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Although stimulated Brillouin scattering (SBS) in optical fiber is a penalizing nonlinear effect in optical communication systems, it is possible to make good use of SBS in other applications such as in Brillouin fiber lasers (BFLs). A BFL can potentially have a very narrow linewidth and very low relative intensity noise (RIN) and frequency noise, making them excellent coherent laser sources that can be used in telecommunications, defense and metrology. The goal of this research work, which is in the framework of ATOS (Antenne acoustique en technologie Tout Optique pour la Surveillance, All Optical Acoustic Antenna for Security) project, is to obtain a compact Brillouin laser with a very low threshold power. In order to match these two conditions, it is essential to use a fiber with a very high Brillouin gain coefficient gB and with a small effective mode area to ensure a stronger light confinement in the fiber core. For this research work, we have combined both alternatives by using a microstructured optical fiber made of chalcogenide glass. These materials are known to have very high gB, which can be two orders of magnitudes higher than in the case of a standard silica fiber. In this work, we have, first of all, experimentally demonstrated that it is possible to obtain a compact, low threshold and low noise Brillouin laser using microstructured chalcogenide fibers. Then, we have studied the feasibility of using this laser cavity in the framework of the ATOS project while proposing alternative applications for metrology and telecommunications.; Souvent considéré néfaste dans le domaine de la télécommunication car il limite la puissance d'un système de transmission optique, l'effet Brillouin peut être utilisé pour la réalisation de lasers. Un laser à fibre Brillouin peut potentiellement être très cohérent et très peu bruité ; ce qui incite son utilisation dans plusieurs domaines incluant la défense, la métrologie et les télécommunications. L'objectif de cette thèse, qui s'insert dans le cadre du projet ATOS (Antenne acoustique en technologie Tout Optique pour la Surveillance), est d'obtenir un laser Brillouin à la fois compact et avec un seuil laser relativement bas. Pour respecter ces deux conditions, il est nécessaire de disposer d'une fibre avec un très fort coefficient de gain Brillouin gB et ayant une très petite aire effective de manière à concentrer la puissance optique dans le cœur de la fibre. Nous avons ainsi choisi d'utiliser une fibre faite à partir de verres en chalcogénure, qui ont un gB de deux ordres de grandeurs supérieures au gB d'une fibre monomode silice classique avec une microstructure dans le coeur. Ces travaux de recherche contribuent donc, d'une part, à démontrer qu'il est expérimentalement possible de réaliser des lasers Brillouin compacts, bas seuils et exhibant des caractéristiques remarquables en termes de bruit et de cohérence avec des fibres microstructurées en verre de chalcogénure et, d'autre part, à étudier la potentialité de ces cavités lasers dans le cadre du projet ATOS tout en proposant d'autres applications possibles pour la métrologie, l'instrumentation et les télécommunications.

278 pages; To meet the ever-increasing bandwidth demand due to the rapid growth of broadband services, wavelength division multiplexed passive optical network (WDM-PON) has been considered as one of the most powerful candidates for the next-generation access network. However, the cost reduction and the flexibility are still key requirements to deploy this access technology. In this context, the objective of this thesis is to study the colorless transmitter solutions based on advanced optoelectronic components for WDM-PON. Two types of colorless transmitters based on reflective modulator technologies are studied: the injection-locked Fabry-Perot laser diode (IL-FP) and the reflective amplified modulator based on monolithic integration of R-EAM-SOA. The physical characterization of IL-FP under the injection-locking regime is investigated, including the locking efficiency, intensity noise, the direct modulation, the linewidth enhancement. The dependence of these properties onto injection parameters (injected power, wavelength detuning) is also determined. Both static and dynamic characterizations of R-EAM-SOA are performed. The advanced functionalities of R-EAM-SOA, including the optical detection and noise-mitigated regeneration, are demonstrated, which prove the high potential of this component for multifunctional device in optical access network. The quantum-dash mode-locked laser (QD-MLL) is proposed, for the first time, to be used as a coherent multi-wavelength seeding source for WDM-PON. The suppression of mode partition noise (MPN) of QD-MLL-based seeding source when combined with the studied reflective modulators is shown. The integration of these components in WDM-PON architectures is experimentally realized. The feasibility of 2.5 Gb/s per channel WDM-PON systems using IL-FP injected by QD-MLL-based seeding source is assessed for different network architectures. The scalability up to 10 Gb/s per