Nouvelles sources laser bleues à base de fibres dopées Néodyme PDF Download
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Book Description
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.
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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.
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Les sources laser bleues possèdent des applications nombreuses et variées (shows laser, affichage, médecine, spectroscopie, communications sous-marines, stockage de données). Lors de cette thèse, nous avons démontré qu’avec de nouveaux concepts, il est possible de réaliser des sources bleues originales à base de cristaux dopés néodyme. Nous avons dans un premier temps proposé une alternative au laser à Argon en concevant une source basée sur la somme de fréquence de deux raies du néodyme émettant autour de 1060 nm et 910 nm. Afin de choisir le cristal optimal, nous avons mené une étude comparative sur certaines caractéristiques physiques et les performances laser sur la transition 4F3/2-4I9/2 des cristaux de Nd:GdVO4 et Nd:YVO4. Nous avons ensuite conçu et réalisé quatre architectures laser émettant en continu à 491 nm, toutes à base de somme de fréquence intracavité. Les deux premières étaient basées sur des lasers bi-longueur d’onde à un seul ou deux cristaux laser. La troisième était composée de deux lasers dont les cavités étaient imbriquées, le cristal non linéaire étant inséré dans la partie commune. Finalement, nous avons réalisé un laser émettant à 1064 nm pompé intracavité à 912 nm. Sur le même principe, nous avons conçu une source en régime déclenché à 491 nm grâce à un nouveau concept d’extraction de puissance par interaction non linéaire. La somme de fréquence a alors lieu intracavité à 912 nm mais extracavité à 1063 nm. Finalement, nous avons étudié et réalisé un laser fonctionnant sur la transition à trois niveaux de l’ion néodyme.
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LES SOURCES LASER EMETTANT AUTOUR DE 976 NM SONT NECESSAIRES DANS LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES POUR LE POMPAGE DES AMPLIFICATEURS A FIBRE DOPEE PAR DES IONS ERBIUM, OU POUR REALISER UNE SOURCE A 488 NM APRES UNE CONVERSION NON LINEAIRE. LES SOURCES MONOMODES TRANSVERSES AVAIENT AU DEBUT DE MA THESE DES PUISSANCES LIMITEES A 1 W. DE PLUS FORTES PUISSANCES ETAIENT DEMANDEES. NOUS AVONS ETUDIE DES SOURCES BASEES SUR LES MATERIAUX DOPES PAR DES IONS YTTERBIUM, QUI PRESENTENT UNE IMPORTANTE SECTION EFFICACE D'EMISSION AUTOUR DE 976 NM. MAIS L'ABSORPTION A 976 NM EST TRES FORTE, LIEE AU CARACTERE TROIS NIVEAUX DE LA TRANSITION, NECESSITANT UN POMPAGE A 915 NM INTENSE POUR OBTENIR LA TRANSPARENCE A 976 NM. DEUX SOLUTIONS ONT ETE TESTEES.LES FIBRES MONOMODES DOPEES PAR DES IONS YTTERBIUM NOUS ONT PERMIS DE DEVELOPPER DIFFERENTES SOURCES, DONT UN LASER AFFINE SPECTRALEMENT TRES EFFICACE (72 %), QUI A SERVI A REALISER UNE SOURCE A 488 NM PAR DOUBLEMENT DE FREQUENCE DANS UN GUIDE D'ONDE NON LINEAIRE EN NIOBATE DE LITHIUM POLARISE PERIODIQUEMENT, AVEC UNE EFFICACITE DE CONVERSION DE 26 %. NOUS AVONS AUSSI ETUDIE L'AMPLIFICATION D'UNE DIODE LASER IMPULSIONNELLE A 976 NM DANS CES FIBRES, ET REALISE LE DOUBLEMENT DE LA FREQUENCE DE CETTE SOURCE AVEC UNE EFFICACITE DE 34 %. POUR DIMENSIONNER LES FIBRES UTILISEES, NOUS AVONS SIMULE LA PROPAGATION DES FAISCEAUX DANS CES FIBRES.NOUS AVONS ETUDIE EGALEMENT LE POTENTIEL DES CRISTAUX DE YB:KY(WO4)2. ILS ONT MONTRE UN FORT GAIN A 981 NM AVEC UN POMPAGE PAR UN LASER A SAPHIR DOPE AU TITANE A 931 NM. L'INTENSITE DES DIODES LASER A 931 NM ACTUELLES EST LIMITEE, INTERDISANT LE POMPAGE PAR DIODE DE CES CRISTAUX.
