main temporal peak of the pulse is measured by integrating either an autocorrelator measurement or an optical spectrum.

La première partie d’impulsion 11 peut ensuite être amplifiée par un système d’amplificateur(s) optique(s).The first pulse part 11 can then be amplified by a system of optical amplifier(s).

De façon particulièrement avantageuse, la première partie d’impulsion 11 peut être comprimée temporellement pour obtenir une impulsion lumineuse de durée plus courte que l’impulsion lumineuse source 10. A cet effet, le système de génération d’impulsion lumineuse comporte en outre un compresseur disposé(s) en aval du dispositif de séparation spectrale 30. Le compresseur peut être choisi parmi un compresseur à réseau(x) de diffraction, un compresseur à prisme, un compresseur à GRISM, un compresseur de Treacy, un compresseur 4f, un compresseur à fibre optique et un compresseur à réseau de Bragg en volume (ou VBG).Particularly advantageously, the first pulse part 11 can be temporally compressed to obtain a light pulse of shorter duration than the source light pulse 10. To this end, the light pulse generation system further comprises a compressor arranged downstream of the spectral separation device 30. The compressor can be chosen from among a diffraction grating compressor, a prism compressor, a GRISM compressor, a Treacy compressor, a 4f compressor, a compressor optical fiber and a volume Bragg grating (or VBG) compressor.

La première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par SPM et nettoyée par effet Raman conserve la totalité des lobes latéraux 142 contenus dans le spectre optique de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM. De plus, la première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par SPM et nettoyée par effet Raman a une énergie correspondant à une partie relativement importante de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM, de l’ordre de plus de 20% de l’énergie est conservée après filtrage Raman. Par conséquent, en sortie du système de génération d’impulsion lumineuse, on obtient une impulsion d’énergie élevée. Le signal est généralement amplifié après filtrage Raman, au moyen d’un nombre limité d’amplificateurs optiques. Au contraire, dans un système antérieur basé sur un filtrage spectro-temporel à bande étroite d’une impulsion émise par une diode laser commutée en gain, seulement un faible pourcentage (environ 2 %) de l’énergie initiale est conservé après filtrage temporel, ce qui nécessite un plus grand nombre d’amplificateurs optiques.The first part of the pulse 11 spectrally broadened by SPM and cleaned by the Raman effect retains all of the side lobes 142 contained in the optical spectrum of the light pulse 14 broadened by SPM. In addition, the first pulse part 11 spectrally broadened by SPM and cleaned by Raman effect has an energy corresponding to a relatively large part of the light pulse 14 broadened by SPM, of the order of more than 20% of the energy is conserved after Raman filtering. Consequently, at the output of the light pulse generation system, a high energy pulse is obtained. The signal is generally amplified after Raman filtering, using a limited number of optical amplifiers. On the contrary, in a prior system based on narrow-band spectro-temporal filtering of a pulse emitted by a gain-switched laser diode, only a small percentage (about 2%) of the initial energy is retained after temporal filtering, which requires a greater number of optical amplifiers.

La séparation spectrale est facile à réaliser au moyen par exemple d’un filtre passe-bas standard, car la première partie d’impulsion 11 est clairement et nettement séparée spectralement de la deuxième partie d’impulsion 12 par plusieurs dizaines de nanomètres. De plus, cette séparation spectrale est répétable d’un point de vue industriel. Un filtre spectral passe-bas (ou passe-bande à bande large) ayant une longueur d’onde de coupure λcprédéterminée est beaucoup moins coûteux qu’un filtre passe bande à bande étroite et facilement reproductible industriellement.The spectral separation is easy to achieve by means of, for example, a standard low-pass filter, because the first part of the pulse 11 is clearly and clearly separated spectrally from the second part of the pulse 12 by several tens of nanometers. Moreover, this spectral separation is repeatable from an industrial point of view. A low-pass (or wide-band band-pass) spectral filter having a predetermined cut-off wavelength λ c is much less expensive than a narrow-band band-pass filter and easily reproducible industrially.

En variante, le dispositif de séparation spectrale 30 comprend un filtre dichroïque pour séparer spatialement la première partie d’impulsion 11 de la deuxième partie d’impulsion 12. Selon une autre variante, le dispositif de séparation spectrale 30 comprend une fibre optique à cristaux photoniques, par exemple une fibre photonique à bande interdite, adaptée pour extraire la première partie d’impulsion 11 et pour induire de fortes pertes sur la deuxième partie de l’impulsion 12, par exemple via un couplage entre les modes de cœur et les modes de gaine à la longueur d’onde de la deuxième partie de l’impulsion 12. Selon encore une autre variante, le dispositif de séparation spectrale 30 comprend un amplificateur optique ayant une bande de gain adaptée pour amplifier sélectivement la première partie d’impulsion 11 sans amplifier la deuxième partie de l’impulsion 12, la longueur d’onde de la première partie d’impulsion 11 étant à l’intérieur de la bande de gain de cet amplificateur optique et la longueur d’onde de la deuxième partie de l’impulsion 12 étant à l’extérieur de la bande de gain de cet amplificateur optique.Alternatively, the spectral separation device 30 comprises a dichroic filter to spatially separate the first pulse part 11 from the second pulse part 12. According to another variation, the spectral separation device 30 comprises a photonic crystal optical fiber , for example a bandgap photonic fiber, adapted to extract the first pulse part 11 and to induce high losses on the second part of the pulse 12, for example via a coupling between the core modes and the sheath at the wavelength of the second part of the pulse 12. According to yet another variant, the spectral separation device 30 comprises an optical amplifier having a gain band adapted to selectively amplify the first part of the pulse 11 without amplify the second part of pulse 12, the wavelength of the first part of pulse 11 being inside the gain band of this optical amplifier and the wavelength of the second part of the pulse 12 being outside the gain band of this optical amplifier.

De façon avantageuse, le système comprend un compresseur à réseau(x) de diffraction pour comprimer les impulsions en sortie du système. Le compresseur peut aussi être utilisé de façon alternative ou complémentaire pour séparer spatialement la première partie d’impulsion 11 de la deuxième partie d’impulsion 12. Par exemple, le compresseur à réseau de diffraction est configuré pour que la deuxième partie de l’impulsion 12 soit diffractée vers une direction séparée de la première partie d’impulsion 11 dans le compresseur.Advantageously, the system comprises a compressor with diffraction grating(s) to compress the pulses at the output of the system. The compressor can also be used in an alternative or complementary way to spatially separate the first pulse part 11 from the second pulse part 12. For example, the diffraction grating compressor is configured so that the second part of the pulse 12 is diffracted in a separate direction from the first pulse part 11 in the compressor.

