Amplificateurs laser à cristaux massifs pompés par diode (fibres cristallines Yb)

Un grand nombre d applications réclament des sources laser en régime impulsionnel toujours plus puissantes et énergétiques. Les progrès continus des technologies laser permettent non seulement d améliorer les performances de l outil laser mais aussi d ouvrir la voie à de nouvelles applications. Cependant, l'augmentation de la puissance des sources laser est aussi accompagnée par une complexification des systèmes. Cette thèse porte sur l étude d amplificateurs laser de puissances qui se distinguent par la simplicité de leurs architectures : avec un ou deux passages dans le milieu laser. Dans la première partie, nous étudions le potentiel de la fibre cristalline Yb: YAG pompée par diode en tant qu amplificateur. Les effets de confinement de l intensité de pompe au centre de la fibre cristalline par guidage sont étudies théoriquement et expérimentalement. Deux expériences démontrent ensuite l intérêt de la fibre cristalline Yb:YAG en tant qu amplificateur de puissance de sources laser à fibres, l une en régime femtoseconde et l autre avec un laser mono-fréquence. Par ailleurs, nous explorons le potentiel de notre concept en régime de forte puissance. Une puissance de 250 W en oscillateur et une extraction de 100 W en amplificateur ont été obtenues avec une diode de pompe de 600 W. La deuxième partie traite de l étude d amplificateurs à base de cristaux de Nd:YVO4. Le dimensionnement de notre système est réalisé en s appuyant sur une étude des propriétés du Nd:YVO4. L amplificateur ainsi obtenu affiche des performances inédites qui se caractérisent par un très fort gain optique (40-60 dB) couplé à une forte extraction de puissance moyenne (10 à 15 W).A wide range of scientific and industrial applications require pulsed laser sources delivering increasing amount of powers and pulse energies. Continuous progresses in the field of laser technology do not only bring significant process efficiency improvements but also allow developing new applications. However, the complexity of laser sources has significantly increased over the years together with their performance. In contrast, this work focuses on power amplifier architectures which are particularly simple (with one or two passes). In the first part, we study the potential of Yb:YAG single crystal fibers. Pump intensity confinement by the pump beam guiding is studied in details both theoretically and experimentally. Two experiments demonstrate the interest of Yb:YAG single crystal fibers as a power amplifier for fiber based laser sources, one in femtosecond regime and the other one with a single frequency laser. Furthermore, the potential of our architecture is also explored in high power regime. An output power of 250 W for the oscillator and 100 W power extraction with the amplifier were obtained with a 600 W pump diode. The second part describes the study of laser amplifiers using longitudinally pumped Nd:YVO4 bulk crystals. We study the effect of temperature increase in the laser crystal and evaluate the influence of the doping concentration and excited state population on the heat load. Guided by the conclusion of our study, we design a high gain amplifier characterized by very high optical gain (40-60 dB) coupled to a high average power extraction (10 to 15 W)PARIS11-Inst. Optique (914712302) / SudocSudocFranceF

Nonlinear properties of RTP for second harmonic generation at 1030nm (orale)

International audienceWe demonstrate that around 1030 nm, RbTiOPO4 (RTP) realizes the second harmonic generation of Yb-doped lasers in non-critically phase-matched configuration at ambient temperature, with efficiencies comparable to LBO and wide thermal acceptanc

Thermal behaviour of ytterbium-doped fluorite crystals under high power pumping

International audienceWe report an in situ thermal study of Yb-doped fluorite crystals Yb:CaF2 and Yb:SrF2 under high power pumping, with or without laser operation. The experiment combines simultaneously thermography and measurement of the thermal aberrations. This setup allows us to measure temperature gradients, thermal lens, and absorption coefficients. From these measurements, we evaluate the thermal conductivity, fractional thermal load, and thermo-optic coefficient. Great differences are observed between the lasing and non lasing regimes. Our measured thermal lenses are greater than what are expected from the thermo-optic parameters found in previous work. Based on this thermal study, we design a laser cavity operating with large output power and TEM00, leading to better performances for Yb:CaF2 than Yb:SrF2

High-power diode-pumped cryogenically cooled Yb:CaF2 laser with extremely low quantum defect

International audienceHigh-power diode-pumped laser operation at 992-993nm under a pumping wavelength of 981 of 986nm is demonstrated with Yb:CaF2 operating at cryogenic temperature (77K), leading to extremely low quantum defects of 1.2% and 0.7%, respectively. An average output power of 33Whas been produced with an optical efficiency of 35%. This represents, to the best of our knowledge, the best laser performance ever obtained at such low quantum defects on intense laser lines

Picosecond laser source at 1 MHz with continuous tunability in the visible red band

We report the first demonstration to our knowledge of a continuously tunable picosecond laser operating around 1 MHz. The emission can be tuned from 640 to 685 nm and the repetition rate from 200 kHz to 1 MHz with a pulse duration of less than 200 ps. The system is based on a Nd:YVO4 passively Q-switched microchip laser providing a few tens of nJ per pulse. Two cascaded stages of amplification are then used to increase the pulse energy to several microJ . The frequency doubled radiation is then used to pump a periodically-poled-niobate-lithium (PPLN)-based optical parametric generator in an all-solid-state architecture. 20 nJ of tunable signal radiation are obtained. We also demonstrated 300-ps pulses generation in the UV (355 nm) at 1 MHz

