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2.c. Applications : lasers à solide et spectroscopie E. Giacobino, A.
Bramati, J.P. Hermier, V. Jost, F. Marin Les spectres des microlasers à néodyme en fonction du pompage ont été comparés avec des modèles quantiques. Le bruit des microlasers est bien représenté par un modèle à base d'atomes à deux niveaux. On constate que le spectre de bruit est dominé par l'oscillation de relaxation qui affecte profondément l'ensemble du domaine spectral observable et tend à masquer les effets favorables d'un faible bruit de pompe. En effet, ce n'est que pour des fréquences faibles devant celle du pic de relaxation que le modèle théorique prévoit, pour une pompe régulière, la réduction du bruit d'intensité au-dessous du bruit quantique standard [1]. En fait les niveaux de bruit d'intensité des faisceaux émis par les minicristaux restent trop élevés par rapport aux attentes du modèle théorique. Nous avons attribué cet écart à des phénomènes non linéaires dus à la présence de l'oscillation de relaxation : un modèle théorique prenant en compte des termes supplémentaires par rapport au modèle standard linéaire permet de calculer l'excès de bruit introduit par le pic de relaxation à basse fréquence [2]. Expérimentalement, pour améliorer les caractéristiques du bruit d'intensité du faisceau émis par le cristal Nd:YVO4, nous avons utilisé deux techniques : 1) Rétroaction électro-optique : une partie du faisceau laser émis par le cristal Nd:YVO4 est prélevée pour corriger le courant d'alimentation de la diode. L'originalité de notre boucle de rétroaction est qu'elle n'agit qu'à des fréquences proches de celles du pic d'oscillation de relaxation. En particulier, son gain à basse fréquence est négligeable. En utilisant cette boucle, on constate une réduction de la hauteur du pic d'oscillation de relaxation et, surtout, une réduction du bruit basse fréquence, ce qui confirme notre hypothèse sur l'origine non linéaire de l'excès de bruit à basse fréquence en régime libre : l'action de la boucle au niveau du pic suffit à réduire le bruit à basse fréquence [2]. 2) Injection optique
: une autre méthode très utilisée pour éliminer
le pic de l'oscillation de relaxation s'appuie sur l'injection
optique. Les analyses théoriques montrent en effet que,
pour le laser injecté, l'amortissement de l'oscillation
de relaxation est généralement beaucoup plus important.
De plus, cette technique ne dégrade pas les caractéristiques
du bruit à basse fréquence, qui reste lié
aux fluctuations de la pompe. Nos mesures ont confirmé
la suppression complète de l'oscillation de relaxation
. Spectroscopie : l'utilisation en spectroscopie de faisceaux lumineux comprimés améliore la sensibilité dans la détection de signaux d'absorption très faibles. Pour tester les possibilités ultimes de la méthode, nous avons réalisé une expérience de spectroscopie en modulation de fréquence dans le Césium. Grâce à la compression du bruit d'intensité, la sensibilité atteinte est légèrement meilleure que les meilleures valeurs publiées à ce jour, obtenues avec des lasers à colorant. Mais surtout, cette expérience montre que l'on peut transférer les méthodes maintenant usuelles de spectroscopie de haute sensibilité à des lasers à semi-conducteurs présentant un bruit inférieur au bruit quantique standard [3,4]. [1]- A. Bramati, J.-P. Hermier, V. Jost, E. Giacobino, J. J. Aubert, E. Molva, and L. Fulbert, "Effects of pump fluctuations on intensity noise of Nd:YVO4 microship lasers", Eur. Phys. J. D, 6, 513, 1999. [2]- A. Bramati, J.-P. Hermier, V. Jost, E. Giacobino, "Feedback control and intensity noise of Nd:YVO4 microship lasers",Phys. Rev. A., 62, 043806, 2000.[PRA] [3]- F. Marin, A. Bramati, V. Jost and E. Giacobino, "Demonstration of high sensitiivity spectroscopy with squeezed semi-conductor lasers", Optics Comm., 140, pp.146, 1997. [4] Bramati A., Jost V., Marin F., Hermier J.-P., Giacobino E., Laser Physics, 8, 1 (1998) : "Quantum Optics and Sub-Shot Noise Spectroscopy with Squeezed Semiconductor Lasers". |
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