L’effet Raman s’applique automatiquement et de manière sélective au pic principal 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM. Il n’y a donc pas d’ajustement fin du filtre à réaliser. La longueur d’onde de coupure du dispositif de séparation spectrale 30 dépend principalement de la longueur d’onde de l’impulsion source émise par la diode laser 1 à commutation de gain. Plus précisément, la longueur d’onde de coupure du dispositif de séparation spectrale 30 est sélectionnée en fonction de la longueur d’onde du pic principal 141 et de la valeur du décalage Raman, qui peut légèrement varier selon la fibre optique utilisée pour générer le décalage Raman.The Raman effect is automatically and selectively applied to the main peak 141 of the SPM broadened light pulse 14. There is therefore no fine adjustment of the filter to be made. The cut-off wavelength of the spectral separation device 30 mainly depends on the wavelength of the source pulse emitted by the gain-switched laser diode 1. More precisely, the cut-off wavelength of the spectral separation device 30 is selected according to the wavelength of the main peak 141 and the value of the Raman shift, which can vary slightly depending on the optical fiber used to generate the Raman shift.

En conservant une partie importante du spectre optique, cette solution technique est peu sensible aux dérives spectrales qui se produisent naturellement à court et long terme avec une diode laser 1 commutée en gain. En effet, l’écartement spectral entre la longueur d’onde du pic principal 141 et la longueur d’onde de la raie Raman 12 étant de l’ordre de plusieurs dizaines de nanomètres, la solution de l’invention est à la fois robuste et tolérante en longueur d’onde.By retaining a large part of the optical spectrum, this technical solution is not very sensitive to the spectral drifts which occur naturally in the short and long term with a laser diode 1 switched in gain. Indeed, the spectral gap between the wavelength of the main peak 141 and the wavelength of the Raman line 12 being of the order of several tens of nanometers, the solution of the invention is both robust and wavelength tolerant.

Cette solution technique présente différents avantages. Elle permet de nettoyer le profil temporel d’une impulsion laser émise par la diode laser 1 commutée en gain, ce qui permet ensuite d’amplifier la première partie d’impulsion 11 extraite puis de recomprimer l’impulsion amplifiée à une durée comprise entre 100 fs et 5 ps.This technical solution has various advantages. It makes it possible to clean the temporal profile of a laser pulse emitted by the gain-switched laser diode 1, which then makes it possible to amplify the first part of the extracted pulse 11 then to recompress the amplified pulse to a duration between 100 fs and 5 ps.

De plus, cette solution technique permet de conserver une partie importante de l’énergie de l’impulsion après nettoyage par effet Raman, ce qui autorise une amplification efficace dans un ou plusieurs étages d’amplification ultérieurs.In addition, this technical solution makes it possible to retain a significant part of the energy of the pulse after cleaning by the Raman effect, which allows effective amplification in one or more subsequent amplification stages.

Un autre avantage du système de la présente divulgation, comparé à un système de filtrage spectro-temporel à bande étroite, est de permettre de recomprimer l’impulsion lumineuse 11 en sortie, avec une meilleure stabilité en termes de durée. En effet, dans un système de l’art antérieur avec filtrage spectro-temporel, la moindre fluctuation de puissance crête de l’impulsion lumineuse source émise par la diode laser commutée en gain se traduit en un changement des paramètres (phase, durée, spectre …) de l’impulsion filtrée temporellement après SPM. Au contraire, selon la présente divulgation, une fluctuation de puissance crête de l’impulsion émise par la diode laser 1 commutée en gain se traduit principalement par une variation de l’énergie transférée par effet Raman dans la deuxième partie d’impulsion 12 qui est filtrée spectralement. Ainsi, la première partie d’impulsion 11 élargie spectralement par SPM et nettoyée par effet Raman a une énergie stable indépendamment des fluctuations de puissance crête de la diode laser 1.Another advantage of the system of the present disclosure, compared to a narrow band spectro-temporal filtering system, is to make it possible to recompress the light pulse 11 at the output, with better stability in terms of duration. Indeed, in a system of the prior art with spectro-temporal filtering, the slightest fluctuation in the peak power of the source light pulse emitted by the gain-switched laser diode translates into a change in the parameters (phase, duration, spectrum …) of the temporally filtered pulse after SPM. On the contrary, according to the present disclosure, a peak power fluctuation of the pulse emitted by the gain-switched laser diode 1 mainly results in a variation of the energy transferred by Raman effect in the second part of the pulse 12 which is spectrally filtered. Thus, the first pulse part 11 spectrally broadened by SPM and cleaned by the Raman effect has a stable energy independently of the peak power fluctuations of the laser diode 1.

A partir du principe général décrit en lien avec la figure 1, nous décrivons différents modes de réalisation particuliers en lien avec les figures 2 à 9. Dans tous les modes de réalisation, le système de génération d’impulsion lumineuse comporte un générateur 2 d’impulsion électrique relié à une diode laser 1 commutée en gain pour générer une impulsion lumineuse source 10 de durée comprise entre environ 10 ps et 1 ns. La diode laser 1 peut être une diode laser de type Fabry Perot ou, de préférence, une diode laser à rétroaction distribuée (DFB pour distributed feedback) qui offre une meilleure stabilité d’impulsions. De nombreuses diodes laser 1 sont aujourd’hui disponibles commercialement. L’impulsion lumineuse source 10 a une longueur d’onde comprise entre 380 nm et 5 micromètres (µm) et une largeur de bande spectrale comprise entre 1 pm et 1 nm. De façon avantageuse, la diode laser 1 émet des impulsions lumineuses source 10 depuis une impulsion à la demande jusqu’à une fréquence de répétition d’environ 50 GHz. La fréquence de répétition est aisément accordable via le générateur 2 d’impulsion électrique.Starting from the general principle described in connection with FIG. 1, we describe various particular embodiments in connection with FIGS. 2 to 9. In all the embodiments, the light pulse generation system comprises a generator 2 of electrical pulse connected to a gain-switched laser diode 1 to generate a source light pulse 10 with a duration of between approximately 10 ps and 1 ns. The laser diode 1 can be a laser diode of the Fabry Perot type or, preferably, a distributed feedback laser diode (DFB for distributed feedback) which offers better pulse stability. Many laser diodes 1 are commercially available today. The source light pulse 10 has a wavelength between 380 nm and 5 micrometers (µm) and a spectral bandwidth between 1 pm and 1 nm. Advantageously, the laser diode 1 emits source 10 light pulses from a demand pulse up to a repetition frequency of about 50 GHz. The repetition frequency is easily tunable via the electrical pulse generator 2.

Comme détaillé dans ce qui suit, dans certains modes de réalisation, les étapes de génération d’auto-modulation de phase, de génération d’effet Raman et de séparation spectrale sont mises en œuvre dans des dispositifs optiques distincts disposés en série. Dans d’autres modes de réalisation, deux ou plus de ces étapes sont mises en œuvre au sein d’un même composant optique.As detailed in the following, in certain embodiments, the self-phase modulation generation, Raman effect generation and spectral separation steps are implemented in separate optical devices arranged in series. In other embodiments, two or more of these steps are implemented within the same optical component.

