Etude théorique et expérimentale d'un laser à solide de forte puissance moyenne, déclenché à haute-cadence et possédant une bonne qualité de faisceau PDF Download
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Author: Aurélie Montmerle Bonnefois
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Languages : fr
Pages : 179
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Book Description
Le but de ce travail est de concevoir, étudier, comprendre et optimiser un laser à solide déclenché à haute-cadence (7 à 10 kHz), alliant forte puissance moyenne (500 W) et bonne qualité de faisceau (M2
Author: Aurélie Montmerle Bonnefois
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Languages : fr
Pages : 179
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Book Description
Le but de ce travail est de concevoir, étudier, comprendre et optimiser un laser à solide déclenché à haute-cadence (7 à 10 kHz), alliant forte puissance moyenne (500 W) et bonne qualité de faisceau (M2
Author: Sophie-Charlotte Auzanneau
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Languages : fr
Pages : 206
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Book Description
Dans cette thèse, nous présentons notre étude portant sur des diodes laser émettant à 980 nm. Nous souhaitions améliorer leur luminance, c'est-à-dire avoir une forte puissance alliée à une qualité spatiale du faisceau élevée. Afin de contrôler la qualité spatiale du faisceau, nous avons développé une forme particulière de laser, à savoir un laser à cavité évasée: le laser est constitué d'une section monomode droite suivie d'un évasement. Nous avons étudié deux types de section évasée, le premier (type I) à guidage par l'indice et à faible angle d'ouverture inférieur à 1ʿ, le second (type II) à guidage par le gain avec un angle entre 4 à 6ʿ. Nous avons utilisé une structure verticale d'épitaxie sur GaAs optimisée pour l'obtention de puissance. Afin d'optimiser la forme du guide d'onde évasé, nous avons développé un programme qui a permis d'optimiser la géométrie du laser évasé de type I en vue d'obtenir un mode en sortie le moins multimode possible. La question de la caractérisation de la qualité spatiale du faisceau s'est posée lors de l'évaluation expérimentale des lasers évasés. Les profils non-gaussiens des faisceaux nous ont conduit à utiliser les définitions de la taille et de la divergence des champs proche et lointain basées sur les écarts-types des profils d'intensité. Nous avons alors déterminé le facteur de qualité spatiale M2 selon sa définition adaptée à un faisceau quelconque basée sur les écarts-types. Nous avons mis en place un procédé expérimental de la mesure de la taille et de la divergence puis validé le traitement des données et notre méthode de calcul du facteur M2 par l'étude d'un laser ridge monomode. Expérimentalement, il apparaît que les lasers de type I les plus prometteurs possèdent un angle de 0,64ʿ, et un angle de 4ʿ pour les lasers de type II. Avec les premiers, on obtient 600mW avec un M2 de 2,1 et avec les seconds 1,2W avec un M2 de 3,3. D'autres types de lasers évasés (boîtes quantiques, électrodes distribuées) sont également étudiés.
Author: FREDERIC.. NAUDAN
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Languages : fr
Pages : 238
