Adaptive Kerr-assisted transverse mode selection in multimode fibers

Multimode optical fibers (MMFs) have recently regained interest because of the degrees of freedom associated with their different eigenmodes. In the nonlinear propagation regime in particular, new phenomena have been unveiled in graded-index (GRIN) MMFs such as geometric parametric instabilities and Kerr beam self-cleaning [1, 2]. The speckled pattern observed at the output of the MMF at low powers, is transformed at high powers into a bell-shaped beam close to the fundamental mode. Recent work has also demonstrated that Kerr beam self-cleaning can lead to a low-order spatial mode, different from a bell-shape, by adjusting the laser beam in-coupling conditions [3]. An attractive way to systematically control the spatial excitation conditions at the fiber input is provided by the use of a spatial light modulator (SLM) which permits to profile the beam wavefront entering the MMF. In most cases, experiments involving adaptive optics consider linear propagation through scattering plates or MMFs [4]. So far, few works have dealt with the nonlinear propagation regime[5, 6]

Auto-synchronisation et combinaison cohérente de lasers à fibre

La montée en puissance dans les lasers ou amplificateurs à fibres unimodales s accompagne d effets non linéaires, liés au fort confinement spatio-temporel du champ dans le guide, qui sont souvent préjudiciables à l amplification. L objectif de la thèse est d étudier l amplification en parallèle dans les fibres optiques et la recombinaison des champs issus de ces différents amplificateurs. Deux architectures ont été étudiées : Une première configuration interférométrique exploite un filtrage du spectre de fréquences temporelles émis par le laser ramifié pour réaliser la sommation cohérente des champs sur la voie commune de l interféromètre laser. Les régimes de fonctionnement continu, déclenché et à synchronisation de modes ont été étudiés. Une seconde architecture laser réalise par filtrage spatial interne au résonateur un verrouillage des phases de l ensemble des amplificateurs disposés en parallèle. Les multiples émissions cophasées sont alors combinées en champ lointain.Power scaling in single-mode fiber lasers or amplifiers is accompanied with detrimental nonlinear effects, due to the strong spatial confinement of the field inside the optical guide. A key to achieve high powers is laser beam combining. In this thesis, we have investigated two laser architectures performing coherent combining in a passive way. A first interferometric configuration uses an intracavity frequency filter ensuring the coherent summation of the fields amplified in a tree arrangement. The combined beam emerges from the common arm of the laser interferometer. The continuous, Q-switched and mode-locked regimes, were studied. The second laser architecture realizes the phase locking of the parallel amplifiers by an intracavity spatial filter. The multiple cophased emissions are then combined in far field.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Laser à fibres auto-organisé à faisceaux multiples couplés

Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de la combinaison cohérente de lasers à fibre par voie passive. L'architecture laser étudiée est une configuration à émetteurs multiples où la mise en phase des faisceaux émis est réalisée à partir d'un filtrage spatial intracavité associé aux propriétés d'auto-organisation des lasers, pour une recombinaison en champ lointain des multiples faisceaux émis. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que cette technique de combinaison est tout à fait compatible avec la génération de fortes puissances. De plus, une étude expérimentale a permis de montrer qu'elle bénéficie d'une dynamique de cophasage rapide. Toutefois, une étude numérique et expérimentale confirme que cette technique passive de mise en phase ne peut combiner efficacement qu'une dizaine d'émetteurs. Une nouvelle architecture à rétroaction multiple a donc été proposée. Des premiers résultats numériques très prometteurs ont été obtenus et montrent un apport très significatif de cette nouvelle architecture.This document deals with passive coherent combining of fiber lasers. The laser architecture explored is a configuration with multiple emitters where the beam phase-locking is based on an intracavity spatial frequency filtering and self-organization properties of lasers. The multiple beams are combined only in the far field. The experimental results show this phasing technique is scalable to high power levels. Moreover, an experimental study demonstrates that this technique have a rapid dynamic phase-locking. However, a numerical and experimental study show this passive phasing technique can combined only a dozen of beams effectively. So, a new architecture with multiple feedbacks has been proposed. The numerical results are very promising and reveal a very significant contribution of this new architecture.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Lasers à fibres à profil de gain discretisé adaptés à l'émission de fortes puissances

Ce mémoire présente les premières démonstrations expérimentales de combinaison cohérente en champ proche et en champ lointain dans des lasers à fibre à profil de gain discrétisé. Ces architectures permettent de repousser le seuil d apparition des effets non-linéaires, limites fondamentales de la montée en puissance. Deux architectures sont étudiées théoriquement et expérimentalement : La première est construite autour d une fibre à deux coeurs parallèles dopés ytterbium, localement couplés par fusion étirage. Nous démontrons la combinaison cohérente par voie interférométrique de 96% de la puissance laser sur le mode fondamentale gaussien d un des coeurs. La seconde architecture proposée est bâtie autour d une fibre à deux coeurs concentriques couplés tout au long de la fibre, de large section dopée de 385 m2, permettant une absorption de la puissance de pompage de 10W/m. La combinaison cohérente des rayonnements sur le seul coeur central a été démontrée avec une efficacité de 90%.We report in this manuscript on the first experimental demonstrations of coherent combining, in the near and far fields, in discretized gain profile fiber laser. These architectures allow to push back the threshold of non linear effects, fundamental limits for power scaling of fiber lasers. Two architectures are theorically and experimentally studied : the first one is built around a two parallel, ytterbium doped cores, locally coupled by fusion-stretching. We demonstrate the coherent combining, by use of an interferometric method of 96% of the total output power on the fundamental Gaussian beam of one core. The second architecture that we propose is built around a two concentric core fiber, whose cores are coupled all along the fiber. Its large doped area (385 m2) allows an efficient pump absorption of 10W/m. Coherent combining of radiations on the central core was demonstrated with an efficiency of 90%.LIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Focalisation de l’énergie par contrôle modal à la sortie d’une fibre amplificatrice à grand nombre de modes

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