La figure 2 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un premier mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte une première fibre optique 21 passive favorisant la génération du phénomène d’auto-modulation de phase et une deuxième fibre optique 22 passive adaptée pour la génération d’effet Raman. La première fibre optique 21 passive est disposée entre la diode laser 1 et la deuxième fibre optique 22 passive. De façon optionnelle, le système comporte un amplificateur optique 40 disposé entre la diode laser 1 et la première fibre optique 21 passive. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte un dispositif de séparation spectrale 30 disposé en aval de la première fibre optique 21 passive et de la deuxième fibre optique 22.FIG. 2 represents a light pulse generation system according to a first embodiment. The light pulse generation system comprises a first passive optical fiber 21 favoring the generation of the phase self-modulation phenomenon and a second passive optical fiber 22 adapted for the generation of the Raman effect. The first passive optical fiber 21 is arranged between the laser diode 1 and the second passive optical fiber 22. Optionally, the system comprises an optical amplifier 40 arranged between the laser diode 1 and the first optical fiber 21 passive. The light pulse generation system comprises a spectral separation device 30 arranged downstream of the first passive optical fiber 21 and of the second optical fiber 22.

Dans ce premier de mode réalisation, l’auto-modulation de phase (SPM) est générée dans la première fibre optique 21 passive et l’effet Raman est généré dans la deuxième fibre optique 22 passive.In this first embodiment, the self-phase modulation (SPM) is generated in the first passive optical fiber 21 and the Raman effect is generated in the second passive optical fiber 22.

La première fibre optique 21 passive est par exemple une fibre à saut d’indice, à gradient d’indice, une fibre à cristal photonique (PCF) ou fibre à bande interdite photonique. La première fibre optique 21 passive a une taille de cœur comprise entre 1 µm et 50 µm et une longueur comprise entre 1 cm et 100 m. La génération de SPM étant un effet optique non-linéaire, il est préférable que la puissance crête en entrée de la première fibre optique 21 passive soit comprise entre 1 -W et 1 MW. Si la puissance crête délivrée par la diode laser 1 est insuffisante, on utilise un amplificateur optique 40. De préférence, la première fibre optique 21 est une fibre faiblement ou non dopée en germanium (ou tout autre élément ayant une forte réponse Raman), de manière à favoriser la génération de SPM. La première fibre optique 21 passive reçoit l’impulsion lumineuse source 10 ou, le cas échéant, l’impulsion lumineuse source amplifiée 13 par l’amplificateur optique 40. La première fibre optique 21 génère une impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase (SPM). L’impulsion lumineuse 14 présente un pic principal 141 et des lobes latéraux 142.The first passive optical fiber 21 is, for example, a step-index fiber, a gradient-index fiber, a photonic crystal fiber (PCF) or a photonic bandgap fiber. The first passive optical fiber 21 has a core size of between 1 μm and 50 μm and a length of between 1 cm and 100 m. The generation of SPM being a non-linear optical effect, it is preferable for the peak power at the input of the first passive optical fiber 21 to be between 1 −W and 1 MW. If the peak power delivered by laser diode 1 is insufficient, an optical amplifier 40 is used. Preferably, the first optical fiber 21 is a fiber lightly or undoped with germanium (or any other element having a strong Raman way to favor the generation of SPM. The first passive optical fiber 21 receives the source light pulse 10 or, where applicable, the amplified source light pulse 13 by the optical amplifier 40. The first optical fiber 21 generates a spectrally broadened light pulse 14 by phase self-modulation ( MPS). The light pulse 14 has a main peak 141 and side lobes 142.

La deuxième fibre optique 22 passive est par exemple une fibre à saut d’indice, à gradient d’indice, une fibre microstructurée, une fibre en verre de silice ou une fibre à verre fluoré. La deuxième fibre optique 22 passive a une taille de cœur comprise entre 2 µm et 50 µm et une longueur comprise entre 1 m et 100 km. La deuxième fibre optique 22 passive est de préférence une fibre à cœur dopé en germanium ou en tout autre élément ayant une forte réponse Raman non-linéaire, tel qu’un élément chalcogénure, par exemple du fluor. Le dopage du cœur produit une différence d’indice entre l’indice de réfraction du cœur, noté ncoeur, et l’indice de réfraction de la gaine, noté ngaine, est telle que (ncoeur-ngaineest compris entre 10-5à quelques 10-1. La deuxième fibre optique 22 passive comporte de préférence une matrice vitreuse à haute densité. De façon avantageuse pour favoriser la génération d’effet Raman non-linéaire, la deuxième fibre optique 22 a une vitesse de groupe quasiment identique à la longueur d’onde de l’impulsion lumineuse source 10 et à la longueur d’onde du pic Raman 12. De préférence, la différence de vitesse de groupe entre ces deux longueurs d’onde est inférieure ou égale à 6 ps/m. La génération d’effet Raman non-linéaire étant proportionnelle au carré de la puissance crête de l’impulsion lumineuse reçue, il est préférable que la puissance crête en entrée de la deuxième fibre optique 22 passive soit comprise entre 1 kW et 1 MW. La deuxième fibre optique 22 passive reçoit l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase (SPM) et génère l’impulsion lumineuse 15 divisée spectralement par effet Raman. Autrement dit, par effet Raman non-linéaire, la deuxième fibre optique 22 passive divise spectralement l’impulsion lumineuse en la première partie d’impulsion 11 et la deuxième partie d’impulsion 12, qui est décalée spectralement par rapport à la première partie d’impulsion 11. Plus précisément, la deuxième partie d’impulsion 12 est issue du transfert d’énergie par décalage Raman du pic principal 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM. La première partie d’impulsion 11 comporte des lobes latéraux 112 correspondant aux lobes latéraux 142 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM et un pic central 111 résultant de l’atténuation par effet Raman du pic central 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie par SPM.The second passive optical fiber 22 is, for example, a step-index fiber, a gradient-index fiber, a microstructured fiber, a silica glass fiber or a fluorinated glass fiber. The second passive optical fiber 22 has a core size of between 2 μm and 50 μm and a length of between 1 m and 100 km. The second passive optical fiber 22 is preferably a fiber with a core doped with germanium or any other element having a strong non-linear Raman response, such as a chalcogenide element, for example fluorine. Core doping produces an index difference between the refractive index of the core, denoted n core , and the refractive index of the sheath, denoted n sheath , is such that (n core -n sheath is between 10 -5 to a few 10 -1 The second passive optical fiber 22 preferably comprises a high-density vitreous matrix.Advantageously, to promote the generation of non-linear Raman effect, the second optical fiber 22 has a group speed almost identical to the wavelength of the source light pulse 10 and the wavelength of the Raman peak 12. Preferably, the group velocity difference between these two wavelengths is less than or equal to 6 ps/ m. Since the generation of the non-linear Raman effect is proportional to the square of the peak power of the light pulse received, it is preferable that the peak power at the input of the second passive optical fiber 22 be between 1 kW and 1 MW The second passive optical fiber 22 receives the light pulse 14 spectrally broadened by self-phase modulation (SPM) and generates the light pulse 15 spectrally divided by the Raman effect. In other words, by non-linear Raman effect, the second passive optical fiber 22 spectrally divides the light pulse into the first pulse part 11 and the second pulse part 12, which is spectrally shifted with respect to the first part d pulse 11. More precisely, the second pulse part 12 comes from the transfer of energy by Raman shift of the main peak 141 of the light pulse 14 widened by SPM. The first pulse part 11 comprises side lobes 112 corresponding to the side lobes 142 of the light pulse 14 widened by SPM and a central peak 111 resulting from the Raman effect attenuation of the central peak 141 of the light pulse 14 widened by SPM.

