Développement de nouvelles sources laser à base de matériaux dopés par des ions ytterbium émettant vers 976 nm PDF Download
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Author: Aude Bouchier
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Languages : fr
Pages : 248
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Book Description
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.
Author: Aude Bouchier
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Languages : fr
Pages : 248
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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.
Author: Sébastien Chénais
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Languages : fr
Pages : 279
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Ce travail concerne l'étude de nouveaux cristaux dopés à l'ion ytterbium, pour le développement de lasers efficaces (et éventuellement accordables) émettant vers 1 ~. La première partie traite des performances laser en pompage par diode de forte puissance (1 0-15 ~ de nouveaux cristaux: 1'Yb:GGG, l'Yb:'GdCOB, 1'Yb:BOYS (et 1'Yb:CaBOYS), 1'Yb:SYS et 1'Yb:YSO. L'efficacité, l'accordabilité, et le comportement thermique de ces matériaux est discutée, et quelquefois illustrée par une comparaison entre matériaux voisins. Les effets thermiques limitent la montée en puissance dans la plupart de ces nouveaux matériaux: leur étude détaillée fait l'objet de la seconde partie. Nous commençons par une synthèse théorique sur les effets thermiques et thermomécaniques dans les lasers solides. Après une description des différentes méthodes expérimentales d'investigation des effets thermiques, nous décrivons le banc de mesure que nous avons mis en place. Il est basé sur un analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann, et il permet la mesure des lentilles fuermiques (et de leurs aberrations) dans des configurations de pompage longitudinal, en présence (ou non) d'effet laser. Nous décrivons les caractéristiques et les limitations de cet outil en détail. Des mesures de lentilles thermiques sont ensuite rapportées, pour la première fois, dans des matériaux dopés à l'ytterbium. Nous avons mis en évidence d'importants effets non radiatifs qui contribuent à la charge thermique, contrairement à ce qui est généralement admis. Nous détaillons alors comment, avec un modèle analytique simple, on peut déduire de ces mesures le rendement quantique et le coefficient thermo-optique des matériaux considérés. Nous avons également mis en évidence expérimentalement l'influence de la longueur d'onde laser sur la charge thermique, la réduction des effets thermiques dans des cristaux composites, ou encore la contribution significative de l'effet photoélastique à la lentille thermique dans 1'Yb:GdCOB.
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: Antoine Courjaud
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Languages : fr
Pages : 225
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Ce travail de thèse concerne le développement d'une source laser femtoseconde compacte dédiée au micro-usinage "athermique". Elle utilise les matériaux solides dopés par l'ion ytterbium (Yb 3+), directement pompés par des diodes laser de puis-sance. Cette source énergétique rassemble deux cavités laser : l'oscillateur impulsionnel et l'amplificateur régénératif, inséré dans un système à dérive de fréquence. L'oscillateur impulsionnel est verrouillé en phase passivement grâce à un absorbant saturable semiconducteur rapide (SESAM). Plusieurs oscillateurs ont été réalisés, avec une même diode laser de pompe (2 W @ 940 / 980 nm), afin de tester les domaines de fonctionnement de différents matériaux laser. Les performances varient essentiellement en durée, selon que l'on utilise l'Yb : verre (200 fs), l'Yb : YAG (570 fs), l'Yb : GdCOB (90 fs) ou l'Yb : KGW (140 fs). L'Yb : KGW permet de générer des impulsions brèves (230 fs) et accordables spectralement (1025 - 1061 nm), et, avec une source de pompe plus puissante (15 W), de disposer d'un oscillateur de forte puissance moyenne (1.5 W, 150 fs). L'amplificateur régénératif est directement pompé par une diode laser continue, et est injecté par l'oscillateur Yb : KGW. Nous montrons que l'énergie extraite est limitée par le seuil de dommage du matériau laser, et dans certaines conditions, par un phénomène de saturation de stockage. Le matériau le plus favorable pour un fonctionnement efficace à haute cadence est l'Yb : KGW, que nous utilisons pour réaliser deux amplificateurs régénératifs, pour deux puissances de pompes différentes (2 et 15 W). Les impulsions délivrées par le système le plus puissant ont une énergie supérieure à 200 uJ jusqu'à 3 kHz, qui aboutissent après recompression à des durées de 420 fs, pour une énergie supérieure à 100 uJ. Ce système intégré est adapté au micro-usinage, et a permis de générer des impulsions ultrabrèves (
Author: Sylvie Yiou
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Languages : fr
Pages : 225
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Le cadre général de cette thèse est l'étude de nouvelles sources laser de forte luminance pour le pompage des amplificateurs, à fibre dopée erbium (EDFA), en particulier dans le domaine des télécommunications. Actuellement, les EDFA sont pompés par des diodes laser monomodes spatiales émettant à 980 nm une puissance maximale continue d'environ 300 mW sur une surface émettrice de 1 mM par 3 mM. Les diodes laser de plus forte puissance ont une surface émettrice plus large, typiquement 1 mM sur 100 à 200 mM. Il en résulte une dégradation de la qualité spatiale du faisceau dans le plan parallèle à la fonction de la diode. Dans cette direction, le faisceau est 10 à 20 fois limité par la diffraction, ce qui est un problème pour les applications qui nécessitent une forte densité de puissance sur une petite surface (comme par exemple le pompage des EDFA ou le pompage longitudinal des lasers solides). L'enjeu est de disposer d'une source laser monomode spatiale délivrant une puissance continue de l'ordre du watt à 980 nm. Lors de cette thèse, nous avons étudié deux voies. La première solution consiste à améliorer la qualité spatiale d'un faisceau de diode laser en effectuant un filtrage angulaire du faisceau. La technique utilisée est la mise en cavité externe d'une diode laser de puissance. Le filtrage angulaire est réalisé par un réseau de Bragg que nous avons conçu. La seconde solution pour obtenir une émission vers 980 nm dans un faisceau monomode spatial est d'utiliser le faisceau fortement multimode d'une diode laser de puissance pour pomper un cristal massif. Les cristaux dopés avec des ions ytterbium sont intéressants car ils peuvent présenter une raie d'émission vers 980 nm. Le problème est qu'il s'agit alors d'une vraie transition laser à 3 niveaux. Nous avons montré que par un bon choix de la matrice d'accueil et des conditions de pompage, il est possible de réaliser un laser efficace émettant vers 980 nm en pompage continu.