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Les premières réalisations et études d'un laser à fibres optiques dopées au néodyme et au chrome passivement Q-déclenché par saturation de l'absorption sont présentées dans cette thèse. Une telle source nécessite un milieu amplificateur et un milieu absorbant saturable fibrés aux caractéristiques spectroscopiques compatibles donnant un fonctionnement auto-impulsionnel. Notre choix s'est porté sur le couple néodyme/chrome. La spectroscopie des ions néodyme dans les fibres à base de silice est brièvement rappelée. Les conclusions récentes et nouvelles d'une étude préalable à cette thèse sur la caractérisation spectroscopique des ions chrome dans une fibre optique à base de silice sont présentées de manière plus détaillée. Le comportement original de cette fibre comme absorbant saturable est décrit numériquement. Diverses cavités laser ont été réalisées et étudiées. En insérant 24 centimètres de fibre dopée chrome dans une cavité fermée par un miroir large bande et un réseau de Bragg photo-inscrit dans une fibre optique, nous avons obtenu un laser dont le seuil et l'efficacité valent respectivement 41 mW et 1,7%. Sa puissance varie de 0 à 1,8 mW lorsque la puissance de pompe croit de 41 à environ 150 mW. Sur cette plage de puissance de pompe le laser fonctionne en régime passivement Q-déclenché; la durée des impulsions et leur fréquence de répétition sont respectivement comprises entre 4,7 et 2,4 æs et entre 66 et 118 kHz. Les simulations numériques basées sur un modèle ponctuel simple, adapté à notre cavité, fournissent un accord qualitatif avec nos résultats expérimentaux.
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LE BUT DE CE TRAVAIL ETAIT, D'UNE PART, DE REALISER UN LASER CR 4 + : YAG CONTINU POUR POMPER DES AMPLIFICATEURS A FIBRE OPTIQUE DOPEE ERBIUM POUR LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES ET, D'AUTRE PART, UN LASER A BASE D'UN NOUVEAU MATERIAU AUTODOUBLEUR DOPE ND 3 + OU YB 3 +, LE CA 4GDO(BO 3) 3 OU GDCOB. LE LASER CR 4 + : YAG NOUS A DONNE D'EXCELLENTS RESULTATS AVEC UN GAIN SUPERIEUR A 20 DBM SUR UNE PLAGE DE 60 NM DE LA LONGUEUR D'ONDE SIGNAL POUR UNE PUISSANCE DE 238 MW COUPLEE DANS LA FIBRE. LA MATRICE DE GDCOB, FACILE A ELABORER EN GRANDE DIMENSION, A DECOUPER ET A POLIR ET DE BONNE QUALITE OPTIQUE, PRESENTE UN SEUIL DE DOMMAGE COMPARABLE AU LBO, UN COEFFICIENT NON LINEAIRE EFFECTIF DE 1 PM/V. SON ACCEPTANCE THERMIQUE TRES IMPORTANTE (>50\C.CM) EVITE D'AVOIR REGULER FINEMENT LE CRISTAL EN TEMPERATURE. L'EMISSION INFRAROUGE PRODUITE PAR LES IONS DE NEODYME EST AUTODOUBLEE EN FREQUENCE IN SITU PAR LA MATRICE DE GDCOB SI LE CRISTAL EST CORRECTEMENT ORIENTE. L'AUTODOUBLAGE DE FREQUENCE EN POMPAGE PAR DIODE A AINSI ETE DEMONTRE POUR LA PREMIERE FOIS DANS LE ND:GDCOB. UNE PUISSANCE DE 115 MW A ETE OBTENUE POUR UNE PUISSANCE DE POMPE ABSORBEE DE 1,25 W. LA REALISATION DE MICROLASERS EMETTANT LE VERT EST EN COURS D'ETUDE. L'ETUDE DU CRISTAL YB:GDCOB A MONTRE QUE CE CRISTAL POSSEDAIT UN GAIN ELEVE, EN PARTICULIER LORSQU'IL EST POMPE A 976 NM : L'EFFET LASER EST OBTENU POUR DES MIROIRS DE SORTIE DE TRANSMISSION SUPERIEURE A 10%. UNE PUISSANCE DE 814 MW A 1030 NM POUR UNE PUISSANCE ABSORBEE DE 1,3 W A 976 NM A ETE MESUREE. UN MODELE THEORIQUE PERMET DE PREDIRE LE COMPORTEMENT D'UN LASER QUASI-TROIS NIVEAUX, MODELE ENTIEREMENT VALIDE EXPERIMENTALEMENT GRACE A L'ETUDE MENEE SUR LE LASER YB:GDCOB. DE PLUS, UN LASER YB:GDCOB FEMTOSECONDE EST EN COURS DE DEVELOPPEMENT. CES RESULTATS MONTRENT TOUT L'INTERET DU CRISTAL DE GDCOB ET DU LASER CR 4 + : YAG. MAIS IL RESTE BEAUCOUP DE TRAVAIL A EFFECTUER, DANS LES DEUX CAS POUR EN CERNER PLEINEMENT TOUT LE POTENTIEL.