En aval de la deuxième fibre optique 22 passive, le dispositif de séparation spectrale 30 sépare la première partie d’impulsion 11 et la deuxième partie d’impulsion 12, par exemple en éliminant la partie Raman de l’impulsion lumineuse 15, c’est-à-dire la deuxième partie d’impulsion 12. Dans le premier mode de réalisation, le dispositif de séparation spectrale 30 laisse passer la première partie d’impulsion 11. Le dispositif de séparation spectrale 30 comprend par exemple un filtre passe-bas en longueur d’onde, le filtre passe-bas ayant longueur d’onde de coupure située entre la longueur d’onde de la diode laser et la longueur d’onde de la deuxième partie d’impulsion 12, un filtre passe-bande large centré sur la longueur d’onde de la diode et ayant une longueur d’onde de coupure haute telle que définie pour le filtre passe-bas ou encore un filtre dichroïque ayant aussi une longueur d’onde de coupure telle que définie pour le filtre passe-bas.Downstream of the second passive optical fiber 22, the spectral separation device 30 separates the first pulse part 11 and the second pulse part 12, for example by eliminating the Raman part of the light pulse 15, this is that is to say the second pulse part 12. In the first embodiment, the spectral separation device 30 allows the first pulse part 11 to pass. The spectral separation device 30 comprises for example a low-pass filter in wavelength, the low-pass filter having a cut-off wavelength between the wavelength of the laser diode and the wavelength of the second pulse portion 12, a centered wide band-pass filter on the wavelength of the diode and having a high cut-off wavelength as defined for the low-pass filter or a dichroic filter also having a cut-off wavelength as defined for the low-pass filter down.

Le dispositif de séparation spectrale 30 a une bande spectrale étendue, par exemple d’au moins 10 nm. Au contraire, dans un système antérieur basé sur un filtrage spectro-temporel à bande étroite d’une impulsion émise par une diode laser commutée en gain, le filtre spectro-temporel a une largeur de bande spectrale inférieure à quelques nanomètres au plus.The spectral separation device 30 has an extended spectral band, for example of at least 10 nm. On the contrary, in a prior system based on narrowband spectro-temporal filtering of a pulse emitted by a gain-switched laser diode, the spectro-temporal filter has a spectral bandwidth of less than a few nanometers at most.

Le dispositif de séparation spectrale 30 conserve au minimum environ 50 % de l’énergie de la première partie d’impulsion 11 et rejette au minium environ 50 % de l’énergie la deuxième partie d’impulsion 12.The spectral separation device 30 retains at least about 50% of the energy of the first pulse part 11 and rejects at least about 50% of the energy of the second pulse part 12.

En variante, le dispositif de séparation spectrale 30 comporte une fibre microstructurée, par exemple une fibre optique à bande interdite photonique, adaptée pour extraire la première partie d’impulsion 11 et pour induire de fortes pertes sur la deuxième partie de l’impulsion 12, par exemple via un couplage entre les modes de cœur et les modes de gaine à la longueur d’onde de la deuxième partie de l’impulsion 12. Cette variante présente tous les avantages d’une fibre optique connus de l’homme du métier à savoir compacité, robustesse et flexibilité.As a variant, the spectral separation device 30 comprises a microstructured fiber, for example a photonic bandgap optical fiber, adapted to extract the first part of the pulse 11 and to induce high losses on the second part of the pulse 12, for example via a coupling between the core modes and the cladding modes at the wavelength of the second part of the pulse 12. This variant has all the advantages of an optical fiber known to those skilled in the art at namely compactness, robustness and flexibility.

La figure 3 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un deuxième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte une fibre optique 21 passive et un amplificateur optique linéaire 42. De façon optionnelle, le système comporte un amplificateur optique 40 disposé entre la diode laser 1 et la fibre optique 21 passive. La fibre optique 21 passive est structurellement et fonctionnellement analogue à la première fibre optique 21 passive décrite en lien avec la figure 2. La première fibre optique 21 passive reçoit l’impulsion lumineuse source 10 ou, le cas échéant, l’impulsion lumineuse source amplifiée 13 par l’amplificateur optique 40. La première fibre optique 21 génère une impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase (SPM). Afin de favoriser plus particulièrement la génération de l’automodulation de phase (SPM), dans ce mode de réalisation, la puissance crête de l’impulsion source 10 ou de l’impulsion source amplifiée 13 est inférieure ou égale à 1 kW. De plus, la fibre optique 21 passive est de préférence faiblement ou non dopée en élément chimique ayant une forte réponse Raman non-linéaire (tel que le germanium ou un élément chalcogénure, par exemple du fluor) et a une longueur comprise entre 1 cm et 100 m. De préférence, la différence d’indice entre l’indice de réfraction du cœur, ncoeur, et l’indice de réfraction de la gaine, ngaine, est telle que ncoeur-ngaineest inférieure à 10- 3Le dispositif de séparation spectrale 30 est structurellement et fonctionnellement analogue à celui décrit en lien avec le premier mode de réalisation.FIG. 3 represents a light pulse generation system according to a second embodiment. The light pulse generation system comprises a passive optical fiber 21 and a linear optical amplifier 42. Optionally, the system comprises an optical amplifier 40 arranged between the laser diode 1 and the passive optical fiber 21. The passive optical fiber 21 is structurally and functionally similar to the first passive optical fiber 21 described in connection with FIG. 2. The first passive optical fiber 21 receives the source light pulse 10 or, where appropriate, the amplified source light pulse 13 by the optical amplifier 40. The first optical fiber 21 generates a spectrally broadened light pulse 14 by self-phase modulation (SPM). In order to more particularly favor the generation of the self-phase modulation (SPM), in this embodiment, the peak power of the source pulse 10 or of the amplified source pulse 13 is less than or equal to 1 kW. In addition, the passive optical fiber 21 is preferably lightly or not doped with a chemical element having a strong non-linear Raman response (such as germanium or a chalcogenide element, for example fluorine) and has a length of between 1 cm and 100m. Preferably, the difference in index between the refractive index of the core, n core , and the refractive index of the sheath, n sheath , is such that n core -n sheath is less than 10 - 3 The device for spectral separation 30 is structurally and functionally similar to that described in connection with the first embodiment.