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LES LASERS A SEMI-CONDUCTEUR ONT CONNU UN DEVELOPPEMENT SPECTACULAIRE AU COURS DES CINQ DERNIERES ANNEES. UNE TECHNOLOGIE EST PARTICULIEREMENT DEVELOPPEE: ASGAAL A LA LONGUEUR D'ONDE 800NM POUR LE POMPAGE OPTIQUE DES LASERS SOLIDES. CETTE APPLICATION A MOTIVE LE DEVELOPPEMENT DES LASERS SEMI-CONDUCTEUR A CAVITE LARGE (RUBAN LARGE ET MULTI-RUBAN) DELIVRANT DE FORTES PUISSANCES (LE WATT CW). LES TECHNIQUES DE FABRICATION PERMETTANT D'ACCROITRE LA PUISSANCE DE CES SOURCES SACRIFIENT NEANMOINS LEUR PURETE SPATIALE ET SPECTRALE. EN EFFET, UN INCONVENIENT DES LASERS A CAVITE LARGE EST LEUR FAIBLE COHERENCE SPATIALE SE TRADUISANT NOTAMMENT PAR UNE EMISSION MULTIMODE DE DIVERGENCE ANGULAIRE IMPORTANTE. IL EST DONC NECESSAIRE D'ENVISAGER DES METHODES DE MISE EN FORME SPATIALE DES FAISCEAUX LASERS. PLUS GENERALEMENT, POUR LES SOURCES MULTI-LASER, LE CONCEPT DE MISE EN PHASE DE DIODES LASERS A VU LE JOUR POUR GARANTIR UNE EMISSION LASER DE PUISSANCE ELEVEE, UNE GRANDE QUALITE DE FAISCEAU AINSI QU'UN CONTROLE ANGULAIRE EVENTUEL. DANS CE CONTEXTE, L'OBJET DU TRAVAIL EXPERIMENTAL EST LA MISE EN UVRE DE TECHNIQUES ORIGINALES POUR REDUIRE LA DIVERGENCE ET LA LARGEUR SPECTRALE DES DIODES LASER. LA PREMIERE PARTIE DE L'ETUDE EST CONSACREE A L'ANALYSE SPATIALE ET SPECTRALE DES LASERS A SEMI-CONDUCTEUR DE PUISSANCE. LE FACTEUR M#2 EST INTRODUIT COMME CRITERE QUANTITATIF DE QUALITE D'UN FAISCEAU LASER MULTIMODE. L'ANALYSE FINE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DES MODES LATERAUX DES LASERS A CAVITE LARGE EST PROPOSEE. LA SECONDE PARTIE PRESENTE L'UTILISATION D'UNE CAVITE EXTERNE FERMEE PAR UN MIROIR PLAN OU UN RESEAU DE DIFFRACTION PERMETTANT DE FORCER L'OSCILLATION LASER SUR UN MODE LATERAL UNIQUE. NOUS ETENDONS CETTE TECHNIQUE A UNE MATRICE BIDIMENSIONNELLE DE LASERS, AFIN D'OBSERVER L'AUGMENTATION DE LA COHERENCE GLOBALE DE CETTE SOURCE. LA DERNIERE PARTIE PRESENTE UNE METHODE ORIGINALE DE FILTRAGE MODAL EN CAVITE EXTERNE FERMEE PAR UN MIROIR A CONJUGAISON DE PHASE REALISE DANS UN CRISTAL PHOTOREFRACTIF DE TITANATE DE BARYUM. CE DISPOSITIF AUTO-ADAPTATIF CONDUIT EGALEMENT A UNE EMISSION UNIMODALE POUR LE LASER A CAVITE LARGE ET A UN ACCROISSEMENT DE SA LUMINANCE D'UN FACTEUR 4,5. FINALEMENT, IL EST POSSIBLE DE REALISER DES SOURCES LASER A SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE MOPA AVEC DOUBLE PASSAGE DANS LE MILIEU AMPLIFICATEUR ET REFLEXION SUR LE MIROIR A CONJUGAISON DE PHASE. CES SOURCES SONT A LA FOIS PUISSANTES, COHERENTES ET LIMITEES PAR DIFFRACTION
Author: PHILIPPE.. THONY
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Languages : fr
Pages : 184
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LE LASER SPATIAL DOIT POSSEDER UN RENDEMENT IMPORTANT, UNE CADENCE DE TIR ELEVEE ET UN FAISCEAU DE BONNE QUALITE. CECI NOUS A AMENE TOUT D'ABORD A DEVELOPPER ET VALIDER UN LOGICIEL DE SIMULATION DU POMPAGE TRANSVERSE. LA CARTOGRAPHIE D'ENERGIE DE POMPE ABSORBEE CALCULEE PERMET DE REMONTER A DIFFERENTS FACTEURS DU RENDEMENT DU LASER EN MODE FONDAMENTAL. ENSUITE, LE FONCTIONNEMENT DYNAMIQUE DES LASERS PULSES EST ETUDIE: UN ABAQUE PERMET D'EXAMINER LE DECLENCHEMENT A HAUTE CADENCE ET D'OPTIMISER LA CAVITE. LE LASER DECLENCHE EST COMPARE AVEC D'AUTRES SOURCES MODULEES. EN POMPAGE A UNE BARRETTE DE DIODES, LE PROFIL DU GAIN DANS LE CRISTAL LASER A ETE MESURE. UN RESONATEUR A LENTILLE INTERNE A PERMIS DE CARACTERISER LE FAISCEAU LASER MULTIMODE ET MONOMODE. LA TETE DE POMPAGE FINALE COMPREND TROIS DIODES LASER CONTINUES FOCALISEES DANS UN PETIT BARREAU DE YAG:ND POLI SUR SON CYLINDRE. LES SEUILS ET LES RENDEMENTS DIFFERENTIELS MESURES EN MODE FONDAMENTAL ONT ETE INTERPRETES. PUIS, EN DECLENCHANT LA CAVITE AVEC UN MODULATEUR ACOUSTO-OPTIQUE, NOUS AVONS MESURE L'ENERGIE, LA PUISSANCE MOYENNE, LE DELAI DE FORMATION ET LA DUREE DES IMPULSIONS EN FONCTION DE LA CADENCE DE TIR. CES RESULTATS ONT ETE COMPARES AUX VALEURS DONNEES PAR LA THEORIE AVEC UN BON ACCORD
Author: Baya Bennaï
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Languages : fr
