Montée en puissance de lasers et d'amplificateurs à fibres dopées Ytterbium en régime continu et d'impulsions

n° 2006REN1E001175 pagesExtraordinary high powers are nowadays available out of fiber lasers and amplifiers (» 10 kW in continuous wave regime and » 1 MW peak power in pulsed regime). Such an increase can initiate the apparition of some undesirable effects.During this thesis, we have developed and studied some high power Ytterbium doped fiber systems both in continuous wave and pulsed regimes. For this purpose, we have chosen to use the technology of double-clad fibers in association with adapted pumping techniques.Especially, we have developed an original approach that allows to efficiently amplify wavelengths of small emission cross sections. High output powers, in continuous wave regime, have been achieved experimentally and these results are in good agreement with the theoretical ones.The spatial and spectral properties of high output power lasers or amplifiers can be significantly degraded compared to those at low power. We have studied and developed an original approach allowing, for a system in pulsed regime, to maintain, up to extreme high output peak powers, the spectral purity of the source.Moreover, we have computed and theoretically analysed the evolution of the pulse shape in amplification by a high power fiber amplifier. The study of the influence of various parameters of the seed pulse on the output pulse shape allows to significantly decrease the penalties induced by the apparition of non linear effects and to increase their thresholds while output power and energy become important. Comparison between computed results and theoretical ones are of good agreement.These results, associated with the development of new components, indicate the possibility to achieve even higher output powers while preserving good spectral and spatial properties and retaining the same techniques as those used or demonstrated during this thesis.Des puissances extraordinaires sont, de nos jours, extraites de systèmes à fibres dopées (» 10 kW de puissance continue et » 1 MW de puissance crête en régime d'impulsions). L'augmentation de la puissance dans les systèmes s'accompagne de l'apparition d'effets qui peuvent limiter leurs performances. Parmi ceux-ci citons, notamment, les effets non linéaires, thermiques, de dégradation des propriétés spatiales et spectrales de faisceau, . . . ). Au cours de cette thèse, nous avons développé et étudié des systèmes à fibre dopée Ytterbium délivrant de très fortes puissances en régime de fonctionnement continu et en régime d'impulsions. Pour ce faire, nous avons retenu une technologie à fibre double-gaine couplée à des techniques de pompage adaptées. La puissance s'élevant, nous avons été confrontés à l'apparition d'effets non linéaires. Une étude théorique de ces effets nous permet de proposer des méthodes originales pour s'en affranchir ou en augmenter le seuil. Nos expériences confrontées à notre étude théorique et, le cas échéant, à un modèle d'analyse numérique, nous permettent d'accroître la puissance obtenue. Un amplificateur optimisé pour l'amplification d'un signal à gain faible en régime continu est étudié. Les mêmes méthodes, en régime d'impulsions, permettent de préserver les propriétés spectrales d'une source laser très cohérente à très forte puissance crête. Dans ce régime, une technique de modelage de l'impulsion source est mise en oeuvre, en amplification à l'aide d'une structure à oscillateur amplifié, pour réduire l'impact sur les performances à très forte puissance des effets non linéaires. Celle-ci est étudée, pour l'extraction de très fortes énergies, de manière théorique et nos résultats de simulations confrontés à l'expérience. Avec les technologies utilisées nous proposons, enfin, une ouverture vers l'obtention de davantage de puissance

Montée en puissance de lasers et d'amplificateurs à fibres dopées Ytterbium en régime continu et d'impulsions

Des puissances extraordinaires sont, de nos jours, extraites de systèmes à fibres dopées (environ 10 kilowatts de puissance continue et environ 1 megawatt de puissance crête en régime d'impulsions). L'augmentation de la puissance dans les systèmes s'accompagne de l'apparition d'effets qui peuvent limiter leurs performances. Au cours de cette thèse, nous avons développé et étudié des systèmes à fibres dopées Ytterbium délivrant de très fortes puissances en régime de fonctionnement continu et en régime d'impulsions. Pour ce faire, nous avons retenu une technologie à fibre double-gaine couplée à des techniques de pompage adaptées. Nous avons, notamment, étudié et developpé une approche originale permettant d'amplifier de manière efficace des longueurs d'onde de faibles sections efficaces d'émission. Des puissance élevées, en régime continu, ont été atteintes qui valident les recettes proposées. La puissance s'élevant, les caractéristiques spatiales et spectrales de sources lasers, obtenues à plus faible puissance, peuvent se dégrader. Nous avons étudié et developpé une méthode originale permettant, pour un système fonctionnant en régime d'impulsions, de préserver, jusqu'à de très fortes valeurs de puissance crêtes, la pureté spectrale de sources cohérentes. Nous avons, en outre, développé un modèle d'analyse numérique qui permet la prédiction du profil temporel d'impulsions obtenues par amplification à l'aide de fibres dopées. L'étude de l'influence de divers paramètres de l'impulsion source sur le profil temporel obtenu en sortie permet de minimiser l'impact des effets non linéaires obtenus lorsque la puissance crête et l'énergie deviennent importantes. La confrontation des résultats du modèle avec ceux de l'expérience montre de bons accords. Ces résultats, associés au développement continu de nouveaux composants, mieux adaptés à une extraction de forte puissance tout en préservant les proporiétés spatiales et spectrales qui sont celles obtenues à plus faible puissance, laissent envisager que des puissances encore bien supérieures sont accessibles en retenant les mêmes techniques.LANNION-ENSSAT (221132206) / SudocSudocFranceF

