Cadences laser et peignes de fréquence à la demande par dualité espace-temps – FROST

Le projet FROST (Cadences laser et peignes de fréquence à la demande par dualité espace-temps) est porté par un consortium international, regroupant trois laboratoires de recherche académique,le LIPhy à Grenoble, l’EMT-INRS à Montréal, le COPL à Québec, ainsi qu'un partenaire industriel canadien, Genia Photonics. L'objectif de FROST est d'appliquer le concept de dualité espace-temps en optique, afin de mettre au point des sources laser fibrées de cadence (ou taux de répétition) ajustable et des peignes de fréquence à la demande, pour des applications prospectives en télécommunications, traitement de l’information et métrologie des fréquences. Notre objectif est de résoudre une limitation importante des lasers à modes bloqués usuels pour lesquels le taux de répétition et l’intervalle du peigne de fréquences correspondant dans le domaine spectral, sont liés à la longueur de la cavité et limités en général à la centaine de MHz. Ceci exclut leur utilisation pour un grand nombre d’applications qui requièrent de forts taux de répétition : télécommunications, génération THz, acoustique ps. De la même façon dans le domaine spectral, le peigne de fréquence associé est généralement trop dense pour de nombreuses utilisations telles que la calibration de spectromètres et la génération programmable de signaux RF ou optiques.
La réalisation de cavités laser plus courtes pourrait permettre d’augmenter le taux de répétition et l’intervalle du peigne de fréquences, mais elle se heurte cependant à un certain nombre de difficultés technologiques. Par ailleurs, les techniques de multiplication du taux de répétition usuelles, telles que le filtrage spectral ou le blocage des modes harmoniques, présentent un certain nombre d’inconvénients en termes de puissance de sortie et de bruit de phase. Afin de surmonter ces effets, nous proposons d’exploiter de nouveaux aspects de l’effet Talbot dans le domaine temporel et spectral en utilisant le concept de dualité espace-temps en optique.
Dans un premier temps, nous proposons de mettre au point des sources laser fibrées à 1550 nm ayant des taux de répétition ajustables entre quelques dizaines de MHz jusqu’au THz, à partir de deux approches complémentaires. La première (Laser "INRS/Laval») consiste à multiplier/diviser le taux de répétition d’un laser à modes bloqués par propagation dans un réseau de Bragg chirpé et par une modulation temporelle de la phase. En parallèle, une seconde architecture sera développée au LIPhy, qui repose sur la génération directe de taux de répétition ajustables par effet Talbot temporel dans un laser à décalage de fréquence intra-cavité injecté par un laser continu (« laser LIPhy, ou laser Talbot »). Ces sources laser inédites doivent permettre d’obtenir des spécifications sans précédent en termes de flexibilité du taux de répétition et de bruit de phase et devraient trouver des applications dans le domaine des télécommunications, en particulier pour l’échantillonnage opto-électronique à 1550 nm. Nous proposons aussi de démontrer la possibilité d’ajuster l’intervalle du peigne de fréquence en utilisant un concept de lentille temporelle, pour générer des peignes de fréquences d’intervalles compris entre quelques dizaines de MHz jusqu’à 50 GHz, et ce sans perte d’énergie. Cette possibilité ouvre de vastes perspectives pour la synthèse de signaux RF ou optique. Plus particulièrement nous proposons d’étudier les possibilités de ces peignes de fréquence pour la spectroscopie de haute précision en asservissant ce peigne à grand intervalle, à un peigne auto-référencé commercial.