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

COMPARISON OF FEEDING GAS STRATEGIES (CO-AND COUNTER-FLOW) IN A PEM FUEL CELL THROUGH A PSEUDO 2D DIPHASIC WATER MODEL

ABSTRACT The purpose of this study is to establish a simple model representing diphasic water flows in a single cell PEM fuel cell in order to improve fuel cell control. The pseudo-2D model describes the water transfers from one electrode to the other, all along the feeding gas channels. Both vapor and liquid water are considered. The location of first appearance of liquid water can be noticed. The influence of the feeding gas strategies (co-and counter-flow) on the water distribution in the cell are investigated. As a consequence, with the counter-flow feeding gas strategy, water is better distributed in the whole cell, but flooding of the electrode may occur. With a co-flow feeding gas strategy flooding risks are lower, but water distribution in the cell is less homogeneous and could result in a early deterioration of the membrane by drying. NOMENCLATUR

Etude thermique des cristaux lasers, Réalisation de lasers à fibres monocristallines

Solid-state laser systems are represented in more and more applications of laser light. The evolution of laser diode technology makes possible a significant increase of the output power of those systems. Nevertheless, this increase is mitigated by the poor toughness of the gain media of the lasers. For example, the usual bulk laser crystals are limited by powerful thermal effects. New laser architectures have been designed to bypass those issues, but still nowadays there is no system combining simplicity, high average power and high peak power. The work presented here is divided in two parts. The first goal is to study thermal effects in laser crystals, the second goal is to design a new laser media able to exceed the current power limitations. We designed a thermal characterization bench to measure both the thermal conductivity and the thermo-optical coefficient of laser materials, under pumping and laser conditions. Those measurements don't require any tabulated value coming from the literature. We present some practical applications of this characterization bench. In collaboration with the company Fibercryst, we evolved a new laser concept, the single-crystal-fiber laser. Those fibers combined the geometry of fiber lasers with the structural advantages of crystalline materials. We present the characterization of the single-crystal fibers grown by the micro-pulling-down technique, and their laser results. We show that those laser media are promising to realize laser systems combining high average power and high peak power.Les systèmes lasers solides s'imposent de plus en plus dans de nombreuses applications de la lumière laser. L'évolution rapide des diodes laser de pompe vers des systèmes de plus en plus puissants et compacts permet d'espérer une montée en puissance de ces systèmes. Néanmoins, cette montée en puissance est limitée par la résistance des milieux amplificateurs aux fortes puissances de pompe. Les cristaux massifs habituellement utilisés dans ces systèmes sont en particuliers limités par d'importants effets thermiques. De nouvelles architectures ont été développées pour tenter de résoudre cette difficulté, mais aucune ne permet aujourd'hui de combiner simplicité, forte puissance moyenne, et forte puissance crête. Les travaux que nous présentons sont répartis sur deux axes de recherche. Notre premier objectif est de mieux comprendre les effets thermiques dans les cristaux laser. Notre deuxième objectif est de mettre au point un nouveau milieu laser ayant le potentiel de dépasser les limites actuelles. Nous avons mis en place d'un banc de caractérisation thermique complet, permettant de caractériser de mesurer la conductivité thermique et le coefficient thermo-optique des matériaux laser, en condition d'utilisation, sans nécessiter de données extérieures issues de la bibliographie. Nous présentons quelques exemples d'utilisations pratiques de ce banc. En collaboration avec l'entreprise Lyonnaise Fibercryst, nous avons également développé un nouvel concept laser, le laser à fibre monocristalline, alliant les avantages de la géométrie des lasers à fibre en silice et les qualités intrinsèques des cristaux massifs. Nous présentons la caractérisation des fibres obtenues par croissance micro-pulling down, ainsi que leurs résultats laser. Nous montrons que ces milieux sont très prometteurs pour la réalisation de laser alliant forte puissance moyenne et forte puissance crête

Etude thermique des cristaux lasers

Les lasers solides pompés par diode s imposent de plus en plus dans de nombreuses applications de la lumière laser. L évolution rapide des diodes laser de pompe, de plus en plus efficaces et compactes, permet une montée en puissance de ces systèmes. Néanmoins, les cristaux massifs utilisés habituellement dans ces lasers sont limités par d importants effets thermiques. De nouvelles architectures ont été développées pour tenter de résoudre cette difficulté, mais aucune ne permet aujourd hui de combiner simplicité, bonne qualité spatiale, forte puissance moyenne, et forte puissance crête. Les travaux que nous présenterons sont divisés en deux axes de recherche. Le premier objectif a été de mieux comprendre les effets thermiques dans les cristaux laser, grâce à un banc de caractérisation associant un dispositif de cartographie thermique et un banc de mesure de lentille thermique. Nous exposerons quelques utilisations possibles de ce banc. Le deuxième objectif a été le développement d un nouveau concept laser basé sur les fibres monocristallines, en collaboration avec l entreprise Fibercryst. Ces cristaux de petit diamètre et de grande longueur concilient les avantages des fibres laser amorphes et des cristaux laser massifs. Nous présenterons la caractérisation des fibres monocristallines obtenues par la technique de croissance micro-pulling-down ainsi que leurs premiers résultats laser.Diode-pumped solid-state laser are represented in more and more applications of laser light. The evolution of laser diode technology results in a significant increase of the output power of those systems. Nevertheless, in usual bulk laser crystals, this increase is mitigated by powerful thermal effects. New laser architectures have been designed to bypass those issues, but still nowadays there is no system combining simplicity, good beam quality, high average power and high peak power. The work presented here is divided in two parts. The first part is dedicated to study thermal effects in laser crystals. We present a thermal characterization bench to measure both the thermal conductivity and the thermo-optical coefficient of laser materials, under pumping and laser conditions. We present some practical application of this characterization bench. The second part aims to design a new laser media able to exceed the current power limitations. In collaboration with the firm Fibercryst, we evolved a new laser concept, the single-crystal-fiber laser. Those fibers combine the geometry of fiber lasers with the structural advantages of crystalline materials. We present the characterization of the single-crystal fibers grown by the micro-pulling-down technique, and their first laser results.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Nd:YAG single-crystal fiber as high peak power amplifier of pulses below one nanosecond

International audienceWe explore the potential of Nd:YAG single-crystal fibers for the amplification of passively Q-switched microlasers operating below 1 ns. Different regimes are tested in single or double pass configurations. For high gain and high power amplification this novel gain medium provided average powers up to 20 W at high repetition rate (over 40 kHz) for a pulse duration of 1 ns. As an energy amplifier, Nd:YAG single-crystal fiber delivered 2.7 mJ, 6 MW 450 ps pulses at 1 kHz. The extraction efficiencies vary from 8% to 32.7% following the configurations

Estimation of the effective thermal conductivity of carbon felts used as PEMFC Gas Diffusion Layers

International audienc

Sources de chaleur dans les piles à combustible à membrane polymère (PEMFC)

International audienc