ETAT DE L'ART DES LASERS A FIBRE, ETUDE D'UN LASER A FIBRE DOPEE YTTERBIUM ET SPECTROSCOPIE LASER DE FIBRES DOPEES PDF Download
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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
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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: MARC.. LE FLOHIC Publisher: ISBN: Category : 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: Pascal Paradis Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Le développement de lasers impulsionnels à fibre optique émettant dans l'infrarouge moyen a soulevé beaucoup d'intérêt en recherche au cours des deux dernières décennies. Ces sources laser sont particulièrement intéressantes pour la télédétection de gaz atmosphériques, pour le diagnostic médical, pour la découpe de tissus biologiques, pour le traitement des matériaux et pour les applications en défense et sécurité. Cependant, elles ne sont pas encore suffisamment robustes et fiables pour permettre leur utilisation à grande échelle. Cette thèse se concentre donc sur le développement de lasers impulsionnels à fibre optique émettant autour de 2.8 μm avec une architecture tout-fibre adaptée pour les applications nécessitant des systèmes robustes pouvant être déployés dans des environnements non contrôlés. Ainsi, ces lasers sont également intéressants pour l'usinage laser et les applications biomédicales ainsi que pour les applications en défense et sécurité. Le chapitre 1 présente l'état de l'art des lasers à fibre optique émettant dans l'infrarouge moyen, autant en régime continu qu'en régime impulsionnel, et les défis technologiques à relever pour leur permettre de percer dans les différentes applications d'intérêt. Ensuite, le premier laser impulsionnel à commutation du gain ayant une architecture tout-fibre émettant dans l'infrarouge moyen est présenté au chapitre 2. Celui-ci génère des impulsions aussi courtes que 170 ns avec une énergie par impulsion de 80 μJ à un taux de répétition de 140 kHz. Au chapitre 3, le développement d'un nouvel absorbant saturable à partir d'une fibre en silice dopée au dysprosium a permis la commutation des pertes d'un laser tout-fibre émettant des impulsions à 2.8 μm avec une durée de 240 ns et une énergie de 4.9 μJ à un taux de répétition de 140 kHz. Pour y arriver, un réseau de Bragg à pas variable hautement réflectif inscrit dans l'absorbant saturable en silice est utilisé de façon novatrice pour l'infrarouge moyen. Nous avons aussi optimisé la technique d'épissure entre une fibre en silice et une autre en verre fluoré pour obtenir une bonne transmission monomode. Finalement, le chapitre 4 présente les effets des paramètres d'un réseau de Bragg uniforme à large bande spectrale, de la longueur de la fibre active et d'un combinateur de pompe fibré sur les performances d'un laser à fibre optique émettant des impulsions aussi courtes que 15 ps à 2.8 μm par synchronisation modale à l'aide d'un SESAM. Les résultats obtenus dans cette thèse ouvrent la porte au déploiement des lasers impulsionnels émettant dans l'infrarouge moyen pour les applications ciblées.
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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
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Les travaux rapportés dans cette thèse sont consacrés à l'étude et à la réalisation d'un laser à fibre double-gaine dopée à l'ytterbium femtoseconde et à la caractérisation des régimes multi-impulsionnels. Les résultats obtenus montrent que des lasers à fibre femtosecondes énergétiques très performants avec des qualités d'émission exceptionnelles en termes de bruit peuvent être réalisés. Par ailleurs, la disponibilité de fortes puissances de pompage grâce à la technologie d'injection par l'encoche, nous a permis de mettre en évidence la richesse et la diversité des régimes d'émission des sources.
Author: Jean-Bernard Lecourt Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 165
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This work deals with the impulsionnal fiber laser development. The first part of this thesis consists in the study and the realization of erbium-doped fibre laser passively Q-switched by iron-doped InGaAs/InP multiple quantum well semiconductor saturable absorber. Moreover simple modelling based on the rate equations has been developed and allows the understanding of the main output characteristics of our laser such as the shape of the pulse. Then, we realize a passively mode-locked fibre laser. The amplifyer medium is an erbium-doped fibre and the ultrafast saturable absorber is a iron-doped InGaAs/InP multiple quantum wells structure. In this configuration, self-starting mode-locking is obtained. 700 fs pulses are measured with both saturable absorber and polarization effects. In the third part of this study, we use ultra-fast saturable absorber (500 fs) as a cavity end-mirror. 300 fs optical pulses are obtained. With the same cavity, Saturable Absorber Incorporating NanoTubes (SAINT) can self-start stable mode-locking whatever the dispersion of the cavity (soliton or Stretched-pulse regime). More than 150 pJ pulse energy is obtained and the pulse duration is included between 700 fs (soliton) and few picoseconds (stretched pulse). Finally we have realized a high-energy fibre laser Q-switched by semiconductor saturable absorber GaAs. The amplifyer medium is a double-clad ytterbium-doped fibre. We obtain optical pulses of several micro-joules (7 μJ) with duration of 1 μs. The laser can be tuned over 30 nm around the central wavelength (1,07 μm).