Passively Q-switched diode-pumped Cr4+:YAG/Nd3+:GdVO4 monolithic microchip laser

the realization of high repetition rate passively Q-switched monolithic microlaser is a challenge since a decade. To achieve this goal, we report here on the first passively Q-switched diode-pumped microchip laser based on the association of a Nd:GdVO4 crystal and a Cr4+:YAG saturable absorber. The monolithic design consists of 1 mm long 1% doped Nd:GdVO4 optically contacted on a 0.4 mm long Cr4+:YAG leading to a plano-plano cavity. A repetition rate as high as 85 kHz is achieved. The average output power is approximately 400 mW for 2.2 W of absorbed pump power and the pulse length is 1.1 ns

Développement de nouvelles sources laser accordables dans l'infrarouge proche autour du cristal de lisaf dope avec l'ion cr#3#+

Le sujet de ce mémoire concerne l'étude de systèmes laser utilisant un cristal de cr#3#+:lisaf comme milieu amplificateur. Ce cristal, découvert en 1989, possède une bande d'absorption, entre 600 et 700 nm, qui encadre la longueur d'onde d'émission des diodes laser rouges en gaalinp (670 nm) et une large bande d'émission dans l'infrarouge proche, entre 800 et 1000 nm. C'est l'un des meilleurs candidats a la realisation de lasers solides accordables pompes par diodes. En prevision de la commercialisation des premieres diodes laser rouges de puissance, nous avons tout d'abord utilise comme source de pompage un laser a krypton ionise emettant a 647 nm et 676 nm. Ce laser nous a permis de tester le cristal de cr#3#+:lisaf dans differentes configurations de fonctionnement. D'une part, en regime continu, nous avons obtenu des performances comparables a celles des lasers a saphir dope au titane; la seule grande difference se situant au niveau des problemes thermiques, beaucoup plus importants dans le cr#3#+:lisaf. D'autre part, en regime impulsionnel, nos systemes laser prouvent que le cr#3#+:lisaf est bien adapte a la production d'impulsions de quelques microjoules, accordables, a un taux de repetition eleve, sur une gamme temporelle s'etalant de la nanoseconde a la femtoseconde. Nous avons, ensuite, defini et realise un laser cr#3#+:lisaf pompe par une diode laser de 500 mw fonctionnant en regime quasi continu. Aujourd'hui (janvier 1994), ce laser est le plus puissant des lasers cr#3#+:lisaf pompes par diode laser rouge mentionnes dans la litterature. Nous avons repris, par la suite, les memes composants optiques pour realiser l'un des premiers lasers cr#3#+:lisaf a modes bloques, pompes par diode, delivrant des impulsions picosecondes accordables sur plus de 70 n

Lasers sources : challenges for the next decade

International audienc

Développement de nouvelles sources laser accordables dans l'infrarouge proche autour du cristal de lisaf dope avec l'ion cr#3#+

Le sujet de ce mémoire concerne l'étude de systèmes laser utilisant un cristal de cr#3#+:lisaf comme milieu amplificateur. Ce cristal, découvert en 1989, possède une bande d'absorption, entre 600 et 700 nm, qui encadre la longueur d'onde d'émission des diodes laser rouges en gaalinp (670 nm) et une large bande d'émission dans l'infrarouge proche, entre 800 et 1000 nm. C'est l'un des meilleurs candidats a la realisation de lasers solides accordables pompes par diodes. En prevision de la commercialisation des premieres diodes laser rouges de puissance, nous avons tout d'abord utilise comme source de pompage un laser a krypton ionise emettant a 647 nm et 676 nm. Ce laser nous a permis de tester le cristal de cr#3#+:lisaf dans differentes configurations de fonctionnement. D'une part, en regime continu, nous avons obtenu des performances comparables a celles des lasers a saphir dope au titane; la seule grande difference se situant au niveau des problemes thermiques, beaucoup plus importants dans le cr#3#+:lisaf. D'autre part, en regime impulsionnel, nos systemes laser prouvent que le cr#3#+:lisaf est bien adapte a la production d'impulsions de quelques microjoules, accordables, a un taux de repetition eleve, sur une gamme temporelle s'etalant de la nanoseconde a la femtoseconde. Nous avons, ensuite, defini et realise un laser cr#3#+:lisaf pompe par une diode laser de 500 mw fonctionnant en regime quasi continu. Aujourd'hui (janvier 1994), ce laser est le plus puissant des lasers cr#3#+:lisaf pompes par diode laser rouge mentionnes dans la litterature. Nous avons repris, par la suite, les memes composants optiques pour realiser l'un des premiers lasers cr#3#+:lisaf a modes bloques, pompes par diode, delivrant des impulsions picosecondes accordables sur plus de 70 n