Wavefront sensing using a graphical user interface

We present an open wavefront sensor setup assisted with MATLAB programming to be used to teach the operating principle of Shack-Hartmann aberrometry. A new Graphical User Interface (GUI) has also been developed to determine the wavefront parameters from experimental measurements and the associated aberrations, which is a fundamental issue in Optical Engineering. From a didactical point of view, the proposed method allows students to interpret the results in a visual and heuristic way.Contract grant sponsor: Ministerio de Economia y Competividad; Contract grant number: FIS2011-23175; Contract grant sponsor: Generalitat Valenciana; Contract grant number: PROMETEOII/2014/072; Contract grant sponsor: Universitat de Valencia; Contract grant number: UV-SFPIE_DINV14-222801Ferrando Martín, V.; Remón Martín, L.; Pons Martí, A.; Furlan, WD.; Monsoriu Serra, JA. (2016). Wavefront sensing using a graphical user interface. Computer Applications in Engineering Education. 24(2):255-262. https://doi.org/10.1002/cae.21703S25526224

Correction active du profil spatial de faisceaux amplifiés dans des fibres multimodes et multi-coeurs.

Fiber lasers and amplifiers are of great interest for reaching high output powers because of their advantages in terms of thermal behaviour and efficiency. The main limitation appears in the pulsed regime where the peak powers are limited by nonlinear effects and material damage. A widely studied solution to overcome this problem is to distribute the amplification over several separate fiber amplifiers and to phase lock them to obtain their coherent combining. These systems require a very accurate control of the phase of each amplifier and are quite difficult to align when the number of emitters increases. In this report, we study an alternative solution based on coherent combining applied to an integrated architecture. In this approach, either the modes of a multimode fiber or the cores of a multi-core fiber are phase locked using a spatial light modulator. Several experimental solutions have been studied to achieve phase locking : phase conjugation by active digital holography, electronic feedback loop based on an evolutionary algorithm, and direct measurement of the modal content of a multimode fiber using a wavefront analyzer. These developpements led to the amplification of nanosecond pulses close to the diffraction limit in multimode and multi-core fibers. Numerical simulations have also been performed to study the amplification process in multimode fibers and the use of evolutionary algorithms to shape the wavefront of multimode beams.Les lasers et amplificateurs à base de fibres optiques dopées constituent aujourd'hui une alternative sérieuse aux milieux cristallins traditionnellement utilisés pour la réalisation d'amplificateurs laser de puissance de par leur faible sensibilité aux problèmes thermiques et leur rendement optique-optique élevé. Les performances des fibres restent néanmoins limitées en régime impulsionnel du fait de l'apparition d'effets non-linéaires. Une solution pour passer outre ces limitations consiste à distribuer l'amplification sur plusieurs fibres monomodes distinctes et à les mettre en phase de manière à réaliser une combinaison cohérente. Ces systèmes nécessitent un contrôle précis de la phase optique des différentes voies et sont relativement difficiles à mettre en œuvre lorsque le nombre de voies augmente. Dans ce manuscrit de thèse, une solution originale de combinaison cohérente en architecture intégrée est présentée. Une mise en phase des modes d'une fibre multimode et des cœurs d'une fibre multi-cœurs est ainsi réalisée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Plusieurs techniques de mise en phase ont été étudiées : mise en phase par holographie numérique dynamique, utilisation d'une boucle de contre-réaction par algorithme évolutionnaire, mesure directe du contenu modal en sortie de fibre multimode à l'aide d'un analyseur de front d'onde. Ces techniques ont permis de produire des faisceaux amplifiés en régime impulsionnel proches de la limite de diffraction. Des modélisations numériques d'amplification dans des fibres multimodes et de correction par algorithme évolutionnaire dans ces mêmes fibres ont également été développées

Correction active du profil spatial de faisceaux amplifiés dans des fibres multimodes et multi-coeurs.