channel of WDM-PON system using R-EAM-SOA injected by QD-MLL-based seeding source is demonstrated. A bidirectional WDM-PON architecture allowing a total capacity as high as 240 Gb/s in downstream and 60 Gb/s in upstream using the proposed colorless transmitter solutions is experimentally demonstrated. One of the principle impairments of bidirectional WDM-PON system is the Rayleigh backscattering (RB) effect from which the produced interferometric noise is studied. The impact of RB noise on WDM-PON transmission performances is also analyzed.; Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la forte évolution du réseau d'abonnées sur fibre optique (FTTH). Elle a l'objectif d'étudier les solutions d'émetteurs dits "achromatiques" à base de nouveaux composants optoélectroniques pour les réseaux d'accès optiques multiplexés en longueurs d'onde (WDM-PON). Ces émetteurs doivent être peu chers et identiques chez tout abonné quelque soit la longueur d'onde de fonctionnement. Deux types d'émetteurs achromatiques à base de modulateur réflectif sont étudiés dans cette thèse : le laser Fabry-Perot verrouillé par injection optique (IL-FP) et le modulateur électro-absorbant amplifié en réflexion (R-EAM-SOA). Les caractéristiques de l'IL-FP en régime de verrouillage sont évaluées en termes de bruit d'intensité, de modulation, de facteur de couplage phase-amplitude,... La caractérisation tant statique que dynamique est aussi effectuée pour le second composant R-EAM-SOA. D'autres fonctionnalités de ce composant comme la détection directe et la régénération promettent son grand potentiel pour la réalisation d'un dispositif multifonctionnel pour le réseau d'accès. Il est également proposé d'utiliser pour la première fois, le laser à bâtonnets quantiques à blocage de modes (QD-MLL) comme source d'injection multi-longueurs d'onde cohérentes pour l'accès optique WDM. Il est montré qu'il est possible de supprimer le bruit de partition de modes associé à ces structures à blocage de modes. Finalement l'intégration de ces trois composants dans des architectures WDM-PON est réalisée. La faisabilité des systèmes WDM-PON à 2,5 Gb/s à base des IL-FP injectés par une source QD-MLL est évaluée pour différentes configurations et architectures réseau. La montée en débit à 10 Gb/s est prouvée en utilisant le R-EAM-SOA. Un système WDM-PON bidirectionnel avec une capacité de 240 (24 x 10) Gb/s en voie descendante et 60 (24 x 2,5) Gb/s en voie montante a été démontré en utilisant ces solutions d'émetteurs achromatiques proposées. Une des principales sources de dégradation du système WDM-PON bidirectionnel est la rétrodiffusion de Rayleigh pour laquelle le bruit interférométrique produit est étudié. L'impact de ce bruit sur les performances en transmission du système WDM-PON est aussi analysé.

This work deals with the generation of a wavelength comb for high-bit rate telecommunication systems. This thesis is decomposed in three parts. In the first part, passively mode-locked laser cavities are studied and the experiments have allowed a multi-pulse stream at high speed to be generated. In the second part, we show the possibility to generate high speed clock (100 GHz-1 THz) by exploiting the good properties of the quantum dots mode-locked lasers by adding filters. The frequency selection was made, at the beginning of the thesis, by the application of temperature points induced phase shift on a chirped fibre Bragg grating, then by using a spatial filtering using a commercial device. The stability of optical clocks, frequency variable up to 1.5 THz, was confirmed with bit error rate measurement. Finally, we show the possibility to achieve frequency converters allow to recover a sub-harmonic f clock from a binary signal clocked at N timesf. In conclusion, we draw the perspectives related to these results., Ces travaux portent sur la génération d'un peigne de longueurs d'ondes à haut-débit pour les télécommunications. Ce manuscrit s'articule autour de trois grandes parties. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux cavités laser fonctionnant en blocage de modes passif. Les expériences ont notamment permis de générer à chaque aller et retour dans la cavité des paquets d'impulsions liées et séparées d'une période correspondant à une cadence de 100-160 GHz. Dans la seconde partie, nous montrons la possibilité de générer des horloges à haute cadence (100 GHz - 1 THz) en exploitant les bonnes propriétés des lasers à îlots quantiques à blocage de modes, par l'ajout de filtres. La sélection des fréquences a été réalisée, au début de la thèse, par l'application de points de température induisant des sautsde phase sur un réseau de Bragg à pas variable, puis par l'utilisation d'un filtrage spatial utilisant un appareil commercial. La stabilité des horloges optiques, de fréquences variables pouvant atteindre 1,5 THz, a été validée par des mesures de taux d'erreurs. Enfin, nous montrons qu'il est possible réaliser des convertisseurs de fréquence permettant de récupérer une horloge à la sous harmonique f à partir d'un signal binaire cadencée à N × f. En conclusion, nous dressons les perspectives liées à ces résultats.

