Measures de vent 3D avec le lidar Doppler coherent Live à bord d'un avion

International audienceA three-dimensional (3D) wind profiling Lidar, based on the latest high power 1.5 µm fiber laser development at Onera, has been successfully flown on-board a SAFIRE (Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement) ATR42 aircraft. The Lidar called LIVE (LIdar VEnt) is designed to measure wind profiles from the aircraft down to ground level, with a horizontal resolution of 3 km, a vertical resolution of 100 m and a designed accuracy on each three wind vector components better than 0.5 m.s −1. To achieve the required performance, LIVE Lidar emits 410 µJ laser pulses repeating at 14 KHz with a duration of 700 ns and uses a conical scanner of 30 • total opening angle and a full scan time of 17 s.Un lidar vent 3D, basé sur le dernier développement de laser à fibre de 1,5 µm à haute puissance de l’ONERA a été testé avec succès à bord d’un avion SAFIRE ATR42. Le lidar appelé LIVE est conçu pour mesurer les profils de vent de l’avion jusqu'au sol, avec une résolution horizontale de 3 km, une résolution verticale de 100 m et une précision calculée supérieure à 0,5 m / s pour chaque composante du vecteur du vent

La combinaison cohérente par contrôle actif de la phase : un outil pratique pour l'optique adaptative et non linéaire

International audienceCoherent beam combining with active phase control is more than a simple laser power scaling technique. It can also be used to perform more efficient adaptive optics and to extend the capabilities of nonlinear optical devices. In a first part of this paper, an optimized tiled-aperture configuration for coherent adaptive optics is described. In a second part, coherent combining of frequency converters emitting in the mid-infrared is demonstrated and results presented. Finally, the challenges for optical parametric oscillators combining are discussed.La combinaison cohérente de faisceaux laser par contrôle actif de la phase est plus qu'une simple méthode pour monter en puissance des lasers. Elle peut aussi être mise en œuvre pour réaliser une fonction d'optique adaptative et pour étendre les capacités des dispositifs optiques non linéaires. Dans une première partie, une configuration de pupilles laser juxtaposées optimisée pour l'optique adaptative cohérente est décrite. Dans une seconde partie, la combinaison cohérente de convertisseurs de fréquence émettant dans le moyen infrarouge est démontrée et les principaux résultats présentés. En final, les défis de la combinaison d'oscillateurs paramétriques optiques sont discuté

Impact d'une combinaison cohérente de faisceaux par technique de marquage en fréquence sur un signal télécom pour les communications spatiales

International audienceIn this contribution, we present a preliminary study for coherent beam combining carrying high information rate data for very high power space communications. We focus on the impact of the amplitude of the frequency tagging locking technique on the quality of an NRZ and DPSK telecom signals.Dans cette contribution, nous présentons une étude préliminaire préparant la possibilité d'effectuer une combinaison cohérente de faisceaux portant des données à haut débit d'information pour les communications spatiales à très forte puissance. Nous nous focalisons sur l'impact de l'amplitude du marquage en fréquence utilisé pour la mise en cohérence des faisceaux sur la qualité d'un signal NRZ et DPSK

Combinaison de faisceaux cohérents et modulation télécom : impact réciproque

International audienceThere is a growing interest in ground-to-satellite optical communication to go beyond their radio-frequency (RF) counterparts and especially tackle the issue of RF bands saturation [1]. Nevertheless, laser systems used as transmitter feeder links require relatively high power (typically 500 W [2]) but also beam quality wavefront control maximize transmission through atmospheric turbulences. These specifications are yet difficult achieve at same time with this type high-power laser. Coherent Beam Combining (CBC) enables scaling several amplifiers master-oscillator-power-amplifier (MOPA) configuration preserving safe operating regime [3]. CBC could thus be solution for development next generation emitters telecom applications.Les communications optiques sol-satellite suscitent un intérêt croissant pour aller au-delà de leurs équivalents radiofréquences (RF) et pour résoudre le problème de la saturation des bandes RF [1]. Cependant, les systèmes laser utilisés comme émetteurs dans les liaisons optiques de connexion nécessitent une puissance relativement élevée (typiquement 500 W [2]), ainsi qu’une qualité de faisceau élevée et un contrôle du front d'onde pour maximiser la transmission à travers les turbulences atmosphériques. Ces spécifications sont difficiles à atteindre simultanément pour des lasers à haute puissance. La combinaison cohérente de faisceaux (CBC) en configuration MOPA permet de dépasser la puissance d’un amplificateur unique tout en préservant un régime de fonctionnement sûr [3]. La CBC pourrait donc être une solution pour le développement de la prochaine génération d'émetteurs à haute puissance pour les applications de télécommunications