Fiber lasers and amplifiers are of great interest for reaching high output powers because of their advantages in terms of thermal behaviour and efficiency. The main limitation appears in the pulsed regime where the peak powers are limited by nonlinear effects and material damage. A widely studied solution to overcome this problem is to distribute the amplification over several separate fiber amplifiers and to phase lock them to obtain their coherent combining. These systems require a very accurate control of the phase of each amplifier and are quite difficult to align when the number of emitters increases. In this report, we study an alternative solution based on coherent combining applied to an integrated architecture. In this approach, either the modes of a multimode fiber or the cores of a multi-core fiber are phase locked using a spatial light modulator. Several experimental solutions have been studied to achieve phase locking : phase conjugation by active digital holography, electronic feedback loop based on an evolutionary algorithm, and direct measurement of the modal content of a multimode fiber using a wavefront analyzer. These developpements led to the amplification of nanosecond pulses close to the diffraction limit in multimode and multi-core fibers. Numerical simulations have also been performed to study the amplification process in multimode fibers and the use of evolutionary algorithms to shape the wavefront of multimode beams.Les lasers et amplificateurs à base de fibres optiques dopées constituent aujourd'hui une alternative sérieuse aux milieux cristallins traditionnellement utilisés pour la réalisation d'amplificateurs laser de puissance de par leur faible sensibilité aux problèmes thermiques et leur rendement optique-optique élevé. Les performances des fibres restent néanmoins limitées en régime impulsionnel du fait de l'apparition d'effets non-linéaires. Une solution pour passer outre ces limitations consiste à distribuer l'amplification sur plusieurs fibres monomodes distinctes et à les mettre en phase de manière à réaliser une combinaison cohérente. Ces systèmes nécessitent un contrôle précis de la phase optique des différentes voies et sont relativement difficiles à mettre en œuvre lorsque le nombre de voies augmente. Dans ce manuscrit de thèse, une solution originale de combinaison cohérente en architecture intégrée est présentée. Une mise en phase des modes d'une fibre multimode et des cœurs d'une fibre multi-cœurs est ainsi réalisée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Plusieurs techniques de mise en phase ont été étudiées : mise en phase par holographie numérique dynamique, utilisation d'une boucle de contre-réaction par algorithme évolutionnaire, mesure directe du contenu modal en sortie de fibre multimode à l'aide d'un analyseur de front d'onde. Ces techniques ont permis de produire des faisceaux amplifiés en régime impulsionnel proches de la limite de diffraction. Des modélisations numériques d'amplification dans des fibres multimodes et de correction par algorithme évolutionnaire dans ces mêmes fibres ont également été développées

Correction active du profil spatial de faisceaux amplifiés dans des fibres multimodes et multi-coeurs

Les lasers et amplificateurs à base de fibres optiques dopées constituent aujourd'hui une alternative sérieuse aux milieux crislallins traditionnellement utilisés pour la réalisation d'amplificateurs laser de puissance de par leur faible sensibilité aux problèmes thermiques et leur rendement optique-optique élevé. Les performances des fibres restent néanmoins limitées en régime impulsionnel du fait de l'apparition d'effets non-linéaires. Une solution pour passer outre ces limitations consiste à distribuer l'amplilication sur plusieurs fibres monomodes distinctes et à les mettre en phase de manière à réaliser une combinaison cohérente. Ces systèmes nécessitent un contrôle précis de la phase optique des différentes voies et sont relativement difficiles à mettre en œuvre lorsque le nombre de voies augmente. Dans ce manuscrit de thèse, une solution originale de combinaison cohérente en architecture intégrée est présentée. Une mise en phase des modes d'une fibre multimode et des cœurs d'une fibre multi-cœurs est ainsi réalisée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Plusieurs techniques de mise en phase ont été étudiées : mise en phase par holographie numérique dynamique, utilisation d'une boucle de contre-réaction par algorithme évolutionnaire, mesure directe du contenu modal en sortie de fibre multimode à l'aide d'un analyseur de front d'onde. Ces techniques ont permis de produire des faisceaux amplifiés en régime impulsionnel proches de la limite de diffraction. Des modélisalions numériques d'amplification dans des fibres multimodes et de correction par algorithme évolutionnaire dans ces mêmes fibres ont également été développées.Fiber lasers and amplifiers are of great interest for reaching high output powers because of their advantages in terms of thermal behaviour and efficiency. The main limitation appears in the pulsed regime where the peak powers are limited by nonlinear effects and material damage. A widely studied solution to overcome this problem is to distribute the amplification over several separate fiber amplifiers and to phase lock them to obtain their coherent combining. These systems require a very accurate control of the phase of each amplifier and are quite difficult to align when the number of emitters increases. ln this report, we study an alternative solution based on coherent combining applied to an integrated architecture. ln this approach, either the modes of a multimode fiber or the cores of a multi-core fiber are phase locked using a spatial light modulator. Several experimental solutions have been studied to achieve phase locking: phase conjugation by active digital holography, electronic feedback loop based on an evolutionary algorithm, and direct measurement of the modal content of a multimode fiber using a wavefront analyzer. These developpements led to the amplification of nanosecond pulses close to the diffraction Iimit in multimode and multi-core fibers. Numerical simulations have also been performed to study the amplification process in multimode fibers and the use of evolutionary algorithms to shape the wavefront of multimode beams.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Wavefront control of a multicore ytterbium-doped pulse fiber amplifier by digital holography

International audienceWe demonstrate the active wavefront control of a 19-core ytterbium-doped fiber amplifier by the digital holography technique. The output wavefront is corrected even in the presence of large externally induced perturbations, with a measured output Strehl ratio of 0.6 in all cases. The wavefront-controlled multicore fiber is used to amplify 800 ps pulses at 1064 nm at a repetition rate of 40 kHz, and a gain of 23 dB is obtained

Coherent Fiber Combining by Digital Holography

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