This work is devoted to the study of intensity noise and optical injection in quantum dot and quantum dash laser. The study of the relative intensity noise (RIN) gives important information about the behaviour of a laser and its intrinsic properties such as relaxation frequency and damping rate. Our theoretical study of intensity noise shows the main role of the so-called waiting layer in the noise properties, bringing complexity in the RIN formulation for a quantum dot laser. The effect of the confinement factor and differential gain was analyzed for quantum dashed lasers through the variation of the stack number. A quantum dash laser with 9 stacked layers had lower noise than a laser with 3 stacked layers. The second part reports the study of optical injection in quantum dash and quantum dot lasers. We show the presence of multiexcitability in such structure.; Nous présentons, dans ce manuscrit, une étude du bruit d'intensité et de l'influence de l'injection optique pour des lasers à îlots quantiques et à bâtonnets quantiques. Ces structures font l'objet de nombreuses attentes mais peu d'études ont été jusqu'à présent réalisées. Nous détaillons les techniques de mesures de bruit et développons une analyse de l'interaction entre les modes d'un laser multifréquences à partir de mesures de bruit. Une modélisation du bruit d'intensité dans les structures à îlots quantiques montre un fonctionnement plus complexe de ces structures en comparaison aux structures massives. Il indique le rôle majeur de la couche dite de mouillage, en accord avec l'étude expérimentale. Les meilleures caractéristiques dynamiques liées à une fréquence de relaxation et un taux d'amortissement plus forts s'accompagne d'un bruit plus faible dans un laser à bâtonnets quantiques comparativement à un laser massif de structure comparable. Un nombre plus réduit de plans de bâtonnets quantiques conduit à de moins bonnes caractéristiques dynamiques alors que cette diminution est connue pour diminuer le seuil laser. L'étude de l'injection optique dans ces structures montre un comportement très proche de celui des lasers monomodes. Peu de régimes sont rencontrés en comparaison à l'injection dans un laser multi-mode massif. Par ailleurs nous montrons l'observation du régime de multi-excitabilité dans ces structures.

Synchronization of 1.55 µm-DFB semiconductor lasers has been studied theoretically and experimentally. The synchronization is obtained without the help of optical feedback, using uniquely optical injection, i.e. a unidirectional coupling between a master laser and a slave laser. The devices are characterized using classical methods and also optical injection to obtain intrinsic physical parameters, like their geometrical dimensions, their laser gain, optical index... We also report experimental observation of multi-excitability. The role of optical coherency is emphasized in the process of optical injection. Numerical simulations, using standard Lang and Kobayashi equations, are then presented. Mapping showing the different dynamics in the chart “detuning-injected power” are found to be in good agreement with experimental results. Thus huge bistabilities, previously observed by Stéphane Blin, are numerically found, for the first time. Chaos synchronization is finally studied and it is shown that high correlation index of 96 % can be experimentally achieved. In the same time, we numerically calculated in the chart “detuning-injected power” correlation maps showing high synchronization (correlation index up to 90 %) on large areas. Finally, we numerically obtain and describe chaos anticipation, obtained for correlation coefficients above 90 %., Nous présentons, dans ce manuscrit, une étude expérimentale et théorique de synchronisation entre lasers à semi-conducteurs émettant à 1, 55 µm. Cette synchronisation est réalisée sans l'aide de contre-réaction optique grâce à l'utilisation d'injection optique, c'est-à-dire au couplage unidirectionnel entre deux lasers : le maître et l'esclave. Les différents lasers utilisés sont caractérisés de manière classique (P (I), lambda (I), ...) puis par injection optique afin de déterminer les différentes valeurs des paramètres physiques intrinsèques de ces lasers (dimensions géométriques, indice optique, gain interne, ...). Nous reportons également l'observation expérimentale de multi-excitabilité pour le laser à semiconducteurs injecté. L'impact de la cohérence optique est montré dans le processus de l'injection optique. Des simulations numériques, à partir d'un modèle standard dénommé de Lang et Kobayashi, sont détaillées dans leur différent régime dynamique. Elles montrent un bon accord avec les observations expérimentales, en particulier par l'intermédiaire de cartographies dans l'espace «désaccord-puissance injectée». Ainsi nous mettons numériquement en évidence la présence de larges zones de bistabilité, observées auparavant par Stéphane Blin. Nous présentons, pour la première fois, des études de synchronisation de chaos. Le signal chaotique est ici généré de manière originale, par une première injection optique. La synchronisation est, quant a elle, obtenue grâce à une seconde injection optique. Nous démontrons qu'il est possible d'atteindre expérimentalement des indices de corrélation de 96 %. Nous dressons ensuite numériquement des cartographies de synchronisation de chaos où nous mettons en évidence la présence de zones étendues ou l'indice de corrélation peut-être supérieur à 90 %. Enfin nous terminons par mettre numériquement en évidence et cartographier le phénomène d'anticipation de chaos pour un laser injecté, phénomène obtenu pour des indices de corrélation supérieur à 90 %.