Combinaison cohérente de générateurs de différence de fréquences : démonstration expérimentale et application aux oscillateurs paramétriques optiques

International audienceCoherent beam combining (CBC) by active phase control could be useful for power scaling fiber-laser-pumped optical frequency converters like optical parametric oscillators (OPOs). We developed an indirect phase control approach based on the phase matching relation intrinsic to efficient nonlinear processes. Previously, we demonstrated coherent combining of second harmonic waves through real time active control of the phases of the fundamental waves, using high bandwidth fibered electro-optic phase modulators. In the case of this 2-wavelength process, it was possible to simultaneously combine both the fundamental and the second harmonic waves. In this paper, we present an experimental demonstration of coherent combining of difference frequency generators emitting an idler wave at 3400 nm. We confirm experimentally the theoretical prediction that through active phase control of the sole 1064 nm pump waves, it's possible to coherently combine the idler waves efficiently. A residual phase error of 1/28th wave at 3400 nm is achieved, corresponding to an excellent combining efficiency. However, in such a 3-wavelength process, simultaneous combination of the signal and idler waves is not always feasible. This demonstration opens the way to mid-infrared OPO combining. We present the architectures of continuous wave OPOs we are working on.Nous présentons une démonstration expérimentale de combinaison cohérente de générateurs de différence de fréquences émettant à 3400 nm. Nous montrons que par le contrôle actif de la phase des seules ondes de pompe à 1064 nm, il est possible de réaliser la combinaison cohérente efficace des ondes complémentaires, avec une différence de phase résiduelle de lambda/28. Nous présentons aussi les architectures d’OPO continus sur lesquelles nous travaillons, ainsi que les premiers résultats de combinaison cohérente de ces OPOs. Nous détaillons comment les modes de cavité des OPOs combinés sont mis en coïncidence, et comment le contrôle actif de la phase utilisé pour la combinaison de DFG peut être mis en œuvre dans ce cas

High peak power Doppler Lidar based on a 1.5µm compressive-strained-singlemode fiber amplifier

International audienceWind Doppler coherent lidars based on pulsed single frequency fiber sources are usually limited by SBS (stimulated Brillouin Scattering) in the final fiber booster. This nonlinear effect limits the peak power achievable to around 50-100W in singlemode fibers, 200-300W in commercial LMA (large mode area) fibers and up to 2kW in specialty fibers. Onera has developed a patented SBS mitigation technique using compressive strain on fibers. This technique has been applied to a singlemode fiber amplifier and a peak power of up to 200W have been generated before the arising of SBS. This peak power is comparable to LMA fiber booster performances with additional advantages: the singlemode geometry allows using standard telecom fiber components and optimizes coherent mixing with the singlemode local oscillator. We will present the details of this technique, the achieved laser performances and tests results of a lidar using this compressive-strained-source