Dans ce deuxième mode réalisation, l’amplificateur optique linéaire 42 reçoit l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par SPM, l’amplifie tout en générant un effet Raman à partir du pic principal 141 de l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par SPM. L’amplificateur optique linéaire 42 génère ainsi l’impulsion lumineuse 15 constituée de deux composantes spectrales: une première partie d’impulsion 11 et une deuxième partie d’impulsion 12, la deuxième partie d’impulsion 12 étant décalée spectralement par effet Raman. De façon avantageuse, l’amplificateur optique linéaire 42 comporte une fibre optique active par exemple une fibre à saut d’indice de cœur dopé aux ions terres rares, une fibre à gradient d’indice de cœur dopé aux ions terres rares ou une fibre microstructurée de cœur dopé aux ions terres rares.In this second embodiment, the linear optical amplifier 42 receives the light pulse 14 spectrally broadened by SPM, amplifies it while generating a Raman effect from the main peak 141 of the light pulse 14 spectrally broadened by SPM. The linear optical amplifier 42 thus generates the light pulse 15 consisting of two spectral components: a first pulse part 11 and a second pulse part 12, the second pulse part 12 being spectrally shifted by the Raman effect. Advantageously, the linear optical amplifier 42 comprises an active optical fiber, for example a core index fiber doped with rare earth ions, a core index gradient fiber doped with rare earth ions or a microstructured fiber core doped with rare earth ions.

La génération d’effet Raman non-linéaire étant proportionnelle au carré de la puissance crête de l’impulsion lumineuse reçue, il est préférable que la puissance crête en entrée de l’amplificateur optique linéaire 42 soit comprise entre 1 kW et 1MW. Ce deuxième mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact car il ne nécessite pas de deuxième fibre optique 22. De plus, ce deuxième mode de réalisation permet de façon générale d’obtenir des impulsions plus énergétiques en sortie du dispositif de séparation spectrale 30 car la première partie d’impulsion 11 est amplifiée. De plus, les coûts sont réduits du fait de la diminution du nombre de composants optiques.Since the generation of the non-linear Raman effect is proportional to the square of the peak power of the light pulse received, it is preferable for the peak power at the input of the linear optical amplifier 42 to be between 1 kW and 1 MW. This second embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact because it does not require a second optical fiber 22. In addition, this second embodiment generally makes it possible to obtain more energetic pulses at the output of the spectral separation 30 because the first pulse part 11 is amplified. In addition, costs are reduced due to the reduction in the number of optical components.

Dans un exemple du deuxième mode de réalisation, le système de génération d’impulsion lumineuse produit des impulsions lumineuses à une fréquence de répétition de 250 kHz. Un tel dispositif de séparation spectrale produit des impulsions lumineuses ayant une durée temporelle (largeur à mi-hauteur) après compression de 3,6 ps, une puissance crête de 3 MW, une énergie par impulsion de 10,46 µJ et une puissance moyenne de 2,614 W. Ce système de génération d’impulsion lumineuse permet de générer des impulsions lumineuses de durée et de qualité temporelle d’impulsion comparables à celle obtenue dans l’art antérieur avec un filtrage spectro-temporel à bande étroite, mais permet ici d’obtenir une énergie 10 fois supérieure. Or, il est connu de l’homme du métier que plus la puissance crête d’une impulsion augmente, plus il est difficile d’obtenir des impulsions de bonne qualité temporelle.In an example of the second embodiment, the light pulse generation system produces light pulses at a repetition rate of 250 kHz. Such a spectral separation device produces light pulses having a temporal duration (width at half maximum) after compression of 3.6 ps, a peak power of 3 MW, an energy per pulse of 10.46 μJ and an average power of 2.614 W. This light pulse generation system makes it possible to generate light pulses of duration and pulse temporal quality comparable to that obtained in the prior art with a narrow band spectro-temporal filtering, but here allows to get 10 times more energy. However, it is known to those skilled in the art that the more the peak power of a pulse increases, the more difficult it is to obtain pulses of good temporal quality.

La figure 4 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un troisième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte un amplificateur optique 41 et une fibre optique 22 passive. L’amplificateur optique 41 est disposé entre la diode laser 1 et la fibre optique 22 passive. La fibre optique 22 passive est structurellement et fonctionnellement analogue à la deuxième fibre optique 22 passive décrite en lien avec la figure 2. Le dispositif de séparation spectrale 30 est structurellement et fonctionnellement analogue à celui décrit en lien avec le premier mode de réalisation.FIG. 4 represents a light pulse generation system according to a third embodiment. The light pulse generation system comprises an optical amplifier 41 and a passive optical fiber 22. The optical amplifier 41 is arranged between the laser diode 1 and the passive optical fiber 22. The passive optical fiber 22 is structurally and functionally similar to the second passive optical fiber 22 described in connection with FIG. 2. The spectral separation device 30 is structurally and functionally similar to that described in connection with the first embodiment.

Dans ce troisième mode de réalisation, l’automodulation de phase (SPM) est générée directement dans l’amplificateur optique 41 intervenant après la diode laser 1 commutée en gain. L’effet Raman est généré dans la fibre optique passive 22. Plus précisément, l’amplificateur optique 41 reçoit l’impulsion lumineuse source 10. L’amplificateur optique 41 amplifie l’impulsion lumineuse source 10 tout en l’élargissant spectralement par automodulation de phase pour générer une impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase. Dans un exemple, l’amplificateur optique 41 comporte une fibre optique active dopée aux ions terres rares, par exemple une fibre optique active à saut d’indice, fibre optique active à gradient d’indice ou encore une fibre active à cristal photonique (PCF). La fibre optique active a une taille de cœur comprise entre 2 µm et 30 µm en et une longueur comprise entre 1 cm et 100 m. La génération de SPM étant un effet optique non-linéaire, il est préférable que la puissance crête en entrée de l’amplificateur optique 41 soit comprise entre 1 mW et 1 MW.In this third embodiment, the self-phase modulation (SPM) is generated directly in the optical amplifier 41 intervening after the laser diode 1 switched in gain. The Raman effect is generated in the passive optical fiber 22. More precisely, the optical amplifier 41 receives the source light pulse 10. The optical amplifier 41 amplifies the source light pulse 10 while broadening it spectrally by self-modulation of phase to generate a spectrally broadened light pulse 14 by phase self-modulation. In one example, the optical amplifier 41 comprises an active optical fiber doped with rare earth ions, for example an active optical fiber with a step index, an active optical fiber with an index gradient or even an active photonic crystal fiber (PCF ). The active optical fiber has a core size between 2 µm and 30 µm in and a length between 1 cm and 100 m. The generation of SPM being a non-linear optical effect, it is preferable that the peak power at the input of the optical amplifier 41 be between 1 mW and 1 MW.