Extraordinary high powers are nowadays available out of fiber lasers and amplifiers (» 10 kW in continuous wave regime and » 1 MW peak power in pulsed regime). Such an increase can initiate the apparition of some undesirable effects.During this thesis, we have developed and studied some high power Ytterbium doped fiber systems both in continuous wave and pulsed regimes. For this purpose, we have chosen to use the technology of double-clad fibers in association with adapted pumping techniques.Especially, we have developed an original approach that allows to efficiently amplify wavelengths of small emission cross sections. High output powers, in continuous wave regime, have been achieved experimentally and these results are in good agreement with the theoretical ones.The spatial and spectral properties of high output power lasers or amplifiers can be significantly degraded compared to those at low power. We have studied and developed an original approach allowing, for a system in pulsed regime, to maintain, up to extreme high output peak powers, the spectral purity of the source.Moreover, we have computed and theoretically analysed the evolution of the pulse shape in amplification by a high power fiber amplifier. The study of the influence of various parameters of the seed pulse on the output pulse shape allows to significantly decrease the penalties induced by the apparition of non linear effects and to increase their thresholds while output power and energy become important. Comparison between computed results and theoretical ones are of good agreement.These results, associated with the development of new components, indicate the possibility to achieve even higher output powers while preserving good spectral and spatial properties and retaining the same techniques as those used or demonstrated during this thesis., Des puissances extraordinaires sont, de nos jours, extraites de systèmes à fibres dopées (» 10 kW de puissance continue et » 1 MW de puissance crête en régime d'impulsions). L'augmentation de la puissance dans les systèmes s'accompagne de l'apparition d'effets qui peuvent limiter leurs performances. Parmi ceux-ci citons, notamment, les effets non linéaires, thermiques, de dégradation des propriétés spatiales et spectrales de faisceau, . . . ). Au cours de cette thèse, nous avons développé et étudié des systèmes à fibre dopée Ytterbium délivrant de très fortes puissances en régime de fonctionnement continu et en régime d'impulsions. Pour ce faire, nous avons retenu une technologie à fibre double-gaine couplée à des techniques de pompage adaptées. La puissance s'élevant, nous avons été confrontés à l'apparition d'effets non linéaires. Une étude théorique de ces effets nous permet de proposer des méthodes originales pour s'en affranchir ou en augmenter le seuil. Nos expériences confrontées à notre étude théorique et, le cas échéant, à un modèle d'analyse numérique, nous permettent d'accroître la puissance obtenue. Un amplificateur optimisé pour l'amplification d'un signal à gain faible en régime continu est étudié. Les mêmes méthodes, en régime d'impulsions, permettent de préserver les propriétés spectrales d'une source laser très cohérente à très forte puissance crête. Dans ce régime, une technique de modelage de l'impulsion source est mise en oeuvre, en amplification à l'aide d'une structure à oscillateur amplifié, pour réduire l'impact sur les performances à très forte puissance des effets non linéaires. Celle-ci est étudée, pour l'extraction de très fortes énergies, de manière théorique et nos résultats de simulations confrontés à l'expérience. Avec les technologies utilisées nous proposons, enfin, une ouverture vers l'obtention de davantage de puissance.

