Lasers femtoseconde de forte puissance moyenne à base de cristaux dopés à l'ytterbium

Ce travail de thèse concerne le développement de sources femtoseconde de forte puissance moyenne ou de forte énergie avec des matériaux pompés par diodes laser, dopés à l ytterbium. Plus particulièrement au cours de cette thèse deux types de matrices ont été utilisés, le CALGO (CaGdAlO4) et les fluorures, possédant le potentiel de générer des impulsions courtes (100aine de femtoseconde). Les caractéristiques spectroscopiques et thermiques du CALGO dopés à l ytterbium permettent d envisager le développement d oscillateur femtoseconde court de forte puissance moyenne. Dans ce contexte, la technologie des disques minces permet d obtenir avec d autres matrices, des résultats très intéressants. C est pourquoi durant cette thèse le choix de maitriser cette nouvelle technologie, avec l utilisation de ce cristal, a été fait. Dans ce cadre, des résultats très prometteurs ont été obtenus. L oscillateur femtoseconde Yb :CALGO de plus forte puissance moyenne a en effet été développé (28 W), pour une énergie non négligeable, supérieure au J et une durée d impulsions de 300 fs. Des améliorations sont à prévoir avec l utilisation de nouveaux cristaux plus dopés et plus fins, mais d hors et déjà les résultats obtenus sont au niveau de l état de l art des oscillateurs femtoseconde de forte puissance moyenne.Le cristal de CaF2 quant à lui, possède un grand intérêt pour le développement d amplificateurs énergétiques courts, puisqu il a la capacité de stocker beaucoup d énergie. Deux types d amplificateurs ont alors été développés, avec des objectifs bien différents. Le premier permet d obtenir un fort gain (~106), avec une énergie extraite proche du mJ (amplificateur régénératif), alors que le second a pour but d extraire le maximum d énergie (amplificateur multipassage), dans notre cas jusqu à 160 mJ, avec un gain plus faible (~10).Le potentiel de ces matériaux pour la génération d impulsions courtes et/ou de forte puissance moyenne a alors été démontré.This work concerns the development of high average power or high energy laser with diode-pumped ytterbium-doped materials. Two host matrices were studied, CALGO (CaGdAlO4) and fluoride, which permit the generation of ultra-short pulses. Spectroscopic and thermal properties of ytterbium doped CALGO crystals are adapted for the development of high average power oscillator. In this area, thin disk technology seems to be particularly interesting for the development of such oscillator. That s why we choose to master this technology with ytterbium-doped CALGO crystals. Thus, Yb:CALGO oscillator with the highest average power was developed (28 W), with more than J energy and pulse duration of 300 fs. Using more doped and thinner crystals should permit to improve our performances, however they are already at the state of the art of high average power oscillator.Ytterbium doped CaF2 has a great interest for short-pulse high energy amplifier, thanks to its capacity to store energy. Two types of amplifier were developed. A regenerative amplifier with high gain (~106), mJ energy level, and a multipass amplifier with lower gain (~10) but permitting to extract really high energy (up to 160 mJ).Potential of these materials for the development of short pulse high average power and/or high energy system was demonstrated.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Diode-pumped regenerative Yb:SrF2 amplifier

International audienceWe report what we believe to be the first Yb:SrF2 regenerative femtosecond amplifier. The regenerative amplifier produces 325-fs pulses at 100-Hz repetition rate with an energy before compression of 1.4 mJ. The interest of Yb:SrF2 in such regenerative amplifiers and its complementarity to its well-known isotype Yb:CaF2 is also discussed

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

On Yb:CaF2 and Yb:SrF2 : Review of spectroscopic and thermal properties and their impact on femtosecond and high power laser performance

International audienceWe present an overview of laser results we obtained with Yb-doped calcium fluoride and its isotype strontium fluoride. In order to study the laser performance in femtosecond and high power regimes, spectral and thermal properties are first discussed including the potential of these crystals at room and cryogenic temperatures. Experimental demonstrations of high-power and ultrashort pulse oscillators and amplifiers are presented and analyzed

Lasers femtoseconde de forte puissance moyenne à base de cristaux dopés à l’ytterbium