Dans ce troisième mode de réalisation, comme dans le premier mode de réalisation, la fibre optique 22 passive reçoit l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase et génère l’impulsion 15 divisée spectralement par effet Raman en deux composantes spectrales. Le dispositif de séparation spectrale 30 extrait la première partie d’impulsion 11 et écarte la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman. Ce mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact en remplaçant un amplificateur optique 40 et une fibre optique 21 par un seul amplificateur optique 41. Ce mode de réalisation permet aussi de réduire les coûts de fabrication en diminuant le nombre de composants optiques.In this third embodiment, as in the first embodiment, the passive optical fiber 22 receives the light pulse 14 broadened spectrally by phase self-modulation and generates the pulse 15 spectrally divided by the Raman effect into two spectral components. The spectral separation device 30 extracts the first pulse part 11 and discards the second pulse part 12 shifted spectrally by Raman effect. This embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact by replacing an optical amplifier 40 and an optical fiber 21 with a single optical amplifier 41. This embodiment also makes it possible to reduce manufacturing costs by reducing the number of components optics.

La figure 5 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un quatrième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte ici une fibre optique 23 générant de l’automodulation de phase et favorisant la génération d’effet Raman non linéaire. De façon optionnelle, le système peut comporter un amplificateur optique 40 disposé entre la diode laser 1 et la fibre optique 23. Le dispositif de séparation spectrale 30 est structurellement et fonctionnellement analogue à celui décrit en lien avec les précédents modes de réalisation.FIG. 5 represents a light pulse generation system according to a fourth embodiment. The light pulse generation system here comprises an optical fiber 23 generating phase self-modulation and promoting the generation of non-linear Raman effect. Optionally, the system may include an optical amplifier 40 placed between the laser diode 1 and the optical fiber 23. The spectral separation device 30 is structurally and functionally similar to that described in connection with the previous embodiments.

Dans ce quatrième mode de réalisation, une seule fibre optique 23 est utilisée pour la génération directe et combinée de l’effet Raman et de l’automodulation de phase. Comme dans les deux modes de réalisation précédents, un filtre passe-bas par exemple permet de conserver la composante spectrale de la première partie 11 d’impulsion tout en supprimant la composante spectrale de la deuxième partie 12 d’impulsion, décalée par effet Raman. Ce mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact en remplaçant une fibre optique 21 et une fibre optique 22 par une fibre optique 23. Ce mode de réalisation permet aussi de réduire les coûts de fabrication en diminuant le nombre de composants optiques.In this fourth embodiment, a single optical fiber 23 is used for the direct and combined generation of the Raman effect and the self-phase modulation. As in the two previous embodiments, a low-pass filter for example makes it possible to retain the spectral component of the first part 11 of the pulse while suppressing the spectral component of the second part 12 of the pulse, shifted by the Raman effect. This embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact by replacing an optical fiber 21 and an optical fiber 22 with an optical fiber 23. This embodiment also makes it possible to reduce manufacturing costs by reducing the number of optical components .

La figure 6 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un cinquième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte ici un amplificateur optique 43 disposé entre la diode laser 1 et le dispositif de séparation spectrale 30. De façon avantageuse, l’amplificateur optique 43 comporte une fibre optique active ayant un diamètre de cœur compris entre 1 et 50 µm. L’amplificateur optique 43 comporte une fibre optique active dopée aux ions terres rares, par exemple une fibre optique active à saut d’indice, fibre optique active à gradient d’indice ou encore une fibre active à cristal photonique (PCF).FIG. 6 represents a light pulse generation system according to a fifth embodiment. The light pulse generation system here comprises an optical amplifier 43 arranged between the laser diode 1 and the spectral separation device 30. Advantageously, the optical amplifier 43 comprises an active optical fiber having a core diameter of between 1 and 50 µm. The optical amplifier 43 comprises an active optical fiber doped with rare earth ions, for example an active optical fiber with step index, active optical fiber with an index gradient or even an active photonic crystal fiber (PCF).

Dans ce cinquième mode de réalisation, les effets optiques non-linéaires d’automodulation de phase et Raman sont directement générés dans l’amplificateur optique 43. Ce mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact en remplaçant une fibre optique 21, une fibre optique 22 et/ou un amplificateur optique 40, 41 ou 42 par un seul amplificateur optique 43. Ce mode de réalisation permet aussi de réduire les coûts de fabrication en diminuant le nombre de composants optiques.In this fifth embodiment, the non-linear optical effects of phase and Raman self-modulation are directly generated in the optical amplifier 43. This embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact by replacing an optical fiber 21 , an optical fiber 22 and/or an optical amplifier 40, 41 or 42 by a single optical amplifier 43. This embodiment also makes it possible to reduce manufacturing costs by reducing the number of optical components.

La figure 7 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un sixième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte ici une fibre optique 21 passive et un amplificateur optique 44. De façon optionnelle, le système comporte un amplificateur optique 40 disposé entre la diode laser 1 et la fibre optique 21 passive. La fibre optique 21 passive est structurellement et fonctionnellement analogue à la première fibre optique 21 passive décrite en lien avec la figure 2.FIG. 7 represents a light pulse generation system according to a sixth embodiment. The light pulse generation system here comprises a passive optical fiber 21 and an optical amplifier 44. Optionally, the system comprises an optical amplifier 40 disposed between the laser diode 1 and the passive optical fiber 21. The passive optical fiber 21 is structurally and functionally similar to the first passive optical fiber 21 described in connection with Figure 2.

Dans ce sixième mode de réalisation, l’amplificateur optique 44 combine plusieurs fonctions. L’amplificateur optique 44 reçoit l’impulsion lumineuse 14 élargie spectralement par automodulation de phase (SPM) issue de la fibre optique 21 passive. De plus, l’amplificateur optique 44 produit un effet Raman sur le pic 141 de l’impulsion lumineuse 14. Enfin l’amplificateur optique 44 sépare spectralement l’impulsion lumineuse amplifiée pour couper la composante spectrale ou deuxième partie 12 de l’impulsion lumineuse décalée par effet Raman et extraire la première partie d’impulsion 11 qui est élargie spectralement par automodulation de phase. Ce mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact en remplaçant le dispositif de séparation spectrale 30 combiné à une fibre optique 22 ou un amplificateur optique 42 par un seul amplificateur optique 44. Ce mode de réalisation permet aussi de réduire les coûts de fabrication en diminuant le nombre de composants optiques.In this sixth embodiment, the optical amplifier 44 combines several functions. The optical amplifier 44 receives the light pulse 14 spectrally broadened by self-phase modulation (SPM) from the passive optical fiber 21. In addition, the optical amplifier 44 produces a Raman effect on the peak 141 of the light pulse 14. Finally the optical amplifier 44 spectrally separates the amplified light pulse to cut the spectral component or second part 12 of the light pulse shifted by Raman effect and extract the first pulse part 11 which is spectrally broadened by self-phase modulation. This embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact by replacing the spectral separation device 30 combined with an optical fiber 22 or an optical amplifier 42 by a single optical amplifier 44. This embodiment also makes it possible to reduce the costs manufacturing by reducing the number of optical components.