Génération d'impulsions monochromatiques brèves au‑delà de 1,7 kW par amplification à fibre dopée Yb3+

session orale I « Lasers et amplificateurs à fibre I » [102]National audienceNous rendons compte du développement d'un laser à fibre dopée Yb3+ de type MOPA (Master Oscillator - Power amplifier) fonctionnant en régime d'impulsions et délivrant une puissance moyenne supérieure à 10 W, une puissance crête supérieure à 1.7 kW pour des impulsions de 2 ns. Une architecture optimisée et bâtie autour d'une structure d'amplification à 2 étages a permis de conserver la majeure partie de la puissance autour de la longueur d'onde centrale puisque > 80 % de la puissance totale restent concentrés dans une fenêtre spectrale de 1 nm. Une bonne qualité de faisceau est préservée tout en minimisant les effets non linéaires de type Kerr ou diffusion Raman stimulée (DRS)

High performance pulsed coherent fiber laser emitting >1.7 kW at 1060 nm in ns regime

conference 5709 « Fiber Lasers II: Technology, Systems, and Applications », session: « Nanosecond fiber sources » [5709-51]International audienceFiber lasers and amplifiers are used in a variety of applications either for scientific (spectroscopy, medicine...) or industrial applications (free space communications, laser marking and drilling ...). The combination of doped double clad fibers (DCF) and high power multimode semiconductors laser diodes technologies allows to achieve very high output power in very compact, robust and maintenance free systems. Yb3+ doped DCF are well suited for 1µm wavelength amplification. In pulsed regime, achievable peak power can be strongly limited by nonlinear effects such as Kerr effect, Stimulated Raman Scattering (SRS) or Stimulated Brillouin Scattering (SBS). Consequently, the optimisation of optical amplifier architecture is required. In this paper, we demonstrate performances obtained for the generation of 2ns optical pulses up to >1.7kW peak power in a Master Oscillator Power Fiber Amplifier (MOPFA) configuration. The laser seed signal at 1060nm is emitted out of a single longitudinal mode source with spectral linewidth 10W average output power with a good beam quality M21.7kW. These high performances are obtained in a fully-integrated device

Efficacités comparées d'un pompage à 920 nm et à 977 nm pour une amplification à 1127 nm

session affiche 5 " Lasers et amplificateurs à fibres " [O05GRO04]National audienceLa faisabilité de l'amplification d'un signal à 1127 nm en régime continu au delà de 30 dBm de puissance de sortie a été démontrée. Le milieu amplificateur est une fibre à double gaine (FDG) dopée Ytterbium et pompée par une diode laser de puissance. Nous rendons compte de l'amplification comparée obtenues par pompage aux longueurs d'onde de 920 nm et 977 nm. Compte-tenu du niveau de puissance, le signal de sortie peut-être influencé par les effets non-linéaires. Dans le cadre de l'amplification d'un signal monochromatique (< 100 kHz), une optimisation de l'architecture de l'amplificateur est nécessaire pour s'affranchir des effets non linéaires de type diffusion Brillouin stimulée

Double-clad 10 W Yb3+-doped Fiber Master Oscillator Power Fiber Amplifier for He3+ Optical Pumping

International audienceWe describe an all-fiber ytterbium-doped laser followed by a double-stage ytterbium-doped double-clad fiber amplifier of 10-W output power for helium pumping. Different cavity designs are investigated with the goal of achieving high-power multimode emission at 1083 nm, wavelength tunability over the helium absorption bands, and linewidth envelope control over the range 1-3 GHz. We point out the domains with unstable output power and discuss their origin