Nouvelles structures pour lasers à impulsions brèves de forte puissance (conception et réalisation d'amplificateurs/lasers guides d'onde élaborés par épitaxie en phase liquide et démonstration de lasers femtoseconde en Y2SiO5 : Yb et Lu2SiO5 : Yb)

Abstract

Les orthosilicates d'yttrium et de lutétium dopés Yb3+, de formules respectives Y2SiO5:Yb et Lu2SiO5:Yb, possèdent des caractéristiques spectroscopiques favorables à un fonctionnement efficace en régime laser continu et femtoseconde de forte puissance. Leur première démonstration de fonctionnement en régime femtoseconde a fourni des performances exceptionnelles en terme d efficacité et de puissance de sortie. Afin de réaliser des sources lasers solides compactes et efficaces à partir de ces matériaux, nous avons choisi de privilégier une approche incluant un milieu actif à géométrie de guide d'onde plan, réalisé par épitaxie en phase liquide, pompé par la face supérieure par une barrette de diodes laser. La croissance de couches de Y2SiO5:Yb fortement dopées, de compositions et d épaisseurs variées a été démontrée. L accroissement d indice lié à la substitution des différents dopants est analysé. Les caractéristiques spectroscopiques des couches sont semblables à celles du matériau massif, avec une qualité cristalline sensiblement supérieure. L évolution du temps de vie de l ion Yb en fonction du dopage affiche notamment une croissance particulièrement douce, preuve d une faible concentration en centres pièges extrinsèques. Les guides d ondes YSO:24%Yb présentent des pertes en propagation inférieures à 0.3dB/cm, et ont démontré une amplification de 2.9dB/cm à 1082nm avec un faisceau de sortie monomode. La réalisation des premiers lasers guides d onde monolithiques en YSO:Yb a aussi été démontrée. Ils ont fourni une puissance de sortie de 340mW à 1082nm, avec une efficacité de 14%, pour un coupleur de sortie de 4%.Yb-doped yttrium and lutetium orthosilicates, Y2SiO5:Yb and Lu2SiO5:Yb respectively, exhibit spectroscopic properties favorable to an efficient laser operation in both high power cw and femtosecond regime. Their first diode-pumped femtosecond operation demonstration lead to exceptional performances in terms of output power and efficiency. In order to realize compact and efficient solid-state laser devices using those materials, we chose a configuration with an Yb-doped medium planar waveguide geometry, grown by liquid phase epitaxy, face-pumped by a single laser diode bar. The growth of highly doped Y2SiO5:Yb layers, within a large range of compositions and thicknesses, was demonstrated. The refractive index increase due to the substitution of the various dopants is analyzed. The layers spectroscopic properties are similar to the bulk ones, with an noticeably higher crystalline quality. The Yb ion lifetime evolution with respect to its doping shows up a particularly low decrease, proof of a low concentration of extrinsic quenching centers. The covered YSO:24%Yb waveguides exhibit lower than 0.3dB/cm propagation losses, and provided up to 2.9dB/cm net amplification at 1082nm with a single mode output. The realization of the first diode-pumped monolithic cw waveguide lasers was also demonstrated. For a 4% output coupler, they provided up to 340mW at 1082nm with a 14% slope efficiency.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF