Contribution à l'étude et à la réalisation de lasers à fibre dopée aux ions de terres rares PDF Download

Author: MARC.. LE FLOHIC
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Languages : fr
Pages : 227

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L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE ET LA REALISATION DE LASERS A FIBRE DOPEE AUX IONS DE TERRES RARES. DANS CES STRUCTURES GUIDANTES, LE CONFINEMENT DE LA LUMIERE AUTORISE DES SEUILS D'OSCILLATION LASER TRES BAS, LE FONCTIONNEMENT EN CONTINU DE SYSTEMES A TROIS NIVEAUX, DE NOUVELLES TRANSITIONS LASER ET L'UTILISATION DE DIODES DE POMPAGE A SEMI-CONDUCTEUR. L'ABONDANCE DE PHENOMENES ET DE TYPES DE FONCTIONNEMENTS FONT DES FIBRES DOPEES UN SUJET D'ETUDE PASSIONNANT. LE TRAVAIL PRESENTE COMPREND UNE PREMIERE PARTIE DE SPECTROSCOPIE DES IONS NEODYME, ERBIUM, HOLMIUM, PRASEODYME DANS DES FIBRES SILICE ET VERRE FLUORE EN VUE D'APPLICATION LASER. UNE DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DU LASER ND#3#+ A 1.08 MICRONS DANS LA SILICE. LE MODELE PRESENTE REPOSE SUR UNE FORME D'EQUATIONS DE BLOCH TENANT COMPTE DES PERTES DEPENDANT DE LA FREQUENCE ET DE L'ELARGISSEMENT NON-HOMOGENE DE LA TRANSITION A 1.08 MICRONS. IL PERMET DE CALCULER ET D'EXPLIQUER POUR LA PREMIERE FOIS LA DYNAMIQUE DE L'ALLUMAGE D'UN LASER AINSI QUE D'AUTRES PROPRIETES LIEES A LA COMPETITION DE MODES

Author: Sylvain Magne
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Languages : fr
Pages : 380

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CETTE THESE MONTRE L'INTERET DE L'AMPLIFICATION OPTIQUE ET DES LASERS A FIBRES DOPEES PAR DES IONS DE TERRES-RARES POUR L'INSTRUMENTATION ET LES CAPTEURS A FIBRES OPTIQUES. NOUS DETAILLONS LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS D'UNE TELLE TECHNOLOGIE PLACEE DANS SON CONTEXTE D'OPTIQUE INTEGREE, AINSI QUE SES PERSPECTIVES D'UTILISATION. APRES RAPPEL DE LA THEORIE DE LA PROPAGATION GUIDEE DANS LES FIBRES OPTIQUES, LES TECHNOLOGIES PERMETTANT DE REALISER DES FIBRES OPTIQUES DOPEES SONT DECRITES. UNE ETUDE COMPARATIVE DES METHODES D'ANALYSES DE PREFORMES ET DE FIBRES DOPEES PERMETTANT DE DETERMINER LEURS PROFILS DE GUIDAGE ET DE DOPAGE EST EGALEMENT PRESENTEE. LE COMPORTEMENT AMPLIFICATEUR DES FIBRES OPTIQUES DOPEES EST ENSUITE DECRIT THEORIQUEMENT EN INSISTANT SUR LES LIMITES FIXEES PAR L'ELARGISSEMENT INHOMOGENE DE LA TRANSITION LASER. L'EVOLUTION DU GAIN INTEGRE DE LA FIBRE EST MISE EN EVIDENCE EN FONCTION DES PARAMETRES INFLUANTS (LONGUEUR, RAYON DE DOPAGE...) EN SOULIGNANT L'INTERET D'UN RAYON DE DOPAGE OPTIMISE. LE SEUIL D'ACCROCHAGE DU LASER EST MODELISE PAR DES EQUATIONS ET DES ABAQUES SANS DIMENSION DETERMINANT LA LONGUEUR DE FIBRE OPTIMALE EN FONCTION DES PERTES DE LA CAVITE LASER. LA CONCEPTION GENERALE DU LASER A FIBRE EST ENSUITE SYNTHETISEE ET LES TECHNOLOGIES DES COMPOSANTS D'OPTIQUE INTEGREE ADAPTES A LA FIBRE AMPLIFICATRICE LE CONSTITUANT SONT COMPAREES. LES TECHNIQUES EXPERIMENTALES CONCERNENT PRINCIPALEMENT L'ETUDE DE L'ACCORDABILITE PAR EXCITATION SELECTIVE DE SITES ET DE LA LIMITATION DU GAIN PAR EMISSION STIMULEE SUR LA TRANSITION DE POMPAGE INDUISANT UNE ABSORPTION RESIDUELLE NON SATURABLE ; L'ETUDE DES EFFETS DE TRANSFERTS DANS LES FIBRES DOPEES PAR LUMINESCENCE COOPERATIVE : L'ETUDE D'UN PROCEDE DE CHANGEMENT DE VALENCE PAR IRRADIATION Y CONDUISANT A UNE REDUCTION DES IONS URANIUM PLACES EN MATRICE VERRE FLUORE (ZBLAN) ; LA DEMONSTRATION D'UN EFFET LASER A TROIS NIVEAUX, FONCTIONNANT EN REGIME CONTINU ET EN CONTRE-REACTION EXTERNE PAR RESEAU

Author: Muriel Saccoccio
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Languages : en
Pages : 410

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Ce mémoire traite des amplificateurs et émetteurs lasers à base de fibres dopées aux ions de terres rares, et de leurs potentialités d'application dans le domaine aéronautique et spatial. les conclusions tirées s'appuient sur une étude bibliographique, des modélisations analytiques et des validations expérimentales. Les amplificateurs à fibre dopée peuvent être utilisées à l'émission, en ligne, ou à la réception dans des applications de transmission, distribution ou détection de signaux optiques. La première partie du document comporte une analyse des conditions dans lesquelles leur efficacité peut être démontrée. Elle confirme leur adéquation pour toute application de type télécommunications. La deuxième partie traite des émetteurs lasers et de leurs performances dans diverses configurations. le domaine spectral étudié est celui dit à sécurité oculaire, comprenant en particulier les longueurs d'onde 1.55 et 2 μm. Parmi les dispositifs envisageables, ceux qui permettent une émission continue faible bruit, monomode transverse et monofréquence, dans une configuration compacte, présentent un grand intérêt pour des applications comme le lidar. Enfin, ce document présente l'étude de faisabilité d'un oscillateur local pour lidar à 2μm. L'étude de lasers à fibre adaptés a permis de vérifier leur capacité à répondre à de tels besoins. le seul point ritique identifié est la stabilité de la longueur d'onde émise, critère très contraignant dans une application lidar. la comparaison avec l'état de l'art des technologies concurrentes n'a cependant pas permis d'identifier de meilleure solution.

Author: Mathieu Devautour
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Languages : fr
Pages : 187

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Les lasers à fibre dopée aux ions de terre rare atteignent aujourdh'ui des puissances comparables à celle des lasers massifs. Ces lasers possèdent de nombreux avantages, tels une excellente dissipation thermique, une bonne qualité spatiale de faisceau, une compacité élevée et une très grande robustesse. La montée en puissance de ce type de laser est limitée aujourd'hui, par l'apparition d'effets non linéaires, aux niveaux de puissances actuels, qui perturbent le fonctionnement du laser et dégradent les qualités spatiales et spectrales des faisceaux émis. La plupart des recherches actuelles destinées à repousser ces limitations se concentrent sur l'accroissement de la taille du cœur de la fibre utilisée comme milieu à gain. Cette approche conduit généralement à limiter la concentration en dopant du milieu actif. Une voie alternative est explorée qui consiste à accroître simultanément la surface du cœur de la fibre et la concentration en terre rare du milieu actif. Dans un premier temps, une modélisation numérique complète des oscillateurs lasers continus à fibre dopée aux ions de terre rare est développée et validée expérimentalement. Dans un second temps une fibre combinant large cœur et fort niveau de dopage et offrant une émission unimodale par filtrage des modes d'ordre élevé à l'aide d'une gaine structurée est conçue. Ensuite, deux procédés de fabrication de fibre dopée aux ions de terre rare alternatifs au procédé MCVD sont développés. Le premier, consistant en une vitrification directe de poudre de silice, a permis d'obtenir un matériau de silice dopée à l'ytterbium extrêmement efficace et très homogène en terme d'indice de réfraction. Ce résultat permet d'envisager la fabrication de fibre à large cœur et fort niveau de dopage par ce procédé simple et peu coûteux. Le second, fonctionnant par assemblage étirage multiple, s'est révélé complexe et long à mettre en œuvre. Il n'a pas permis la fabrication d'une fibre offrant une émission unimodale. Cependant, le comportement homogène des matériaux structurés à une période voisine de la longueur d'onde de l'onde lumineuse a pu être vérifié expérimentalement.