A titre d’exemple, l’amplificateur optique 44 comporte une fibre optique spéciale de type fibre à bande interdite photonique dopée aux ions terres-rares. Les ions terres-rares comprennent par exemple des ions ytterbium, erbium, thulium et/ou holmium. L’homme du métier utilise des outils de simulation numérique pour déterminer les autres caractéristiques de l’amplificateur optique 44 à fibre optique, telles que sa longueur, le diamètre de cœur, le(s) dopant(s).By way of example, the optical amplifier 44 comprises a special optical fiber of the photonic band gap fiber type doped with rare-earth ions. Rare-earth ions include, for example, ytterbium, erbium, thulium and/or holmium ions. A person skilled in the art uses digital simulation tools to determine the other characteristics of the optical fiber amplifier 44, such as its length, the core diameter, the dopant(s).

La figure 8 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un septième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte ici un premier amplificateur optique 41 disposé en sortie de la diode laser 1 et un deuxième amplificateur optique 44 en aval. Le premier amplificateur optique 41 est structurellement et fonctionnellement analogue à l’amplificateur optique 41 décrit en lien avec le troisième mode de réalisation (illustré en figure 4), pour générer de l’automodulation de phase directement en sortie de la diode laser 1 commutée en gain. Le deuxième amplificateur optique 44 est structurellement et fonctionnellement analogue à l’amplificateur optique 44 décrit en lien avec le sixième mode de réalisation (illustré en figure 7), pour amplifier l’impulsion, générer un décalage Raman et filtrer directement la composante spectrale décalée par effet Raman. Ce mode de réalisation permet de façon avantageuse de rendre le système plus compact en remplaçant plusieurs composants optiques par deux composants optiques. Ainsi l’amplificateur optique 40 et la première fibre optique 21 sont combinés dans l’amplificateur optique 41, tandis que la deuxième fibre optique 22 et l’amplificateur optique 42 sont combinés dans l’amplificateur optique 44. Ce mode de réalisation permet aussi de réduire les couts de fabrication en diminuant le nombre d’élément.FIG. 8 represents a light pulse generation system according to a seventh embodiment. The light pulse generation system here comprises a first optical amplifier 41 arranged at the output of the laser diode 1 and a second optical amplifier 44 downstream. The first optical amplifier 41 is structurally and functionally analogous to the optical amplifier 41 described in connection with the third embodiment (illustrated in FIG. 4), for generating phase self-modulation directly at the output of the laser diode 1 switched in gain. The second optical amplifier 44 is structurally and functionally analogous to the optical amplifier 44 described in connection with the sixth embodiment (illustrated in FIG. 7), to amplify the pulse, generate a Raman shift and directly filter the spectral component shifted by Raman effect. This embodiment advantageously makes it possible to make the system more compact by replacing several optical components with two optical components. Thus the optical amplifier 40 and the first optical fiber 21 are combined in the optical amplifier 41, while the second optical fiber 22 and the optical amplifier 42 are combined in the optical amplifier 44. This embodiment also makes it possible to reduce manufacturing costs by reducing the number of elements.

La figure 9 représente un système de génération d’impulsion lumineuse selon un huitième mode de réalisation. Le système de génération d’impulsion lumineuse comporte ici un seul amplificateur optique 45 disposé en sortie de la diode laser 1.FIG. 9 represents a light pulse generation system according to an eighth embodiment. The light pulse generation system here comprises a single optical amplifier 45 arranged at the output of the laser diode 1.

Dans ce huitième mode de réalisation, l’amplificateur optique 45 combine plusieurs fonctions. L’amplificateur optique 45 sert à la génération de l’automodulation de phase, à la génération de l’effet Raman et au filtrage de la bosse Raman. De façon avantageuse, l’amplificateur optique 45 comporte une fibre optique spéciale de type fibre microstructurée dopée aux ions terres rares. Ainsi, l’amplificateur optique 45 reçoit l’impulsion lumineuse source 10, l’amplifie et génère directement la première partie d’impulsion 11 élargie par SPM et séparée spectralement de la deuxième partie d’impulsion 12 décalée spectralement par effet Raman, la deuxième partie d’impulsion 12 étant coupée.In this eighth embodiment, the optical amplifier 45 combines several functions. The optical amplifier 45 is used for the generation of self-phase modulation, the generation of the Raman effect and the filtering of the Raman bump. Advantageously, the optical amplifier 45 comprises a special optical fiber of the microstructured fiber type doped with rare earth ions. Thus, the optical amplifier 45 receives the source light pulse 10, amplifies it and directly generates the first pulse part 11 broadened by SPM and spectrally separated from the second pulse part 12 spectrally shifted by Raman effect, the second pulse part 12 being cut off.

De façon particulièrement avantageuse, le système de génération d’impulsion lumineuse selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus est combiné à un compresseur disposé en aval du dispositif de séparation spectrale. Le compresseur peut être un compresseur à réseau de diffraction, un compresseur à prisme, un compresseur à GRISM, un compresseur de Treacy, un compresseur 4f, un compresseur à fibre optique, un compresseur à réseau de Bragg en volume (ou VBG).In a particularly advantageous manner, the light pulse generation system according to any one of the embodiments described above is combined with a compressor arranged downstream of the spectral separation device. The compressor can be a diffraction grating compressor, a prism compressor, a GRISM compressor, a Treacy compressor, a 4f compressor, a fiber optic compressor, a volume Bragg grating (or VBG) compressor.

Le système de génération d’impulsions lumineuse de la présente divulgation permet de générer des impulsions lumineuses ayant une durée temporelle plus courte après compression que l’impulsion lumineuse source émise par la diode laser 1 commutée en gain. Les impulsions lumineuses ainsi générées ont une longueur d’onde comprise entre 380 nm et 5µm, par exemple de 1 µm, 1,55µm ou 2 µm. Les impulsions lumineuses sont générées à la demande ou à une fréquence de répétition ajustable, comprise entre 1 Hz et 5 GHz. Les impulsions lumineuses en sortie du dispositif de séparation spectrale ont une puissance crête comprise entre 30 kW et 150 kW, une énergie par impulsion comprise entre 4 nJ et 100 µJ et une puissance moyenne comprise entre 1 W et 300 W. Dans un exemple de réalisation d’un système illustré sur la figure 3, les impulsions lumineuses de sortie ont une puissance crête de 3 MW après compression.The light pulse generation system of the present disclosure makes it possible to generate light pulses having a shorter time duration after compression than the source light pulse emitted by the gain-switched laser diode 1. The light pulses thus generated have a wavelength of between 380 nm and 5 μm, for example 1 μm, 1.55 μm or 2 μm. The light pulses are generated on demand or at an adjustable repetition rate, between 1 Hz and 5 GHz. The light pulses at the output of the spectral separation device have a peak power comprised between 30 kW and 150 kW, an energy per pulse comprised between 4 nJ and 100 μJ and an average power comprised between 1 W and 300 W. of a system illustrated in Figure 3, the output light pulses have a peak power of 3 MW after compression.