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Il existe un besoin de sources laser de puissance afin d'augmenter la portée et la sensibilité des systèmes pour des applications civiles ou militaires. Les technologies à fibre permettent d'obtenir des lasers de puissance de bonne qualité. Or, l'énergie extractible d'un laser à fibre de forte luminance est limitée. La combinaison de plusieurs sources est une solution prometteuse pour accroître les niveaux de puissance et ainsi surpasser les limites individuelles. Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer, de manière théorique et expérimentale, le potentiel de la combinaison cohérente par contrôle actif de phase des lasers à fibre. Au-delà de la montée en luminance, ce contrôle offre d'autres possibilités telles que la micro-déviation de faisceau ou la déformation du front d'onde du faisceau combiné. Une analyse théorique a été effectuée en tenant compte des contraintes « système ». Pour cela, des critères de qualité ont été mis en œuvre afin de juger de l'efficacité de combinaison. Après avoir mis en phase trois amplificateurs, nous avons utilisé notre système pour compenser la turbulence atmosphérique présente sur le trajet des faisceaux jusqu'à la cible visée. Nous avons ainsi réalisé une démonstration de principe de combinaison cohérente sur cible en utilisant le signal rétrodiffusé. Nous avons également étudié l'influence de l'utilisation de fibres LMA faiblement multimode sur l'efficacité de combinaison. Afin de déterminer leur potentiel et les compromis à effectuer, nous avons développé un modèle permettant d'évaluer l'impact du caractère faiblement multimode sur l'efficacité de combinaison. Cette étude a été complétée par des travaux expérimentaux
Author: MEHDI.. ALOUINI
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Languages : fr
Pages : 242
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NOUS EXPLORONS QUELQUES ASPECTS NOUVEAUX DES LASERS SOLIDES MONO-FREQUENCES ET BI-FREQUENCES DOPES AUX TERRES RARES. NOUS NOUS INTERESSONS NOTAMMENT A L'ERBIUM DANS LES SYSTEMES COMPLEXES QUE SONT LES VERRES, MAIS QUI PRESENTENT L'INTERET D'OFFRIR UNE GRANDE PLAGE SPECTRALE DE GAIN. TOUT D'ABORD, DANS CE TYPE DE LASER TOUT FAISCEAU GAUSSIEN TEM 0 0 INDUIT UN EFFET DE LENTILLE RESONNANT QUI, ASSOCIE A LA DIFFRACTION, PROVOQUE DES PERTES RESONNANTES. CECI CONDUIT A DES ANOMALIES DANS LES CARACTERISTIQUES DE BASE D'UN LASER, COMME LA PUISSANCE DE SORTIE D'UN LASER MONOMODE OU LE SPECTRE D'UN MICROLASER MULTIMODE. GRACE A DES MONTAGES ORIGINAUX, NOUS AVONS PU EXPLORER LE CARACTERE HOMOGENE DE LA RAIE DE CE TYPE DE LASER EN MESURANT LE COUPLAGE NON-LINEAIRE ENTRE DEUX MODES. CE COUPLAGE SE REVELE CONSTANT ET PARTICULIEREMENT ELEVE POUR L'ERBIUM DANS UN VERRE : C = 0,85. EN REVANCHE, LES TERMES DE SATURATIONS CROISEES VARIENT FORTEMENT AVEC LA LOCALISATION SPECTRALE DES DEUX MODES, METTANT EN EVIDENCE DES STRUCTURES SPECTRALES INACCESSIBLES PAR LES METHODES DE SPECTROSCOPIE USUELLES. NOUS METTONS AU POINT UN LASER BI-FREQUENCE MONO-AXE DONT LA QUALITE SPECTRALE DU BATTEMENT, DE L'ORDRE DE 1 HZ, EST PARFAITEMENT ADAPTEE POUR REALISER UN OSCILLATEUR LOCAL DANS LA GAMME DES GHZ. EN OUTRE, LA SEPARATION SPATIALE DES ETATS PROPRES D'UN LASER ER : YB : VERRE PERMET DESORMAIS D'ATTEINDRE DES FREQUENCES DE BATTEMENT ACCORDABLES DANS LA GAMME DES THZ. NOUS MONTRONS, PAR AILLEURS, QUE L'ARCHITECTURE BI-AXE D'UN TEL LASER PEUT MENER AU CONCEPT DE FREQUENCE ABSOLUE-ACCORDABLE. LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES LASERS A TERRES RARES A DEUX ETATS PROPRES EST EGALEMENT EXPLORE. PARMI LES NOUVEAUX REGIMES PREDITS PUIS OBSERVES, UN REGIME IMPULSIONNEL
Author: Ngoc Diep Lai
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Languages : fr
Pages : 215
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Book Description