En camino hacia la mejora continua de procesos

International audienceSome applications like range finding, optical counter measures or engine ignition, require lasers capable of delivering high repetition rate bursts of nanosecond pulses with hundreds of microjoules to a few millijoules in terms of energy per pulse. We have developed such a diode pumped Yb:YAG micro-laser with an oscillator comprised of a 2-mm long 10% at. doped Yb:YAG crystal followed by a Cr:YAG passive Q-switch with an initial transmittance of 85 %. The laser plano-concave cavity is 5-cm long. This oscillator emits 250 µJ to 300 µJ per pulse, with a 3-5 ns pulse duration, with an intra-burst pulse repetition frequency that can be tuned continuously from 1 kHz to 20 kHz by increasing the pump power. The pumping diode laser is operated in quasi continuous wave regime, emitting 1-ms to 10-ms long pulses with up to 20 W peak power This qcw pumping results in the emission of a burst of pulses at high repetition rate for the duration of this pump long pulse. These pump pulses, and consequently the bursts of nanosecond pulses, are repeated at very low frequency, between 1 Hz and 5 Hz, so that the average power to handle doesn't require active cooling. This oscillator is then amplified to the millijoule level in a second 3-mm long Yb:YAG crystal pumped by a synchronous qcw emitting diode laser.Nous avons développé un micro-laser Yb:YAG pompé par diode et déclenché passivement par un cristal de Cr:YAG, qui délivre des paquets d’impulsions nanoseconde avec des énergies par impulsions de l’ordre du millijoule.L’oscillateur émet autour de 300 µJ par impulsion, avec une durée d’impulsion de quelques nanosecondes, dont la cadence à l’intérieur du paquet d’impulsions peut être accordée continûment jusqu’à 20 kHz. Il est amplifié jusqu’au millijoule par un second cristal d’Yb:YAG pompé par diode laser. Les diodes laser de pompe sont synchrones et fonctionnent en régime quasi continu. Elles émettent des pulses longs répétés à seulement quelques hertz, de façon à ne pas nécessiter de refroidissement actif

Eyesafe high peak power pulsed fiber lasers limited by fiber nonlinearity

International audienc

Pulsed 1.5 µm LIDAR for Axial Aircraft Wake Vortex Detection Based on High-Brightness Large-Core Fiber Amplifier

In this paper, we present the development of an axial aircraft wake vortex light detection and ranging (LIDAR) sensor, working in Mie scattering regime, based on pulsed 1.5 µm high-brightness large-core fiber amplifier. An end-to-end Doppler heterodyne LIDAR simulator is used for the LIDAR design. The simulation includes the observation geometry, the wake vortex velocity image, the scanning pattern, the LIDAR instrument, the wind turbulence outside the vortex, and the signal processing. An innovative high-brightness pulsed 1.5 µm laser source is described, based on a master oscillator power fiber amplifier (MOPFA) architecture with a large-core fiber. The obtained beam quality is excellent (M² = 1.3), and achieved pulsed energy is 120 µJ with a pulse repetition frequency of 12 kHz and a pulse duration of 800 us. A Doppler heterodyne LIDAR is developed based on this laser source with a high-isolation free-space circulator. The LIDAR includes a real-time display of the wind field. Wind dispersion is postprocessed. Field tests carried out at Orly airport in April 2008 are reported. Axial aircraft wake vortex signatures have been successfully observed and acquired at a range of 1.2 km with axial resolution of 75 m for the first time with fiber laser source

Heterodyne and direct detection wind lidar developed at ONERA

International audienceIn this paper, we present the two wind lidar architectures developed at ONERA: the heterodyne lidar which analyzes the backscattering of particles and the direct detection lidar using a QMZ which analyzes the backscattering of molecules. In both cases, solutions have been developed to be able to embark them on an airplane: fiber laser, robust receiver, robust general architecture. Both technologies could provide interesting comparative measurements for AEOLUS calibration/validation campaigns: the heterodyne configuration allows precise measurements on the lower part of the atmosphere while the QMZ configuration allows reaching up to at an altitude of 20 km. In addition, regarding the developments made for molecular lidar, the UV fiber laser and the monolithic QMZ receiver could be excellent solutions for the next generation of Aeolus to reduce costs, improve data quality and lidar durability.Dans cet article, nous présentons les deux architectures de lidar éolien développées à l'ONERA : le lidar hétérodyne qui analyse la rétrodiffusion des particules et le lidar à détection directe utilisant un QMZ qui analyse la rétrodiffusion des molécules. Dans les deux cas, des solutions ont été développées pour pouvoir les embarquer dans un avion : laser à fibre, récepteur robuste, architecture générale robuste. Les deux technologies pourraient fournir des mesures comparatives intéressantes pour les campagnes d'étalonnage/validation AEOLUS : la configuration hétérodyne permet des mesures précises sur la partie inférieure de l'atmosphère tandis que la configuration QMZ permet d'atteindre jusqu'à 20 km d'altitude. De plus, concernant les développements réalisés pour le lidar moléculaire, le laser à fibre UV et le récepteur QMZ monolithique pourraient être d'excellentes solutions pour la prochaine génération d'Aeolus afin de réduire les coûts, d'améliorer la qualité des données et la durabilité du lidar