Relative intensity noise of lasers running at 1550 nm is studied. The two, three and four levels models for studying both statical and intensity noise laser behavior are presented and compared. Semiconductor laser model is also detailed. Experimental results on relative intensity noise of distributed feedback fiber lasers are presented. A Relative Intensity Noise measurement technic allowing the observation of very low value of noise (-170dB.Hz−1 for 1 mW) is detailled. The intensity noise of an original laser structure developed at the Laval University of Québec is also detailled. The influence of optical injection of semi-conductor lasers experimentally shows a reduction of intensity noise due to external pertubations at low frequency. Theoretical investigations indicate a noise transfer of intensity noise to the slave laser near the relaxation frequency of the master one., Ce manuscrit présente une étude du bruit d'amplitude des lasers à fibres et à semiconducteurs émettant à 1550 nm. Les modèles théoriques permettant d'étudier le comportement des lasers solides à deux, trois et quatre niveaux ainsi que celui des lasers à semiconducteurs sont présentés. Ils permettent de prévoir le bruit d'amplitude théorique des structures et montrent comment, à partir des mesures du RIN des lasers il est possible de remonter aux caractéristiques fondamentales des lasers. La technique de mesure du bruit d'amplitude utilisée au laboratoire est détaillée. Elle permet avec une très grande sensibilité de mesurer des bruits d'amplitude aussi faibles que -170 dB.Hz−1 pour 1 mW (0 dBm) détecté sur une plage de fréquences allant de 100 kHz à 22 GHz. Nous avons utilisé cet outil performant afin de caractériser différentes structures lasers, en particulier aux lasers à fibre DFB. Des structures originales fabriquées à l'Université Laval à Québec permettent un fonctionnement simultané de plusieurs canaux séparés de 50 GHz dans une structure ultra compacte. Nous avons montré que les différents modes longitudinaux de ces structures étaient indépendants et analogues aux modes de lasers à fibre monomondes. L'étude du transfert de bruit par injection optique a aussi été menée tant théoriquement qu'expérimentalement. Une étude des spectres optiques de laser à semi-conducteurs DFB à permis d'étudier le transfert d'impureté spectral, notamment du point de vue du bruit, pour les lasers soumis à injection optique. Nous avons mis en évidence la réduction des bruits aux basses fréquences du laser esclave lorsque leurs origines n'étaient pas optiques. L'étude théorique a mis en évidence un transfert du bruit d'amplitude aux fréquences correspondant à la fréquence de relaxation du laser maître.

The work carried out during this PhD within ENSSAT's ""Laboratoire d'optronique"" has been associated with the development of a new research theme on the realisation and characterisation of 1.55 μm pulsed sources with high extinction ratios, low chirp and high repetition rates. Such sources can find applications in optical telecommunications such as in transmission, or in the development of new methods for all-optical measurement or all optical clock recovery. To realise such sources, we have used mode-locked semiconductor laser diodes subject to optical feedback, and the thesis describes a detailed experimental and theoretical study of such lasers. After a brief review of the main techniques used to develop ultrashort pulse sources, we present the theoretical background required to understand the principles of optical feedback, and give an overview of the existing types of pulse sources reported in the literature. We then focus on a numerical analysis of the dynamics of a semiconductor laser subject to nonlinear optical feedback and show that such feedback can be used to achieve passive mode-locking with repetition rates as high as 20 GHz. Moreover, the use of a filtered feedback (provided by a fiber Bragg grating as an external reflector) allows Fourier transform limited pulses to be obtained. We also describe the manufacturing process of cavities composed of a Bragg grating and a microlens. We then present a theoretical model appropriate for both a numerical study of lasers subject to filtered optical feedback as well as a steady states analysis. We finish this study with the analysis of the role of the injected signal in the dynamical behaviour of a laser diode subject to optical feedback., Ce mémoire est consacré à l'étude et à la réalisation de sources impulsionnelles, constituées de lasers à semi-conducteurs soumis à une rétroaction optique non linéaire ou filtrée, pour des applications dans les domaines liés aux télécommunications optiques. Après un bref rappel des principales méthodes utilisées pour réaliser des sources impulsionnelles, nous présentons les notions théoriques nécessaires à la compréhension du phénomène de rétroaction optique ainsi que les principales réalisations de sources impulsionnelles, utilisant une contre-réaction, disponibles dans la littérature. Puis nous nous intéressons à l'analyse, principalement numérique, de la dynamique d'un laser contre-réactionné par un miroir non linéaire. Cette étude a permis de mettre en évidence l'existence d'un régime de blocage de modes passif conduisant à la génération d'impulsions caractérisées par un taux de répétition pouvant atteindre 20 GHz. D'autre part, nous montrons que l'utilisation d'un réseau de Bragg à pas variable comme réflecteur externe d'un laser fonctionnant en régime de blocage de modes permet la génération d'impulsions en limite de Fourier. La méthode de fabrication d'une telle cavité composée d'un réseau de Bragg et d'une microlentille est décrite. Et nous présentons un modèle permettant d'analyser numériquement le comportement de lasers soumis à une contre-réaction filtrée ainsi qu'une analyse statique de ce dernier. Nous terminons cette étude par l'analyse de l'influence d'une injection optique sur les caractéristiques de ces impulsions.