Nous explorons quelques aspects nouveaux des lasers solides impulsionnels ou continus fonctionnant en régimes mono-fréquence ou bi-fréquence. Tout d'abord, nous avons mis au point quelques techniques pour optimiser les caractéristiques des lasers impulsionnnels. (i) Une faible modulation de la puissance de pompe a permis de rendre stable le taux de répétition avec une stabilité relative de 10-6. (ii) La durée des impulsions a été contrôlée continûment d'une dizaine de ns à quelques centaines de ns par trois méthodes différentes : l'ajustement du diamètre du faisceau laser dans l'absorbant saturable, l'ajustement du diamètre du faisceau de pompe dans le milieu actif, et, en particulier, l'utilisation des états fourchus dans un laser à deux axes. De plus, cette méthode des états fourchus a aussi permis (iii) d'augmenter l'énergie des impulsions par addition cohérente. Un laser tout compact Nd:YAG-Cr:YAG à deux fréquences dont la différence est continûment accordable jusqu'à 2,7 GHz a été construit. Les impulsions bi-fréquences sont idéales pour répondre aux besoins des applications telles que le lidar-radar Doppler. En outre, nous montrons que les impulsions bi-fréquences à 1550 nm peuvent être obtenues en utilisant un nouvel absorbant saturable Co: ASL taillé suivant l'axe c dans un laser Er-Yb: verre. Ces impulsions sont parfaitement adaptées aux systèmes de détection en espace libre nécessitant la sécurité oculaire. Le temps de cohérence du battement dans ces lasers a aussi été étudié : il est limité à la durée de l'impulsion. Une nouvelle technique de modulation de la puissance de pompe au voisinage de la fréquence d'oscillation de relaxation du laser a été étudiée et a permis d'obtenir des battements cohérents d'impulsion. La conversion de fréquence utilisant des effets optiques non linéaires a permis d'obtenir des sources bi-fréquences dans le visible. Des impulsions bi-fréquences vertes et rouges ont été obtenues. Une source THz dans le rouge a aussi étér éalisée en utilisant un laser à deux axes Er-Yb:verre doublé dans un cristal mixte "en éventail" de PPLN. Les applications à la génération de micro-ondes et d'ondes sub-millimétriques sont discutées.
Author: Corinne Chauzat
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Le remplacement des lasers à colorant émettant dans la gamme 550-570 nm, à l'aide de lasers solides, représente un véritable enjeu industriel. Les applications sont multiples tant dans le domaine de la recherche biomédicale que dans celui de la métrologie. Quelques solutions ont été développées à 561 nm et à 553 nm. Néanmoins, elles ne permettent pas de fournir des lasers intégrables parfaitement mono-fréquences émettant en continu un faisceau gaussien, d'une puissance supérieure ou égale à 200 mW. Dans ces travaux, nous proposons une étude théorique et expérimentale de cavités lasers solides monolithiques à base de Nd:YAG pompé par diode, doublé en fréquence en intra-cavité, à l'aide d'un cristal non-linéaire de KTP. Ces cavités, constituées de plusieurs cristaux, sont contactées par adhérence moléculaire. Elles ne contiennent aucune optique de mise en forme des faisceaux et présentent la particularité de comporter un double filtre de Lyot. Nous présentons les résultats obtenus avec des cavités émettant à 561 nm pour des puissances supérieures ou égales à 300 mW. Puis, après une étude statistique et une analyse des résultats de test de ces cavités à long terme (> 6000 heures), nous discutons des problèmes éventuels de fiabilité et nous suggérons des axes d'amélioration. Ayant réussi à faire osciller, pour la première fois, la raie à 1106 nm du Nd:YAG, nous montrons ensuite la faisabilité d'un laser compact mono-fréquence continu à 553 nm, émettant une puissance de 200 mW à 500 mW avec un rendement de conversion pompe/laser visible de l'ordre de 19 %. Pour conclure, nous montrons qu'il est possible, dans des cavités de ce type, de faire osciller des raies Raman issues des raies fondamentales et de les doubler en fréquence en intra-cavité. Nous ouvrons ainsi la porte à toute une famille de lasers solides émettant dans la gamme 540-600 nm.