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Le nombre croissant d'applications des sources lasers de puissance favorise le développement de solutions techniques innovantes afin d'atteindre des performances inédites. Pour y parvenir, la technologie des lasers solides bénéficie des progrès considérables réalisés pour l'intégration et la montée en puissance des diodes lasers utilisées pour le pompage. Les milieux à gain doivent alors permettre une conversion efficace du rayonnement de pompage en rayonnement laser tout en limitant les phénomènes thermiques et les effets induits par la puissance crête. Au cours de cette thèse, nous proposons d'étudier deux concepts différents afin de dépasser les principaux écueils des systèmes émettant dans le proche infrarouge (1 μm). Dans le cadre d'une collaboration regroupant le Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents, le Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique et l'entreprise Fibercryst, nous avons développé et caractérisé des fibres cristallines dopées Ytterbium élaborées par la technique de croissance micro-pulling down. Cette géométrie combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis d'obtenir des performances laser prometteuses pour la réalisation de systèmes alliant forte énergie, forte puissance moyenne et forte puissance crête. La seconde partie de ce travail de thèse est consacrée à l'étude du concept de pompage direct de cristaux dopés Néodyme dans les niveaux émetteurs. Cette voie, permettant de réduire à l'extrême l'échauffement dans le milieu, est fortement prometteuse pour l'amélioration des performances des systèmes laser utilisant des cristaux dopés Néodyme.
Author: Philippe Roy (professeur d'éducation physique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 252
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DANS DE MULTIPLES DOMAINES TELS QUE LA TELEMETRIE, LA REFLECTOMETRIE OU LES COMMUNICATIONS EN ESPACE LIBRE, L'EMPLOI DE SOURCES D'IMPULSIONS LUMINEUSES A FORTE PUISSANCE CRETE S'AVERE NECESSAIRE. LES LASERS DECLENCHES A FIBRES DOPEES ERBIUM EMETTANT DANS LE DOMAINE DE SECURITE OCULAIRE ( = 1,53 M) SONT DES CANDIDATS PARTICULIEREMENT INTERESSANTS POUR CES APPLICATIONS. DANS CE MANUSCRIT LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DE DIVERSES SOURCES LASERS SONT PRESENTES ET COMPARES A CEUX DES SOURCES A FIBRES OPTIQUES DOPEES A L'ERBIUM. UNE APPROCHE THEORIQUE NOUVELLE (ASSOCIANT RAPIDITE DE CALCUL ET PRECISION DES RESULTATS) EST PROPOSEE POUR LA MODELISATION DE LASERS DECLENCHES A FIBRES DOPEES ERBIUM DE CONFIGURATIONS DIVERSES. LE PROGRAMME CONCU PERMET D'OPTIMISER LES PARAMETRES PRINCIPAUX DE CES SOURCES. LES MODELISATIONS THEORIQUES SONT MENEES DANS DEUX VOIES DISTINCTES, L'UNE VISANT A DETERMINER LES PERFORMANCES ULTIMES D'UN LASER DECLENCHE A FIBRE DOPEE ERBIUM, L'AUTRE ETANT DESTINEE A ASSISTER LA FABRICATION EXPERIMENTALE DE LASERS REALISES A L'AIDE DE COMPOSANTS STANDARDS. L'ETUDE EXPERIMENTALE MET EN EVIDENCE LE NOMBRE IMPORTANT DE PARAMETRES A PRENDRE EN COMPTE POUR REALISER UN DISPOSITIF EFFICACE. AINSI, LES CARACTERISTIQUES DE NOMBREUX COMPOSANTS (TYPE DE FIBRE, DOPAGE, LONGUEUR, PUISSANCE ET LONGUEUR D'ONDE DE LA DIODE DE POMPE, ETC...) ET DE PLUSIEURS SOURCES AUX ARCHITECTURES DIFFERENTES (LASER EN LIGNE, LASER EN BOUCLE, DISPOSITIFS HYBRIDES) SONT ETUDIEES. LES ALLURES DES IMPULSIONS OBTENUES SONT DECRITES ET ANALYSEES A LA LUMIERE DES ELEMENTS THEORIQUES PREALABLEMENT DEVELOPPES. L'ENSEMBLE DE CE TRAVAIL ABOUTIT FINALEMENT A LA REALISATION DES SOURCES TOUT FIBRE PUISSANTES (4KW A 1KHZ ET 1KW A 10KHZ) ET COMPACTES SUSCEPTIBLES D'ETRE UTILISEES EN TELEMETRIE, EN IMAGERIE ACTIVE OU EN REFLECTOMETRIE...