"This thesis is focused on the therotical investigation and realization of frequency-shifted erbium-doped fiber laser with thegoal to achieve a multiwavelength laser emission. The first step of this study concerns three laser emission regimes: Apassive Q-Switched regime, a passive modelocked regime and a continuous wave one. This work demonstrates that thephysics behind these emission regimes is fully different because of the use of the frequency shifter inside the laser cavity.One of the achivements describes in this thesis concerns the realization of a laser source delivering 17 wavelengths coveringthe whole C band and emitting in a CW regime. Using a newfiber Bragg grating writing method, we were able to control the flatness of the laser output spectrum to a level better than 3dB. This source is then became the key element for chromatic dispersion measurement of an optical fiber link allowing in thisway to achieve an fast, precise and reliable measurement method.Another important achievement of this work concerns the proposal, realization and theoretical investigation of a densemultiwavelength modelocked fiber laser using erbium ion as gain medium.The use of a frequency shifter combined with an electro-optic modulator allows us to achieve a 25 wavelengths sourceemetting in a modelocked regime. The pulse train repetition rate for eachwavelength band was equal to 10 GHz and a Δν.Δτ product close to the theoretical limit indicates that the pulses are weaklychirp.Finally a numerical investigation of these frequency-shifted fiber laser allowed the discover ofa new Q-Switched regime. We will demonstrate that this pulsed regime comes from an energy redistribution inside thespectrum itself and that cannot be attribute to the cavity losses modulation.", Cette thèse de doctorat porte sur l'investigation théorique et sur la réalisation de lasers à fibre optique dopée à l'erbiumutilisant un décaleur de fréquence dans la boucle de contre réaction pour obtenir une émission multi-longueurs d'onde.L'étude concerne, en particulier, trois régimes d'émission : modes déclenchés passif, modes bloqués actif et continu. Nostravaux de recherche démontrent que la physique de ces régimes est rendue singulière par l'utilisation du décaleur defréquence dans la cavité.Ces travaux de doctorat ont permis de réaliser une source délivrant 17 longueurs d'onde couvrant toute la bande C etémettant en régime continu. En utilisant une méthode novatrice d'écriture de réseaux de Bragg, nous avons été capablesd'obtenir une platitude du spectre de sortie meilleure que 3 dB. Cette source a été alors mise à contribution pour la mesurede la dispersion chromatique d'un lien de fibre optique permettant ainsi d'obtenir une méthode de mesure rapide, précise etrépétable.Une autre contribution importante de cette thèse de doctorat concerne la proposition, la réalisation et l'investigation théoriqued'une source fortement multi-longueur utilisant l'erbium comme milieu de gain et émettant en régime de modes bloqués actif.L'utilisation du décaleur de fréquence et d'un modulateur électro-optique nous a permis d'obtenir une source laser émettantsuivant 25 longueurs d'onde en régime de modes bloqués actif simultanément. Le taux de répétition du train d'impulsiondélivré par chacune de ces longueurs d'onde était égal à 10 GHz et l'obtention d'un produit Δν.Δτ proche de la limitethéorique dénote la bonne qualité des impulsions.Enfin une investigation numérique de ce type de laser a permis de mettre en lumière un nouveau type de régime d'émissionen modes déclenchés. Nous démontrerons que ce régime impulsionnel est dû à une redistribution de l'énergie au sein duspectre et non à une modulation de l'amplitude des pertes de la cavité.