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Category : Telecommunication
Languages : en
Pages : 540

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Author: JEAN FRANCOIS.. MARCEROU
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Languages : fr
Pages : 258

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LA CARACTERISATION PAR SPECTROSCOPIE LASER A UN ET DEUX PHOTONS DE VERRES ET DE FIBRES OPTIQUES MONOMODES DOPES PAR DES IONS TERRES-RARES TRIVALENTS DEBOUCHE SUR L'UTILISATION DE LA FLUORESCENCE DANS L'APPLICATION A DES CAPTEURS A FIBRE OPTIQUE CONTINUMENT SENSIBLES. AU COURS DE CE TRAVAIL, LE ROLE DU CONFINEMENT DE L'ENERGIE DANS CE MILIEU GUIDE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'AMPLIFICATION LASER, EN PARTICULIER DANS L'INFRAROUGE VERS 1,54 MICRONS POUR L'ION ERBIUM. DES GAINS TRES IMPORTANTS ONT ETE MESURES A CETTE LONGUEUR D'ONDE, OUVRANT LA POSSIBILITE DE REALISER DES AMPLIFICATEURS POUR LES TELECOMMUNICATIONS

Author: LIONEL.. PUJOL
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Languages : fr
Pages : 150

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LE BUT DE CETTE THESE A CONSISTE A CARACTERISER DES FIBRES EN VERRE FLUORE DOPEES AUX IONS DE TERRES RARES ET A ETUDIER LEURS COMPORTEMENTS EN MONTAGE AMPLIFICATEUR ET LASER. A ETUDE DE L'AMPLIFICATEUR OPTIQUE A FIBRE DOPEE PRASEODYME A 1.3 M: LE RAYONNEMENT D'UNE SONDE LASER A 1.3 M EST INJECTEE DANS UNE FIBRE DOPEE AVEC DES IONS DE TYPE PRASEODYME. NOUS ENVOYONS SIMULTANEMENT DANS LE MILIEU UN AUTRE FAISCEAU LASER DE POMPE AUTOUR DE 1017 NM, CECI AFIN D'EXCITER LES IONS ACTIFS DE LA MATRICE. LE GAIN OPTIQUE MESURE A L'ANALYSEUR DE SPECTRE OPTIQUE CORRESPOND ALORS AU RAPPORT ENTRE LE NIVEAU DE SIGNAL PRIS DIRECTEMENT A LA SORTIE DE LA FIBRE ET CELUI INJECTE. LES MESURES EFFECTUEES AU SEIN DU LABORATOIRE ONT DONNE DES GAINS DE L'ORDRE DE 20 DB POUR UNE PUISSANCE DE POMPAGE DE L'ORDRE DE 250 MW ABSORBEE PAR LE MILIEU. B ETUDE DU LASER A FIBRE DOPEE PRASEODYME A 1.3 M: NOS EFFORTS SE SONT CONCENTRES SUR LA DYNAMIQUE DU LASER A FIBRE ET SUR LES PHENOMENES QUI REGISSENT SON COMPORTEMENT. NOUS AVONS COMMENCE PAR FAIRE LA SPECTROSCOPIE DETAILLEE DE L'ION PRASEODYME POUR COMPRENDRE LES MECANISMES IMPLIQUES DANS LA CREATION DE CHAMP A 1.3 M. LE LASER A 1.3 M A ENSUITE ETE ETUDIE DANS DIFFERENTES CONFIGURATIONS DE CAVITE, EN L'OCCURENCE LES CAVITES EN ANNEAU ET A PRISME, AVEC L'IDEE DE REDUIRE LA BANDE D'EMISSION DU LASER. EN INSERANT UN PRISME, NOUS AVONS REUSSI A ACCORDER LE LASER SUR 50 NM ENTRE 1.28 M ET 1.33 M ET MESURE L'EVOLUTION DES FLUORESCENCES VISIBLES. LA DYNAMIQUE DU LASER A ETE FOCALISEE SUR LE RETARD A L'ALLUMAGE ET L'EVOLUTION DES OSCILLATIONS DE RELAXATION AVEC LE TAUX DE POMPAGE. NOUS AVONS ESSAYE D'EXPLIQUER LE COMPORTEMENT DES OSCILLATIONS DE RELAXATIONS LIE A LA REABSORPTION DU CHAMP A 1.3 M. ENFIN, CE TRAVAIL A ETE COMPLETE PAR L'ECRITURE D'UN MODELE SIMPLE UTILISANT LE FORMALISME DES EQUATIONS D'EVOLUTION

Author: Jacques Rubin
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Category :
Languages : en
Pages : 180

