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Séance de cours

Systèmes de pompage optique: niveaux et amplification

Dans cours

EE-440: Photonic systems and technology

The physics of optical communication components and their applications to communication systems will be covered. The course is intended to present the operation principles of contemporary optical communication systems employing optical fibers and modern op ...

Description

Cette séance de cours couvre les schémas de pompage optique à 3 et 4 niveaux, en discutant du concept d'inversion de la population et des conditions requises pour y parvenir. L'instructeur explique le rôle des différents niveaux d'énergie dans le processus d'amplification et compare l'efficacité des systèmes laser à trois et quatre niveaux. Une attention particulière est accordée aux taux de décroissance rapide et aux exigences minimales de pompage pour chaque système, soulignant les avantages des systèmes à quatre niveaux pour atteindre une inversion de population avec des seuils de pompage inférieurs.

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Enseignant·e

Camille Sophie Brès

Prof. Camille-Sophie Brès est Professeur Associé dans l'Institut de Genie Electrique a l'EPFL. Ses recherches incluent les communications par fibre optique, et les effets paramétriques et nonlineaires dans fibre silice/non-silice pour le traitement ultra-rapide de signaux, résaux tout optique, sensing et source de lumière. Elle est auteur de plus de trente articles dans des revues arbitrées et a participé a de nombreuses conférences internationales. Elle a reçu le Gordon Wu Fellowship pour ses études de thèse, le NSF CIANs Diversity Postdoctoral Fellowship en 2009, le Early Career Woman in Photonic Award en 2016. 2019 - present: Professeur associé à l'Institut de Génie Electrique, EPFL2011 - 2018: Professeur assistant à l'Institut de Génie Electrique, EPFL 2010 - 2011: Assistant Project Scientist, University of California San Diego (UCSD) 2007 - 2010: Postdoc, University of California San Diego (UCSD) 2002 - 2007: Ph.D en Génie Electrique, Princeton University 1998 - 2002: B.Eng avec Honeur en Génie Electrique, McGill University

Source officielle

Concepts associés (19)

Inversion de population

vignette|Association Warungi. En physique, notamment en physique statistique, une inversion de population se produit lorsqu'un système (à trois niveaux d'énergie minimum) comme un groupe d'atomes ou molécules, se trouve dans un état dans lequel la majorité des éléments sont dans un état excité plutôt que dans leur état fondamental, i.e. : > . Le phénomène d’inversion de population est une étape nécessaire dans le fonctionnement d'un laser. Avoir une population plus élevée dans le niveau de plus haute énergie que dans le niveau n'est pas une situation d'équilibre.

Niveau d'énergie

Un niveau d'énergie est une quantité utilisée pour décrire les systèmes en mécanique quantique et par extension dans la physique en général, sachant que, s'il y a bien quantification de l'énergie, à un niveau d'énergie donné correspond un « état du système » donné ; à moins que le niveau d'énergie soit dit « dégénéré ». La notion de niveau d'énergie a été proposée en 1913 par le physicien danois Niels Bohr.

Pompage optique

La technique du « pompage optique », élaborée en 1950, valut à Alfred Kastler le prix Nobel de physique en 1966. Cette technique permet de modifier les états des atomes à l'aide d'une irradiation lumineuse polarisée. Les états atomiques se distinguent selon l'énergie emmagasinée par l'atome ; on les représente sur une échelle d'énergies, où les niveaux de faible énergie sont en bas de l'échelle, tandis que les niveaux de grande énergie sont en haut.

Amplificateur optique

En optique, on appelle amplificateur optique un dispositif qui amplifie un signal lumineux sans avoir besoin de le convertir d'abord en signal électrique avant de l'amplifier avec les techniques classiques de l'électronique. Un amplificateur à fibre dopée fonctionne à la manière d'un laser. Une portion de fibre optique est dopée et est pompée optiquement avec un laser afin de placer les ions de dopage dans un état excité.

Laser pumping

Laser pumping is the act of energy transfer from an external source into the gain medium of a laser. The energy is absorbed in the medium, producing excited states in its atoms. When the number of particles in one excited state exceeds the number of particles in the ground state or a less-excited state, population inversion is achieved. In this condition, the mechanism of stimulated emission can take place and the medium can act as a laser or an optical amplifier. The pump power must be higher than the lasing threshold of the laser.

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