Optically injection is compared for semiconductor lasers and fibre lasers. Design and manufacture of the fibre laser are detailed. A spectral description of an injected semicon- ductor laser is presented for usual injected power (> -30 dBm), by mapping out several phenomena, such as bistable areas, undamped relaxation and chaos synchronization. For weak injection levels (< -30 dBm), the slave acts as high-quality amplifier of spectrally nar- row signals. In this case, the slave frequency is pulled by the master one. We also present the temporal response of fiber laser output power for static injection, and observe original dynamics linked to relaxation processes. New methods using optical injection are propo- sed to measure the enhancement factor, narrow linewidths or spontaneous emission rate., Nous présentons une étude comparative de l'injection optique quasi-statique pour des lasers à semi-conducteurs et des lasers à fibre. La fabrication des lasers à fibre à contre- réaction répartie est détaillée. L'étude spectrale de l'injection de lasers à semi-conducteurs pour des puissances injectées usuelles (> -30 dBm) permet, par des cartographies, de ca- ractériser les régimes bistables, le régime de relaxation, et la synchronisation de chaos. Pour de faibles puissances injectées (< -30 dBm), nous montrons que le laser esclave est un amplificateur de qualité pour de faibles signaux cohérents, et observons l'attraction en fréquence de l'esclave injecté par le maître. L'injection statique des lasers à fibre permet d'observer une réponse dynamique dans le domaine temporel, liée à des phénomènes de relaxation. Nous proposons des méthodes de mesure, par injection optique, du facteur de Henry, de faibles largeurs spectrales, du taux d'émission spontanée du laser esclave.

This work deals with the study and the development of high-power Ytterbium-doped double-clad fiber lasers and amplifiers. The first chapter concerns the passive characterization of the fiber. We give the spectroscopic of Ytterbium ion in silicate host. Then, we present the experimental set-up and results from characterization. We present double-clad specific parameters like mode mixing. Lastly, we do a comparative study of the mains coupling technologies of the pump in the fiber. The second chapter concerns amplifiers. We develop a numerical model which achieves to characterize and optimize the amplifier with continuous pumping and continuous signal. Then we check the agreement between the model and the experimental results. We study the effects of intrinsic and extrinsic fiber parameters. We point out the Brillouin effects. At last, we give the parameters which achieves to optimize the amplifier in single stage and double stage configuration. The third chapter concerns lasers. First, we extend the model to the laser with homogeneous gain medium. Then we check the validity of the model in the case of a 1 W Fabry-Pérot laser. We present the multimode 1083 nm fiber laser for helium pumping. We study the effect of different parameters on the spectral envelop, and compare the results with the model. We analyze the dynamic of the laser. We give theoretical and experimental results on ring laser, and finish with a laser for pumping of a Raman resonator., Cette thèse présente les travaux effectués pour développer et optimiser des amplificateurs et lasers 1 µm de forte puissance à base de fibre double gaine dopée Ytterbium. Le premier chapitre traite de la caractérisation passive de la fibre. Nous donnons les caractéristiques spectroscopiques de l'ion Ytterbium dans une matrice de silice. Nous présentons ensuite les moyens et résultats de caractérisation des fibres utilisées. Nous discutons ensuite certaines spécificités associées aux fibres double gaine, comme le mélange de mode. Enfin, nous faisons l'étude comparative des principales techniques d'injection de la pompe. Le second chapitre traite des amplificateurs. Nous présentons le modèle numérique de l'amplificateur dans le cas d'un régime de pompage continu et d'amplification de signaux continus. Puis, nous donnons les résultats expérimentaux permettant de le valider. Nous étudions, ensuite, l'influence des paramètres intrinsèques et extrinsèques à la fibre. Nous mettons l'accent sur les effets limitatifs du Brillouin généré. Enfin, nous présentons les paramètres permettant d'optimiser le fonctionnement des amplificateurs dans une structure simple et double étage. Le troisième chapitre traite des lasers. Nous commençons par étendre le modèle développé au cas du laser à gain homogène. Nous validons, tout d'abord, le modèle avec les résultats issus d'un laser en cavité Fabry-Pérot de 1 W, puis, nous optimisons ses paramètres. Nous présentons, ensuite, le laser multimode à 1083 nm pour le pompage optique de l'hélium. Nous étudions l'effet de divers paramètres sur la largeur d'enveloppe mesurée, et confrontons les résultats au modèle numérique. Nous abordons l'étude des instabilités observées et l'analyse de leurs origines. Nous continuons par présenter les résultats théoriques et expérimentaux d'un laser en anneau. Enfin, nous étudions un laser pour le pompage d'un résonateur Raman.