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L'OBJET DE CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DES LASERS A IONS TERRES RARES ET PLUS PARTICULIEREMENT DU LASER A HOLMIUM : HO**(3+) DANS LA MATRICE FLUOREE YLIF::(4). CELUI-CI PRESENTE LES INCONVENIENTS D'AVOIR DES SEUILS LASERS ELEVES ET DE MAUVAIS RENDEMENTS DE CONVERSION. A CES PROBLEMES, UN DEBUT DE SOLUTION EST APPARU AVEC LE SYSTEME : YLIF::(4) : ER**(3+); TM**(3+); HO**(3+) OU LES IONS ER**(3+) JOUENT LE ROLE DE SENSIBILISATEURS ABSORBANT LES EXCITATIONS LUMINEUSES ET A PARTIR DESQUELS L'ENERGIE EST TRANSFEREE VIA L'ION TM**(3+) VERS L'ION HO**(3+) D'OU NAIT L'EMISSION LASER. L'OBJECTIF ESSENTIEL EST LA DESCRIPTION DETAILLEE DES PROCESSUS DE DYNAMIQUE TEMPORELLE DES NIVEAUX D'ENERGIE DES IONS ER**(3+), TM**(3+) ET HO**(3+) A TEMPERATURE AMBIANTE

Author: Vincent Petit
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Languages : fr
Pages : 274

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Cette thèse porte sur l’étude de sources lasers à base d’ions Yb3+ pour une émission autour de 1 μm. Le premier objectif de ce travail était d’étudier des cristaux massifs dopés Yb3+ fabriqués au CIRIL pour réaliser des sources lasers en régime continu et en régime à impulsions brèves. Pour cela, nous avons concentré notre attention sur la matrice de CaF2 dopée Yb3+ qui combine les propriétés des cristaux (bonne conductivité thermique) et des verres (larges bandes d’émission). Bien que largement étudié par le passé, le CaF2 dopé par de l’ytterbium trivalent n’avait pas encore fait l’objet d’une étude spectroscopique détaillée. L’examen du fonctionnement laser a donc été précédé d’une étude spectroscopique pour de faibles et de forts taux de dopage en ions Yb3+. Les sites dits isolés ainsi que les agrégats d’ions terres rares ont pu être caractérisés clairement. Une étude laser expérimentale et théorique a ensuite été menée qui a conduit à d’excellentes performances, en régime continu ou femtoseconde, plaçant le CaF2:Yb3+ comme un des plus sérieux candidats pour ce type de source. Le second objectif de cette thèse était l’étude d’une source laser en optique intégrée émettant à 980 nm, utile dans le domaine des télécommunications (pompage des amplificateurs dopés erbium). Deux voies d’exploration ont été examinées, l’une sur des guides de SiO2:Yb,Ti,Ge fabriqués par pulvérisation magnétron réactive et l’autre sur des guides de CaF2:Yb3+ élaborés par implantation ionique. De premiers résultats expérimentaux ont été obtenus, et un modèle laser théorique nous a permis de prédire l’émission laser à 980 nm dans ce type de structure.

Author: Florent Starecki
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Category :
Languages : fr
Pages : 212

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Dans un contexte de miniaturisation de sources laser à base de matériaux diélectriques pour des systèmes photoniques intégrés, ce travail de thèse porte sur le développement de sources lasers compactes dans le domaine visible basées sur des guides d’onde de fluorures dopés avec un ion de terre rare, le praséodyme. L’étude de la luminescence de cet ion a permis de confronter la théorie de Judd-Ofelt aux résultats expérimentaux, en proposant des extensions pour mieux décrire le cas particulier de l’ion praséodyme vis-à-vis de cette théorie. La partie centrale de ce travail traite de cristallogenèse des fluorures, d’abord sous forme de cristaux massifs par la méthode de Czochralski, puis sous forme de couches minces déposées par la technique d’épitaxie en phase liquide. Cette technique de croissance a été développée et optimisée au cours de ce travail de thèse, et a conduit à l’épitaxie de couches de fluorures dopés terres rares de qualité optique remarquable. Des couches actives de LiYF4 dopé par les ions de terres rares Pr3+ et Tm3+ ont permis de réaliser des émetteurs lasers compacts émettant dans le visible, ce qui constitue un première. Par ailleurs, des lasers en guide d’onde ont aussi été démontrés dans le proche infrarouge avec une excellente efficacité. Ces résultats ouvrent la voie vers l’intégration de lasers en guide d’onde à des systèmes plus complexes pompés, par exemple, par des diodes à base de InGaN et permettant de réaliser des sources Rouge-Vert-Bleu (RVB) compactes et efficaces. Des lasers impulsionnels très compacts, à hauts taux de répétition dans le proche infrarouge sont aussi directement envisageables en utilisant des dopages Yb3+ ou Tm3+.