G. Santarelli A. Aboucha, H. Jiang, D. Koné, J.L. Dournaux, P. Lemonde, A. Clairon

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1 Oscillateur LAser Stabilisé sur fibre optique à 1.55µm G. Santarelli A. Aboucha, H. Jiang, D. Koné, J.L. Dournaux, P. Lemonde, A. Clairon

2 Lasers stabilises: l état de l art Lasers stabilises: l état de l art Cavités optiques ultra stables Stabilité de fréquence s-10s Inconvénients: ultra vide optique espace libre encombrement (1m 3 ) poids ~100kg, fragile coût élevé peu tunable" Avantages: très performant faible sensibilité à la température(<10-8 / C) peu sensible aux vibrations (~10-10 /g ) LNE-SYRTE

3 Schéma de principe du laser stabilisé Schéma de principe du laser stabilisé Utiliser le délai comme discriminateur de fréquence L 2 /τ 2 L /τ for fiber Laser source Freq. control port L 1 /τ 1 Interferometer Servo Output T( f ) i2πτ 0 f (1 e ) = ~2πτ f<<1/τ [rad/hz] if 0 0 Facteur de qualité très élevé comparable à un cavité haute finesse Compromis bande de contrôle - sensibilité

4 Schéma de principe du laser stabilisé II Schéma de principe du laser stabilisé II Ajouter un décalage de fréquence Input a 1 arm1 AOM1 FM Output a 2 FM arm2 Michelson interferometer Décalage en fréquence (Modulateur Acousto Optique qq dizaines de MHz) Détection hétérodyne. Système complètement fibré avec des éléments commerciaux.

5 Un schéma un peu plus complet Un schéma un peu plus complet Output FM: Faraday Mirror Fiber Laser 1542 nm AOM 0 1 FM Michelson Interferometer Slow PZT VCO Fast PD 2f AOM1 50/50 d +τ ν laser dt 2 ( t) Optics part Electronics part AOM 1 f AOM1 FM PI Error signal 2f AOM1 + ν RF ( t ) tunable synthesizer ~ km de fibres dans un boite étanche (bons résultas aussi avec des fibres plus courtes, 300m& 500m) Interféromètre de Michelson insensible à la polarisation

6 Quelques photos Quelques photos 26cm très compact (~0.1m 3 ) robuste, simple économique très bas bruit de fréquence sensible à la température ~10-5 / C sensible aux vibrations ~1-3x10-9 /g Boite étanche AOM

7 Bruit de Fréquence Bruit de Fréquence Densité spectrale de bruit de fréquence [Hz 2 /Hz] 10 1 laser sur fibre laser sur cavité f [Hz] F. Kéfélian et al., "Ultralow-frequency-noise stabilization of a laser by locking to an optical fiber-delay line," Opt. Lett. 34, (2009).

8 Comparaison aux autres lasers sur fibre Comparaison aux autres lasers sur fibre Densité spectrale de bruit de frequ. [Hz 2 /Hz] 10 4 notre dispositif 10 3 Takashi 2008 Cranch Cliche f [Hz]

9 Stabilité de fréquence du laser sur fibre Stabilité de fréquence du laser sur fibre Stabilté rélative de fréquence Dérive de fréquence retranchée temps [s] Très bons résultas pour un système assez simple Application aux lien optiques fibres longe distance H. Jiang et al., "An agile laser with ultra-low frequency noise and high sweep linearity," Opt. Express 18, (2010)

10 Diode laser sur 300m de fibre (préliminaire) Diode laser sur 300m de fibre (préliminaire) 10 6 Frequency Noise PSD [Hz 2 /Hz] Fourier frequency [Hz]

11 Un laser "tunable" à haute linéarité Un laser "tunable" à haute linéarité v laser ( t) = θ RF ( t) 2πτ 0 = t 0 v RF τ ( t ) dt 0 relation fréquence laser/phase RF à la sortie de l interféromètre 10 1 Relative accuracy (ppm) 10 0 Chirp [MHz] Chirp rate [MHz/s] Residuals [Hz] contrôle numérique laser "agile" à très bas bruit linéarité de l ordre de 10-6 application "ranging " satellite cohérent time [s]

12 Le problème de la sensibilité aux vibrations Le problème de la sensibilité aux vibrations simulations aux éléments finis (JL Dournaux D. Koné Observatoire de Paris) collaboration avec le NIST objectif /g résultats actuels 7-8x10-10 /g sensibilité aux vibrations [ L/Lg -1 ] 2x x fréquence [Hz]

13 Conclusions & perspectives Nous avons la faisabilité d un laser stabilisé sur fibre optique avec des performances sensiblement égales à celles d un laser stabilisé sur cavité ultrastable Les lasers OLAS simples en mise en œuvre offrent une robustesse leur permettant d être déployés pour diverses applications. Problèmes: Fibres optiques très sensibles à la température Action en cours pour développer des fibres athermiques" soutien LNE (action d incitation 2009) Sensibilité aux vibrations Étude par simulation et mesure des la sensibilité aux vibrations action en cours