Le système de génération d’impulsion lumineuse selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus peut servir de source à un amplificateur de puissance ou encore à une chaine d’amplification à dérive de fréquence (CPA) comprenant au moins un amplificateur optique et un compresseur.The light pulse generation system according to any one of the embodiments described above can serve as a source for a power amplifier or even for a frequency drift amplification chain (CPA) comprising at least one amplifier optics and a compressor.

Le système de génération d’impulsions lumineuses de la présente divulgation trouve de nombreuses applications, par exemple dans les LIDAR ou les systèmes de télédétection ou l’usinage laser.The light pulse generation system of the present disclosure finds many applications, for example in LIDAR or remote sensing systems or laser machining.

Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées.Of course, various other modifications may be made to the invention within the scope of the appended claims.

Claims (10)

Système de génération d’impulsion lumineuse comprenant une diode laser (1) commutée en gain adaptée pour émettre une impulsion lumineuse source (10), un dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse source (10) et générer une impulsion lumineuse (15) divisée spectralement comprenant une première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phase et une deuxième partie d’impulsion (12) décalée spectralement par effet Raman et un dispositif de séparation spectrale (30, 44, 45) adapté pour recevoir l’impulsion lumineuse divisée spectralement et pour extraire la première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phase.Light pulse generation system comprising a gain-switched laser diode (1) suitable for emitting a source light pulse (10), an optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) phase self-modulation generation and Raman effect generation adapted to receive the source light pulse (10) and generate a spectrally divided light pulse (15) comprising a first pulse part (11) spectrally broadened by phase self-modulation and a second pulse part (12) spectrally shifted by Raman effect and a spectral separation device (30, 44, 45) adapted to receive the spectrally divided light pulse and to extract the first pulse part ( 11) spectrally broadened by self-phase modulation. Système selon la revendication 1 dans lequel le dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte une fibre optique (21, 23) passive adaptée pour recevoir l’impulsion lumineuse source (10) et générer une impulsion lumineuse (14) modulée spectralement par auto-modulation de phase.System according to Claim 1, in which the optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) for generating self-phase modulation and for generating the Raman effect comprises an optical fiber ( 21, 23) passive adapted to receive the source light pulse (10) and generate a light pulse (14) spectrally modulated by self-phase modulation. Système selon la revendication 1 dans lequel le dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte un amplificateur optique (41, 43, 45) adapté pour l’amplification et pour la génération d’auto-modulation de phase.System according to Claim 1, in which the optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) for generating self-phase modulation and for generating the Raman effect comprises an optical amplifier ( 41, 43, 45) suitable for amplification and for the generation of self-phase modulation. Système selon la revendication 2 ou 3 dans lequel le dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte une deuxième fibre optique (22) passive ou la même fibre optique (23) passive adaptée pour la génération d’effet Raman.System according to Claim 2 or 3, in which the optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) for generating self-phase modulation and for generating the Raman effect comprises a second passive optical fiber (22) or the same passive optical fiber (23) adapted for the generation of the Raman effect. Système selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel le dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman comporte un amplificateur optique (42, 43, 44, 45) adapté pour l’amplification et pour la génération d’effet Raman.System according to one of Claims 1 to 3, in which the optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) for generating phase self-modulation and for generating the Raman effect includes an optical amplifier (42, 43, 44, 45) suitable for amplification and for generating the Raman effect. Système selon la revendication 5 dans lequel l’amplificateur optique (44, 45) est un amplificateur à fibre photonique à bande interdite adapté pour former le dispositif de séparation spectrale (30, 44, 45).A system according to claim 5 wherein the optical amplifier (44, 45) is a bandgap photonic fiber amplifier adapted to form the spectral separation device (30, 44, 45). Système selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel le dispositif de séparation spectrale (30) comporte un filtre passe-bas en longueur d’onde, un filtre passe-bande, un filtre dichroïque, une fibre optique à cristaux photoniques, un amplificateur optique ayant une bande de gain adaptée pour amplifier sélectivement la première partie d’impulsion (11) ou un compresseur à réseau(x) de diffraction.System according to one of Claims 1 to 5, in which the spectral separation device (30) comprises a wavelength low-pass filter, a band-pass filter, a dichroic filter, an optical fiber with photonic crystals, a optical amplifier having a gain band adapted to selectively amplify the first pulse part (11) or a diffraction grating compressor. Système selon les revendications 3 et 5 dans lequel le dispositif optique (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) de génération d’auto-modulation de phase et de génération d’effet Raman et le dispositif de séparation spectrale (30, 44, 45) sont constitués d’un amplificateur à fibre optique (45) adapté pour l’amplification, la génération d’auto-modulation de phase, la génération d’effet Raman et la séparation spectrale.System according to Claims 3 and 5, in which the optical device (20, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44, 45) for generating self-phase modulation and for generating the Raman effect and the device separation units (30, 44, 45) consist of an optical fiber amplifier (45) suitable for amplification, self-phase modulation generation, Raman effect generation and spectral separation. Système selon l’une des revendications 1 à 8 dans lequel la diode laser (1) commutée en gain émet des impulsions lumineuses source à une fréquence de répétition ajustable dans une gamme de fréquence comprise entre 1 Hz et 50 GHz.System according to one of Claims 1 to 8, in which the gain-switched laser diode (1) emits source light pulses at an adjustable repetition frequency in a frequency range between 1 Hz and 50 GHz. Méthode de génération d’impulsion lumineuse comprenant les étapes suivantes : émission, par une diode laser (1) commutée en gain, d’une impulsion lumineuse source (10), génération, à partir de l’impulsion lumineuse source (10), d’une impulsion lumineuse (15) divisée spectralement comprenant une première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phase et une deuxième partie d’impulsion (12) décalée spectralement par effet Raman, et séparation spectrale (30, 44, 45) adaptée pour extraire la première partie d’impulsion (11) élargie spectralement par automodulation de phase.Method for generating a light pulse comprising the following steps: emission, by a gain-switched laser diode (1), of a source light pulse (10), generation, from the source light pulse (10), d 'a spectrally divided light pulse (15) comprising a first pulse part (11) spectrally widened by self-phase modulation and a second pulse part (12) spectrally shifted by Raman effect, and spectral separation (30, 44, 45 ) adapted to extract the first pulse part (11) broadened spectrally by self-phase modulation.
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