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Les lasers émettant dans le domaine spectral bleu suscitent un intérêt croissant pour de nombreuses applications dans les domaines de la biologie, de la détection optique ou de la médecine. Nous présentons d’abord un état de l’art des sources lasers bleues existantes ainsi que quelques applications possibles de ces sources. L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles sources laser bleues à partir de fibres optiques dopées. Nous avons choisi de réaliser un système laser basé sur une fibre dopée Néodyme, émettant à 927 nm, dans une architecture de type MOPA. Le signal IR émis est doublé en fréquence dans un cristal de Niobate de Lithium pour obtenir une émission laser à 463 nm. Les fibres optiques à double gaine dopées Néodyme, spécialement conçues pour émettre à 930 nm, présentent un profil d’indice de réfraction en W agissant comme un filtre passe bas en longueur d’onde afin d’atténuer la transition à 1060 nm de l’ion Néodyme. Les propriétés de propagation sont étudiées ainsi que les propriétés spectroscopiques et les mécanismes de perte de l’ion Néodyme dans les verres en silice. Deux sources lasers émettant à 927 nm sont mises en œuvre à partir des fibres dopées Néodyme (MOPA à un ou deux étages d’amplification) et sont caractérisées. Elles sont ensuite doublées en fréquence pour obtenir une émission laser bleue. Plusieurs régimes de fonctionnement sont envisagés. Une source en régime d’impulsions picosecondes est testée pour des applications en microscopie confocale. Une autre source bleue émettant à 490 nm est obtenue par doublage de fréquence du signal émis par un système MOPA à fibre dopée Ytterbium pompée à 930 nm par un laser à fibre dopée Néodyme.
Author: JEAN FRANCOIS.. MARCEROU Publisher: ISBN: Category : 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
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Les lasers à fibre optique dopée à l'ytterbium en régime continu de haute puissance ontune part de marché grandissante pour des applications d'usinage de métaux. Malgré qu'il s'agisse d'une technologie relativement répandue, un important problème subsiste dans laplupart de ces lasers. À haute puissance, la diffusion Raman stimulée transfère une partie de la puissance de la longueur d'onde principale d'émission des lasers autour de 1070 nm à la première bande de Stokes Raman autour de 1120 nm, ce qu'on appelle l'instabilité Raman. Cette puissance transférée est inutilisable et peut même être dangereuse pour le système laser et ses utilisateurs. Malgré les travaux théoriques et expérimentaux effectués sur ces lasers, très peu d'explications ont été fournies sur les liens entre les paramètres de la fibre optique et des réseaux de Bragg formant la cavité laser et l'instabilité Raman. Le but du projet de maîtrise présenté dans ce mémoire est donc de développer un modèle de simulation numérique de ces lasers, afin de comprendre et d'identifier les mécanismes dominants qui favorisent l'instabilité Raman et de trouver des configurations de montage la minimisant. Ce mémoire présente les deux modèles de simulation développés dans le cadre de ce projet. Le premier traite la propagation du signal laser comme étant unidirectionnelle, alors que le second la traite comme étant bidirectionnelle, ce qui se rapproche plus de la situation expérimentale. Le montage typique simulé est constitué d'une fibre optique à double gaine dopée à l'ytterbium ayant une grande aire modale effective, d'un réseau de Bragg à haute réflectivité et d'un réseau de Bragg à faible réflectivité servant de coupleur de sortie. Les simulations ont permis d'identifier cinq paramètres de la cavité laser ayant un impact important sur l'instabilité Raman. Une faible puissance moyenne du signal, une courte fibre optique de gain, une configuration de pompage en contrapropagation, c'est-à-dire par le côté du coupleur de sortie, ainsi qu'une plus faible réflectivité et une large bande réfléchissante du réseau de Bragg à faible réflectivité permettent de limiter la génération de l'instabilité Raman. L'optimisation de ces paramètres permet d'obtenir une cavité laser ayant extrêmement peu d'instabilité Ra-man. Ce faible niveau d'instabilité Raman semble être causé par une plus faible puissance intracavité, une courte distance de propagation et des modulations rapides de la puissance du signal. Des montages simulés incluant un filtre dans la cavité à la longueur d'onde de Stokes Raman, un réflecteur non linéaire ou une cavité de basse puissance amplifiée ont également montré une réduction significative de l'intensité de l'onde de Stokes Raman.
Author: Sylvain Magne
Author: Sylvain Magne
Author: Sylvain Magne
Author: MARC.. LE FLOHIC
Author: Pascal Paradis
Author: LIONEL.. PUJOL
Author: Bülend Ortac
Author: Jean-Bernard Lecourt
Author: Célia Bartolacci
Author: JEAN FRANCOIS.. MARCEROU
Author: Mathieu Huneault