Author: Sébastien Forget Publisher: Springer ISBN: 3642367054 Category : Science Languages : en Pages : 179
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Organic lasers are broadly tunable coherent sources, potentially compact, convenient and manufactured at low-costs. Appeared in the mid 60’s as solid-state alternatives for liquid dye lasers, they recently gained a new dimension after the demonstration of organic semiconductor lasers in the 90's. More recently, new perspectives appeared at the nanoscale, with organic polariton and surface plasmon lasers. After a brief reminder to laser physics, a first chapter exposes what makes organic solid-state organic lasers specific. The laser architectures used in organic lasers are then reviewed, with a state-of-the-art review of the performances of devices with regard to output power, threshold, lifetime, beam quality etc. A survey of the recent trends in the field is given, highlighting the latest developments with a special focus on the challenges remaining for achieving direct electrical pumping of organic semiconductor lasers. A last chapter covers the applications of organic solid-state lasers.
Author: Erich Hörl Publisher: Bloomsbury Publishing ISBN: 1350014710 Category : Philosophy Languages : en Pages : 400
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Ecology has become one of the most urgent and lively fields in both the humanities and sciences. In a dramatic widening of scope beyond its original concern with the coexistence of living organisms within a natural environment, it is now recognized that there are ecologies of mind, information, sensation, perception, power, participation, media, behavior, belonging, values, the social, the political... a thousand ecologies. This proliferation is not simply a metaphorical extension of the figurative potential of natural ecology: rather, it reflects the thoroughgoing imbrication of natural and technological elements in the constitution of the contemporary environments we inhabit, the rise of a cybernetic natural state, with its corresponding mode of power. Hence this ecology of ecologies initiates and demands that we go beyond the specificity of any particular ecology: a general thinking of ecology which may also constitute an ecological transformation of thought itself is required. In this ambitious and radical new volume of writings, some of the most exciting contemporary thinkers in the field take on the task of revealing and theorizing the extent of the ecologization of existence as the effect of our contemporary sociotechnological condition: together, they bring out the complexity and urgency of the challenge of ecological thought-one we cannot avoid if we want to ask and indeed have a chance of affecting what forms of life, agency, modes of existence, human or otherwise, will participate-and how-in this planet's future.
Author: Michael 1791-1867 Faraday Publisher: Legare Street Press ISBN: 9781013603693 Category : Languages : en Pages : 50
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Author: Célia Bartolacci
Author: Célia Bartolacci
Author: Emilie Hérault
Author: Aude Bouchier
Author: Laurent Tordella
Author: Frédérika Augé-Rochereau
Author: Damien Sangla
Author: Philippe Roy (professeur d'éducation physique).)
Author: Sébastien Forget
Author: Erich Hörl
Author: Michael 1791-1867 Faraday