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Des « ondes scélérates optiques » dans un laser à fibre

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Publié le lundi 20 août 2012 15:40

Des physiciens ont recréé dans la cavité d’un laser à fibre optique les conditions de formation d’ondes scélérates par collision d’impulsions de faible amplitude.

Les vagues scélérates sont des vagues de très grande hauteur, parfois plus de 30 mètres, dont l’apparition est bien plus fréquente que ce que l’on peut extrapoler de l’étude statistique des vagues de faible amplitude. Ces vagues accumulent de l’énergie à partir d’ondes de plus faible amplitude et seul le couplage avec une source d’énergie persistante permet d’atteindre des niveaux d’amplitude record. Des physiciens du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB – Univ. Dijon / CNRS), en collaboration avec des scientifiques de Madrid (CSIC) et Canberra (ANU) viennent de réaliser une simulation de ce phénomène dans un laser à fibre optique (article Dissipative roguewaves generated by chaotic pulse bunching in a mode-locked laser, par C. Lecaplain, Ph. Grelu, J. M. Soto-Crespo, et N. Akhmediev : Phys. Rev. Lett., 108, 233901). Cette expérience permet d’analyser quantitativement la statistique d’apparition de ces évènements extrêmes et confirme l’importance des interactions entre impulsions dans la phase condensée à multisolitons.

Dans un laser à fibre optique en silice, les impulsions lumineuses, canalisées dans le cœur de la fibre optique interagissent entre elles par l’intermédiaire des propriétés non linéaires de la silice ainsi que de celles du milieu de gain laser. Alors qu’une impulsion lumineuse met une soixantaine de nanosecondes pour faire le tour complet de la cavité en anneau longue de 12 mètres, l’interaction entre impulsions lumineuses regroupe plusieurs dizaines d’impulsions dans un même paquet dont la durée est de l’ordre de la nanoseconde. Dans cette phase « condensée » d’impulsions, les impulsions se meuvent de manière chaotique, favorisant des collisions qui produisent des « flashes » de lumière intenses et éphémères. La lumière sortant du laser chaque fois que le paquet d’impulsion rencontre le coupleur de sortie du laser permet de suivre « en direct » la formation et la disparition de ces impulsions scélérates. L’occurrence de ces ondes d’intensité exceptionnelle est nettement supérieure à celle prévue par une distribution statistique gaussienne et leur confère bien la qualité d’onde scélérate optique.