This work concerns the development of high average power or high energy laser with diode-pumped ytterbium-doped materials. Two host matrices were studied, CALGO (CaGdAlO4) and fluoride, which permit the generation of ultra-short pulses. Spectroscopic and thermal properties of ytterbium doped CALGO crystals are adapted for the development of high average power oscillator. In this area, thin disk technology seems to be particularly interesting for the development of such oscillator. That’s why we choose to master this technology with ytterbium-doped CALGO crystals. Thus, Yb:CALGO oscillator with the highest average power was developed (28 W), with more than µJ energy and pulse duration of 300 fs. Using more doped and thinner crystals should permit to improve our performances, however they are already at the state of the art of high average power oscillator.Ytterbium doped CaF2 has a great interest for short-pulse high energy amplifier, thanks to its capacity to store energy. Two types of amplifier were developed. A regenerative amplifier with high gain (~106), mJ energy level, and a multipass amplifier with lower gain (~10) but permitting to extract really high energy (up to 160 mJ).Potential of these materials for the development of short pulse high average power and/or high energy system was demonstrated.Ce travail de thèse concerne le développement de sources femtoseconde de forte puissance moyenne ou de forte énergie avec des matériaux pompés par diodes laser, dopés à l’ytterbium. Plus particulièrement au cours de cette thèse deux types de matrices ont été utilisés, le CALGO (CaGdAlO4) et les fluorures, possédant le potentiel de générer des impulsions courtes (100aine de femtoseconde). Les caractéristiques spectroscopiques et thermiques du CALGO dopés à l’ytterbium permettent d’envisager le développement d’oscillateur femtoseconde court de forte puissance moyenne. Dans ce contexte, la technologie des disques minces permet d’obtenir avec d’autres matrices, des résultats très intéressants. C’est pourquoi durant cette thèse le choix de maitriser cette nouvelle technologie, avec l’utilisation de ce cristal, a été fait. Dans ce cadre, des résultats très prometteurs ont été obtenus. L’oscillateur femtoseconde Yb :CALGO de plus forte puissance moyenne a en effet été développé (28 W), pour une énergie non négligeable, supérieure au µJ et une durée d’impulsions de 300 fs. Des améliorations sont à prévoir avec l’utilisation de nouveaux cristaux plus dopés et plus fins, mais d’hors et déjà les résultats obtenus sont au niveau de l’état de l’art des oscillateurs femtoseconde de forte puissance moyenne.Le cristal de CaF2 quant à lui, possède un grand intérêt pour le développement d’amplificateurs énergétiques courts, puisqu’il a la capacité de stocker beaucoup d’énergie. Deux types d’amplificateurs ont alors été développés, avec des objectifs bien différents. Le premier permet d’obtenir un fort gain (~106), avec une énergie extraite proche du mJ (amplificateur régénératif), alors que le second a pour but d’extraire le maximum d’énergie (amplificateur multipassage), dans notre cas jusqu’à 160 mJ, avec un gain plus faible (~10).Le potentiel de ces matériaux pour la génération d’impulsions courtes et/ou de forte puissance moyenne a alors été démontré

High average power femtosecond laser based on ytterbium-doped crystals

Ce travail de thèse concerne le développement de sources femtoseconde de forte puissance moyenne ou de forte énergie avec des matériaux pompés par diodes laser, dopés à l’ytterbium. Plus particulièrement au cours de cette thèse deux types de matrices ont été utilisés, le CALGO (CaGdAlO4) et les fluorures, possédant le potentiel de générer des impulsions courtes (100aine de femtoseconde). Les caractéristiques spectroscopiques et thermiques du CALGO dopés à l’ytterbium permettent d’envisager le développement d’oscillateur femtoseconde court de forte puissance moyenne. Dans ce contexte, la technologie des disques minces permet d’obtenir avec d’autres matrices, des résultats très intéressants. C’est pourquoi durant cette thèse le choix de maitriser cette nouvelle technologie, avec l’utilisation de ce cristal, a été fait. Dans ce cadre, des résultats très prometteurs ont été obtenus. L’oscillateur femtoseconde Yb :CALGO de plus forte puissance moyenne a en effet été développé (28 W), pour une énergie non négligeable, supérieure au µJ et une durée d’impulsions de 300 fs. Des améliorations sont à prévoir avec l’utilisation de nouveaux cristaux plus dopés et plus fins, mais d’hors et déjà les résultats obtenus sont au niveau de l’état de l’art des oscillateurs femtoseconde de forte puissance moyenne.Le cristal de CaF2 quant à lui, possède un grand intérêt pour le développement d’amplificateurs énergétiques courts, puisqu’il a la capacité de stocker beaucoup d’énergie. Deux types d’amplificateurs ont alors été développés, avec des objectifs bien différents. Le premier permet d’obtenir un fort gain (~106), avec une énergie extraite proche du mJ (amplificateur régénératif), alors que le second a pour but d’extraire le maximum d’énergie (amplificateur multipassage), dans notre cas jusqu’à 160 mJ, avec un gain plus faible (~10).Le potentiel de ces matériaux pour la génération d’impulsions courtes et/ou de forte puissance moyenne a alors été démontré.This work concerns the development of high average power or high energy laser with diode-pumped ytterbium-doped materials. Two host matrices were studied, CALGO (CaGdAlO4) and fluoride, which permit the generation of ultra-short pulses. Spectroscopic and thermal properties of ytterbium doped CALGO crystals are adapted for the development of high average power oscillator. In this area, thin disk technology seems to be particularly interesting for the development of such oscillator. That’s why we choose to master this technology with ytterbium-doped CALGO crystals. Thus, Yb:CALGO oscillator with the highest average power was developed (28 W), with more than µJ energy and pulse duration of 300 fs. Using more doped and thinner crystals should permit to improve our performances, however they are already at the state of the art of high average power oscillator.Ytterbium doped CaF2 has a great interest for short-pulse high energy amplifier, thanks to its capacity to store energy. Two types of amplifier were developed. A regenerative amplifier with high gain (~106), mJ energy level, and a multipass amplifier with lower gain (~10) but permitting to extract really high energy (up to 160 mJ).Potential of these materials for the development of short pulse high average power and/or high energy system was demonstrated

Broadband Yb:CaF2 regenerative amplifier for millijoule range ultrashort pulse amplification

International audienceWe report on a diode-pumped regenerative amplifier based on Yb:CaF2 material, delivering pulses up to 1.8mJ pulse energy at a repetition rate of 100Hz. The crystal is pumped at the zero line at 978 nm with a 10W continuous wave (CW) fiber coupled laser diode. The pulses have a spectral bandwidth of 16nm centered at 1040 nm, which indicates a good potential for millijoule range sub 100fs pulse duration after compression. It is also a good candidate for seeding higher energy diode-pumped ytterbium lasers