Conception de laser et capteur distribué de température par cascade d'ondes Stokes Brillouin stimulées

La diffusion Brillouin fut prédite au début des années vingt par Léon Brillouin. Cette dernière décrit le comportement émanant de l'interaction lumière matière où une partie de l'énergie de la lumière est transférée au matériau sous la forme d'une onde acoustique thermique (phonon). Cet effet non linéaire d'ordre 3 est l'un des plus faciles à générer dans les fibres optiques où à saturation, la majorité de la puissance incidente est transférée vers l'onde Stokes rétrodiffusée, ce qui par le fait même limite la puissance de transmission maximale pouvant être envoyée. Vue initialement comme un problème majeur pour le réseau de télécommunication mondial, de nos jours, la diffusion Brillouin, ainsi que son homologue stimulé (SBS), sont employées dans une foule d'applications. Entre autres, la SBS sert de source laser monomode à faible largeur spectrale ou encore comme laser multicanal par un effet en cascade des ondes Stokes, comme amplificateur optique et filtre radiofréquence, ainsi que comme capteur distribué de température ou contraintes et bien plus encore. Le sujet de cette thèse porte sur la conception, la fabrication, la modélisation ainsi que l'utilisation de lasers Brillouin multi-Stokes (MWBEFL) et se divise en deux sections. Dans la première section, une analyse complète appuyée par une modélisation mathématique décrit le comportement fréquentiel et principalement temporel des lasers MWBEFL. Bien que ce type de génération en cascade existe depuis deux décennies et de nombreuses configurations aient été proposées par le passé, une analyse temporelle exhaustive est manquante dans la littérature, ce qui est par ailleurs présenté à l'article 1. La grande conclusion de cet article 1 est que bien qu'attrayant tant comme source WDM ou comme horloge optique pour les télécommunications, les lasers MWBEFLs à longue cavité sont loin d'être simple à opérer de façon stable temporellement. Ceci est dû à la trop grande présence de modes de cavité sous chaque onde Stokes influençant aléatoirement le transfert d'énergie, la fréquence centrale des ondes Stokes ainsi que leur phase relative. La compétition de modes, les sauts de modes ainsi que l'opération multimode et les fluctuations thermiques sont toutes responsables de l'instabilité temporelle de ce type de laser. Des pistes de solutions employant un MWBEFL à courte cavité n'allouant qu'un seul mode de cavité par onde Stokes est proposé en conclusion de cette section. Lors des articles 2 et 3 présentés dans le cadre de cette thèse et composant la seconde section du travail, une attention est portée à l'intégration des sources MWBEFLs comme senseur de température.