LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux (MMT)

L’équipe Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux développe des expériences de spectroscopie moléculaire à ultra-haute résolution dans l’infrarouge et de métrologie des fréquences optiques.

Ses projets de recherche sont regroupés autour des axes suivants :

 

Peigne de fréquences compact

Vincent Roncin (MCF HDR), Frédéric Du-Burck (PR Emérite), Mamadou Faye (doctorant), Yacine Chelouah (Ingénieur de recherche CDD)


Le projet Peignes de fréquences compacts a pour objectif d'explorer les potentialités des lasers auto-impulsionnels à semi-conducteurs pour la réalisation de systèmes compacts dans le domaine de la métrologie des fréquences. On s’intéresse plus particulièrement à des structures Fabry-Perot monosection à « quantum-dash » ou à « quantum well » qui, lorsqu’elles sont alimentées par un courant continu, émettent spontanément un peigne de fréquences résultant du verrouillage passif des modes. Le mécanisme de verrouillage repose sur les processus de mélange à quatre ondes et d’injection intermodale. Le peigne est généré dans la région des 1,5 µm et s’étend sur une dizaine de nanomètre avec un taux de répétition de quelques dizaines de gigahertz. Les largeurs des modes optiques sont de quelques MHz, alors que la largeur du battement de tous les modes n’est que de quelques centaines de Hz, témoignant ainsi de l’efficacité du processus de verrouillage.


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La maturité et les performances de ces composants développés initialement pour les télécommunications optiques à 1,5 µm les rendent attractifs pour la réalisation de systèmes transportables. Pour les applications en métrologie des fréquences (horloges, synchronisation) ou en spectroscopie, il est nécessaire de leur transférer la stabilité d’une référence de fréquence. La fréquence ν_n d’un mode du peigne étant donnée par

νn0+(n-n0 ) Frep'


on doit stabiliser les deux degrés de liberté du peigne que sont sa fréquence de répétition Frep et la fréquence optique ν0 d’un mode pris comme référence. A cette fin, nous avons choisi de stabiliser le mode de référence par l’injection optique d’une référence de fréquence ultra-stable et la fréquence de répétition par l’injection électrique d’une source RF. Nous étudions aussi une alternative originale d’« auto-injection » électrique dans laquelle le battement à Frep est réinjecté sur l’entrée électrique du peigne.


Sur le plan fondamental, ce travail permet d’étudier l’origine et le couplage des bruits fondamentaux et techniques ainsi que les processus de verrouillage optique et électrique.


Sur le plan instrumental, ce travail a donné lieu au développement d’une référence de fréquence fondée sur la détection d’une transition de l’acétylène en cellule de stabilitédans la gamme des 10-13 et d’un dispositif de transfert de stabilité vers des sources accordables dans la bande C des télécommunications optiques au niveau de 10-15. Plusieurs collaborations avec des partenaires académiques et industriels sont initiées portant aussi bien sur le développement des sources, le packaging (stabilisation thermique), les dispositifs de stabilisation des lasers (références moléculaires), le transfert de stabilité en fréquence (cavité en anneau à fibre, résonateurs fibrés à réseaux de Bragg) et l’intégration sur plateformes photoniques (PIC).

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Contacts
Vincent Roncin
Frédéric Du-Burck



Thèses
Amine Chaouche Ramdane
Développements expérimentaux pour la caractérisation et la stabilisation de sources laser auto-impulsionnelles à semi-conducteurs pour des applications en métrologie des fréquences Thèse de doctorat de l’université Paris 13 (14 décembre 2018 )


Karim Manamanni
Référence de fréquence à 1.5 µm et transfert de stabilité pour l’étude de l’injection optique d’un laser à semi-conducteur Thèse de doctorat de l’université Université Paris XIII –Sorbonne Paris Nord (17 décembre 2021)


Tatiana Steshchenko
Étude de la stabilisation des peignes de fréquences auto-impulsionnels à semi-conducteurs Thèse de doctorat de l’université Université Paris XIII –Sorbonne Paris Nord (23 janvier 2024)



Références

  1. V. Roncin, F. Du-Burck, J. Hrabina, Stability improvement of a fiber-based frequency reference at 1.5 µm by using an original detection technique for interference cancellation, CLEO/Europe-EQUEC 2023, Munich, France, 26-30 June (2023).

  2. T. Steshchenko, V. Roncin, F. Du-Burck, Étude du transfert de bruit dans les peignes de fréquence à semi-conducteurs, Journée Club Optique et Micro-ondes 2023 (JCOM 2023), Online, 19 juin 2023.