Author: Marc Castaing
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Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
Le remplacement des lasers à gaz émettant à 488 nm ou à 442 nm, à l’aide de lasers solides, représente un véritable enjeu industriel. De nombreuses solutions ont été développées, néanmoins, celle consistant en le doublement de fréquence d’une oscillation autour de 884 nm (cristaux dopés aux ions Nd3+) ou de 976 nm (cristaux dopés aux ions Yb3+) a toujours été écartée, de par la nature à trois niveaux des transitions mises en jeu. La très forte réabsorption du milieu à la longueur d’onde laser rend, à première vue, cette alternative peu efficace. Grâce à la significative amélioration de la luminance des diodes de pompe, ce problème peut désormais être dépassé et l’oscillation de ces transitions envisagée. Dans ces travaux, nous proposons une étude théorique et expérimentale de l’oscillation laser en pompage par diode des transitions à trois niveaux dans les cristaux dopés aux ions Nd3+ et Yb3+. Tout d’abord nous présentons l’étude du pompage direct par diode d’un cristal de Nd:GdVO4 émettant à 880 nm, qui après doublement de fréquence nous permet de proposer une alternative aux lasers à HeCd. Nous présentons ensuite un nouveau concept, le pompage en intracavité, que nous appliquons aux cristaux dopés aux ions Yb3+ pour obtenir un effet laser autour de 980 nm. En effet, à l’intérieur d’une cavité laser, la forte puissance circulante est couplée à une bonne qualité spatiale de faisceau; ces caractéristiques représentent les conditions optimales de pompage d’une transition à trois niveaux. En conclusion, nous proposons une comparaison théorique des différents types de pompage proposés, permettant de dégager avantages et inconvénients de chacune de ces deux configurations.
Author: Guillaume Bloom
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Des applications comme les contre-mesures optiques nécessitent des sources puissantes et avec une bonne qualité de faisceau dans le moyen infrarouge. Le laser à cascade quantique (LCQ) est une solution prometteuse mais la puissance fournie par ces lasers n'est pas suffisante. La combinaison cohérente de plusieurs de ces sources devrait permettre de sommer leurs puissances tout en conservant la qualité de faisceau d'un émetteur unique et constitue donc une solution intéressante pour contourner l'actuelle limitation en puissance des LCQ.Nous présentons une étude théorique et expérimentale de la combinaison de faisceaux cohérente de LCQ dans une cavité externe commune utilisant un coupleur de faisceaux. La mise en phase est ici totalement passive puisque fondée sur la minimisation des pertes dans la cavité globale : on parle d'auto-organisation. Un modèle général permettant de quantifier l'efficacité de combinaison et la stabilité de telles cavités est développé. Dans un premier temps, on montre expérimentalement que la combinaison cohérente de deux LCQ dans une cavité Michelson est une solution efficace et stable. Pour combiner plus d'émetteurs il est nécessaire de concevoir des coupleurs de faisceaux dans le moyen infrarouge efficaces. Pour cela, nous avons étudié deux types de réseaux : les réseaux de phase binaire (réseaux de Dammann) et des structures à gradient d'indice composées de motifs sub-longueur d'onde. Le dessin et l'optimisation de telles structures fait appel à la théorie des milieux artificiels et nécessite l'utilisation d'un code de résolution rigoureuse des équations de Maxwell (RCWA). Enfin, la combinaison cohérente de cinq LCQ en cavité externe avec un coupleur de faisceaux est démontrée expérimentalement et la combinaison d'un plus grand nombre de LCQ est discutée. En conclusion, nous présentons une solution originale pour réaliser la combinaison cohérente passive de LCQ et ainsi apporter une solution à l'augmentation de puissance dans le moyen infrarouge.
