Développement d'une source laser à fibre dopée thulium pour la génération d'impulsions cohérentes, linéairement polairsée et de forte puissance à 2050nm - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Design of a Thulium dopd fiber laser delivering single frequency linearly polarized high peak power pulses at 2050 nm

Développement d'une source laser à fibre dopée thulium pour la génération d'impulsions cohérentes, linéairement polairsée et de forte puissance à 2050nm

Résumé

Fiber laser sources are useful in lots of domains, from telecommunication to medical and aerospace applications as they enable to achieve a good spatial coherence. They are compact and robust. Thulium doped fiber sources operating in the atmospheric transparency window and eye safe wavelength range of 1.9-2.1 µm are still being under developpement whereas they are highly desirable for many applications such as LIDAR or spectroscopy. Spectroscopy in the 6-12 µm band need specific pulsed coherent linearly polarized high-power single-frequency laser sources for pumping of optical parametric oscillator crystal as ZGP. But these characteristics increase the power limiting by a nonlinear effect, the stimulated Brillouin scattering (SBS). To fulfill this need, at first we studied thulium doped fibers and their pumping techniques to optimize the laser source architecture. In this way, we developed a numerical model for thulium-doped fiber amplifier able to estimate SBS power threshold. These studies allowed us to develop a master oscillator power amplifier limited by SBS to 530 W peak power. Then we use a SBS mitigation technique to increase the peak power to 1 kW without modification of the single-frequency linearly polarized high beam quality coherent parameters of the laser source (M²=1,2).
Les sources lasers à fibre sont utiles dans de nombreux domaines, des télécommunications au médical et l’aéronautique, grâce à leur grande cohérence spatiale. Elles sont de plus compactes, robustes et efficaces. Les sources lasers autour de 2 µm utilisant des fibres optiques dopées thulium sont encore peu développées. Elles allient sécurité oculaire et bonne propagation dans l’atmosphère ce qui les rendent particulièrement attractives pour les lidars. La spectroscopie dans la bande 6-12 µm à l’aide d’oscillateurs paramétriques optiques nécessite également des lasers de pompe impulsionnels de forte puissance crête, linéairement polarisés, monofréquences autour de 2050 nm, de bonne qualité de faisceau pour pomper les cristaux non linéaires comme le ZGP. Mais ces paramètres favorisent la limitation de la puissance par un effet non linéaire, la diffusion Brillouin spontanée (DBS). Pour répondre à ce besoin nous avons commencé par étudier les fibres en silice dopées thulium ainsi que les différentes techniques de pompage et les architectures associées afin de déterminer l’architecture optimale pour la source laser. Pour nous aider dans cette tâche, nous avons développé un modèle numérique d’amplificateur à fibre qui permet aussi d’estimer les limites en puissance imposées par la SBS. Grâce à ces études, nous avons réalisé dans un second temps une source laser avec une architecture d’oscillateur maître amplifié en puissance (MOPA) limitée par la DBS à 530 W crête. Dans un troisième temps nous avons mis en oeuvre un système de réduction de la DBS qui permet à la source d’atteindre une puissance crête de 1 kW pour des impulsions de 100 à 400 ns tout en respectant l’aspect monofréquence à 2050 nm, linéairement polarisé, cohérent et la grande qualité de faisceau de la source (M²=1,2).
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Dates et versions

tel-01347224 , version 1 (20-07-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01347224 , version 1

Citer

Erik Lucas. Développement d'une source laser à fibre dopée thulium pour la génération d'impulsions cohérentes, linéairement polairsée et de forte puissance à 2050nm. Optique / photonique. TELECOM PARIS TECH, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01347224⟩

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