Etudes théorique et expérimentale de la rétroinjection optique sur lasers à solide

The main objective of this PhD thesis was to implement solid-state lasers based on codoped Yb3+:Er3+ phosphate glasses pumped by laser diode and to study their behavior when submitted to an optical feedback. This kind of lasers presents as main advantages a very high sensibility to the optical feedback due to the optical properties of the Er3+ ion enhancing the relaxation oscillations. Moreover, the emission wavelength around 1,535 µm belongs to the eye safe spectral domain. First, we have established the rate equations of the population inversion and the electric field for a three-level laser (Yb:Er) submitted to an optical feedback. We have done a comparative study of the influence of the amplifying medium (three-level system Yb:Er or four-level system LNA:Nd) and cavity parameters on the sensitivity due to the optical feedback. The home-made lasers were implemented in optical feedback experiments allowing original measurement of speed, absolute distance or vibration for optical detection of sound restitution. The fourth part of this thesis deals with the behavior a dual frequency laser submitted to a optical feedback. Such a laser oscillates simultaneously on two polarization eigenstates whose optical frequencies are slightly differents. The beating mode between these two eigenstates allows self-heterodyne detection.Le principal objectif de cette thèse a été de mettre en œuvre des lasers solide à base de verre phosphate codopé Yb3+:Er3+ pompés par diode afin d'étudier leur comportement lorsqu'ils sont soumis à une rétroinjection optique. Ces lasers présentent comme principaux avantages par rapport à d'autres sources une très grande sensibilité à la rétroinjection compte tenu des propriétés de l'ion Er3+ favorisant les oscillations de relaxation du laser. D'autre part, la longueur d'onde d'émission 1,535 µm appartient au domaine de sécurité oculaire. En premier lieu, nous avons établi les équations d'évolution temporelle de l'inversion de population et du champ électrique d'un laser à 3 niveaux (Yb:Er) soumis à un retour optique décalé en fréquence. Nous avons ensuite réalisé une étude comparative de l'influence du milieu à gain (système à 3 niveaux Yb:Er ou à 4 niveaux LNA:Nd) et des paramètres de cavité sur la sensibilité à la rétroinjection optique. Les lasers réalisés ont été ensuite mis en œuvre dans divers expériences de rétroinjection optique permettant des mesures originales de vitesse, de distance ou de vibration pour la restitution d'un son. La quatrième partie de ce mémoire est consacrée à la mise en œuvre d'un laser bi-fréquence. Un tel laser oscille simultanément sur deux états propres de polarisation orthogonaux dont les fréquences optiques sont légèrement décalées. On peut alors utiliser le battement entre ces deux états propres en rétroinjection optique pour réaliser une détection hétérodyne ou self-hétérodyne