  3. T. Steshchenko, V. Roncin, F. Du-Burck, Study of noise transfer in semiconductor frequency combs, CLEO/Europe-EQUEC 2023, Munich, France, 26-30 June (2023).

  4. T. Steshchenko, K. Manamanni, H. Mouhamad, V. Roncin, F. Du-Burck, Limitations of the frequency stability transfer in the near infrared using a fiber-based ring cavity, Optics Letters, 47(21), 5465-5468 (2022).

  5. F. Du-Burck, K. Manamanni, T. Steshchenko, A. Chaouche Ramdane, V. Roncin, Effects of polarization modulation induced by electro-optic modulators in fiber-based setups, Photonic Technology Letters, 34(3), 185-188, (2022).

  6. K. Manamanni, T. Steshchenko, F. Wiotte, A. Chaouche Ramdane, M.-O. Sahni, V. Roncin, F. Du-Burck, Frequency Stability Transfer in Passive Mode-Locked Quantum-dash Laser Diode using Optical Injection Locking, IEEE Journal of Quantum Electronics 58(4), 1-9 (2022).

  7.  K. Manamanni, T. Steshchenko, F. Wiotte, R. Le Targat, M. Abgrall, O. Lopez, E. Cantin, P.-E. Pottie, A. Amy-Klein, V. Roncin, F. Du-Burck, Limitations due to residual interference in a fiber-based optical frequency reference at 1.55 µm, Journal of Optical Society of America B 39(2), 438-443 (2022).

  8. T. Steshchenko, K. Manamanni, F. Du-Burck, V. Roncin, Cavité en anneau à fibre pour le transfert de stabilité, Journées Nationales d’Optique Guidée (JNOG 2022 – Optique Nice 2022), Nice, France (5-9 juillet 2022).

  9. G. Perin, D. Mammez, A. Congar, P. Besnard, K. Manamanni, V. Roncin, F. Du Burck, S. Trebaol, Low frequency noise blue external cavity diode laser, Proceedings Volume 12141, Semiconductor Lasers and Laser Dynamics X, 121410D, SPIE Photonics Europe, 2022, Strasbourg, France (5-7 avril 2022).

  10. G. Perin, D. Mammez, A. Congar, P. Besnard, K. Manamanni, V. Roncin, F. Du-Burck, S. Trebaol, Compact fiber-ring resonator for blue external cavity diode laser stabilization, Optics Express 29 (23), 37200-37209 (2021).

  11. T. Steshchenko, K. Manamanni, M. Sahni, A. Chaouche-Ramdane, V. Roncin, F. Du-Burck Limitations in the frequency stability transfer at 1.5 µm using optical fiber components, 2021 Joint Conference on European Time and Frequency Forum and the IEEE International Frequency Control Symposium (EFTF-IFCF 2021), Virtual, 7-17 juillet (2021).

  12. K. Manamanni, T. Steshchenko, V. Roncin et F. Du-Burck, Stability frequency transfer demonstration at 10-13 level of a semiconductor-based Frequency Comb via electrical and optical injection locking, Conference on Laser and Electro-Optics / European Quantum Electronics Conference (CLEO/EQEQ 2021), 20-24 juin, Virtual (2021).

  13. P. Grüning, A. Chaouche Ramdane, K. Manamanni, T. Aoudjit, V. Roncin, F. Du-Burck, All-Fiber Ring-Cavity for Frequency Stability Transfer at 1.55 µm, Applied Optics 58(6), 1502-1507 (2019).

  14. A. Chaouche Ramdane, K. Manamanni, V. Roncin, F. Du-Burck, Transfert de stabilité vers un peigne de fréquences à semi-conducteur au moyen d’une cavité à fibre, 25ème congrès général de la Société Française de Physique, Nantes, France (8-12 juillet 2019).

  15. K. Manamanni, V. Roncin, M. Sahni, F. Du-Burck, Effect of polarization modulation on the stability of a 1.5 µm laser locked to a fibre cavity, Conference on lasers and electro-optics (CLEO/Europe 2019), Munich, Allemagne (24-28 juin 2019).

  16. K. Manamanni, V. Roncin, M. Sahni, F. Du-Burck, Development of a Fibre-Based Acetylene Optical Frequency Standard at 1.54 μm, Conference on lasers and electro-optics (CLEO/Europe 2019), Munich, Allemagne (24-28 juin 2019).

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