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Présentation

L’excitation de modes transverses d’ordre supérieur dans les cavités lasers est étudiée depuis longtemps, car certains modes ont des caractéristiques très intéressantes. A titre d’exemple, les modes Laguerre-Gauss de type « vortex » transportent du moment cinétique orbital ; les faisceaux de Bessel et d’Airy « résistent » en quelque sorte à la diffraction, et présentent un intérêt pour l’imagerie et la manipulation optique de micro et nanoparticules. Nous étudions comment des profiles transverses structurés émergent du couplage entre la distribution spatiale du gain laser et les conditions au bord imposées par le résonateur.

Dégénérescence partielle et excitation de modes d’ordre supérieur

Il a été suggéré qu’il est possible d’exciter des modes Laguerre-Gauss ou Ince-Gauss d’ordre supérieur dans une cavité plan-concave pompée optiquement, en positionnant de façon opportune le point de focalisation du laser de pompe dans le plan transverse et en ajustant convenablement sa taille. Nous avons montré théoriquement, sur la base d’un intégral de recouvrement entre le gain et le profil modal, que l’excitation de modes d’ordre supérieur avec des lignes nodales circulaires ou elliptiques n’est possible qu’en présence d’une dégénérescence partielle de la cavité. Dans ce cas, on obtient en général une superposition de modes d’ordre différent, donnant lieu à un profil transverse qui n’est pas invariant au cours de la propagation.

Fig.1 (a) Mode quasi-Laguerre-Gauss. (b) Mode quasi-Ince-Gauss. NF : near field. FF : far field. Les expériences sont comparées à des simulations de type Fox-Li (FL).

Ondes et rayons : les modes géométriques

Les effets de dégénérescence partielle se manifestent aussi de manière spectaculaire dans les modes dits « géométriques », dont certaines propriétés peuvent être comprises en termes de l’optique des rayons.

Fig.2 Observation expérimentale et simulation Fox-Li d’un mode géométrique W, obtenu par pompage hors-axe d’une cavité plano-concave dégénérée d’ordre 4 (L = Rc/2) .

Financements

Personnels de recherche impliqués

  • BRUNEL Marc

    BRUNEL Marc

    02 23 23 55 73 Professeur des universités

Pour en savoir plus

  • Nicolas Barré, Marco Romanelli, Marc Brunel. Role of cavity degeneracy for high-order mode excitation in end-pumped solid-state lasers. Optics Letters, 2014, 39 (4), pp.1022-1025. ⟨10.1364/OL.39.001022⟩. ⟨hal-00947789⟩
  • Nicolas Barré, Marco Romanelli, M Lebental, Marc Brunel. Waves and rays in plano-concave laser cavities, part I. Geometric modes in the paraxial approximation. European Journal of Physics, 2017, 38 (3), pp.034010. ⟨10.1088/1361-6404/aa6461⟩. ⟨hal-01529983⟩
  • A. Pascal, S. Bittner, B. Dietz, A. Trabattoni, C. Ulysse, et al.. Waves and rays in plano-concave laser cavities: II. A semiclassical approach. European Journal of Physics, 2017, 38 (3), pp.034011. ⟨10.1088/1361-6404/aa609d⟩. ⟨hal-01517504⟩
Effets transverses dans les lasers
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