Author: Pierre-Olivier Petit
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Languages : fr
Pages : 198
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Les lasers solides à base de monocristaux dopés par les ions ytterbium offrent un grand nombre d’avantages pour les applications laser de forte puissance ou en régime d’impulsions ultra-brèves. Les monocristaux d’aluminates, en particuliers Yb :CaGdAlO4 et Yb :YAlO3 sont des candidats très intéressants pour ces applications autour d’un micron. Nous avons cherché, dans le cadre de ce travail de thèse, à améliorer les qualités cristallines de ces matériaux en éliminant deux grandes familles de défauts présents : les centres colorés et les centres diffusants. Les monocristaux obtenus après traitement spécifique sont exempts de défauts et présentent des performances laser nettement supérieures. De plus, afin de tirer le meilleur partie des matériaux laser existants, une technique d’assemblage de matériaux par voie sol-gel a été développée. Des effets laser dans plusieurs matériaux hétéro-composites originaux ont été obtenus et des améliorations significatives de la thermique de ces systèmes ont été démontrés dans le cadre de ce travail
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: Frédérika Augé-Rochereau
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Languages : fr
Pages : 213
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Book Description
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.
Author: Vanessa Cardinali
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Languages : fr
Pages : 267
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Book Description
Dans les lasers, les gradients de température dans les milieux à gain provoquent des déformations de l'onde laser qui s'y propage. Le but de ma thèse est de mesurer les propriétés thermo-optiques (conductivité thermique, coefficient thermo-optique dn/dT, coefficient de dilatation) de nouveaux matériaux lasers permettant d'atteindre des énergies élevées à de hautes cadences de tir. Ces matériaux sont des céramiques sesquioxydes de scandium Sc2O3, de lutétium Lu2O3 et d'yttrium Y2O3 dopées ytterbium. Les mesures se font à basse température (température de l'azote liquide, 77 K) car les propriétés thermiques sont améliorées lorsque la température du matériau diminue. Ces matériaux ont également été testés en configuration d'oscillateur laser relaxé, montrant ainsi tout l'intérêt de travailler à basse température. Les mesures de ces propriétés représentent un enjeu majeur pour le développement des lasers de forte puissance, d'autant plus que les données de la littérature concernant ces matériaux, dans ces domaines de température, sont quasiment inexistantes. D'autres matériaux comme des cristaux et des céramiques de YAG, des cristaux de fluorure de calcium CaF2 dopés ytterbium, et des verres phosphates dopés néodyme ont également été testés.
Author: Mathieu Jacquemet
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Languages : fr
Pages : 250
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Book Description
LE CADRE GENERAL DE CETTE THESE EST L'ETUDE DE NOUVELLES SOURCES LASER SOLIDES, POMPEES PAR DIODE, EMETTANT UN RAYONNEMENT CONTINU MONOMODE LONGITUDINAL DANS LE PROCHE INFRAROUGE (1000 NM) ET DANS LE BLEU-VERT PAR DOUBLEMENT DE FREQUENCE, PARTICULIEREMENT A 501,7 NM. CES SOURCES LASER VISENT DES APPLICATIONS METROLOGIQUES TELLES QUE LA SPECTROSCOPIE DE L'IODE (127I2) A ULTRA-HAUTE RESOLUTION ET LA MISE EN PRATIQUE DU METRE, DOMAINES DANS LESQUELS LES LASERS A ARGON SONT ACTUELLEMENT UTILISES.LE PREMIER CHAPITRE DE CE TRAVAIL PRESENTE LE CONTEXTE DE CETTE ETUDE, A TRAVERS UN ETAT DE L'ART DES SOURCES LASER AUTOUR DE 500 NM, LES SOLUTIONS RETENUES ET EXPLOREES, AINSI QUE DES ELEMENTS THEORIQUES POUR LA GENERATION DE SECONDE HARMONIQUE. LE PRINCIPE COMMUN DES DEUX VOIES EST DE PRODUIRE UNE EMISSION LASER MONOMODE SPECTRALE A 1000 NM QUI EST ENSUITE DOUBLEE EN FREQUENCE.LE DEUXIEME CHAPITRE TRAITE DE LA SOLUTION UTILISANT DES CRISTAUX DOPES YTTERBIUM EMETTANT A 1000 NM, DONT L'EMISSION EST DOUBLEE EN FREQUENCE INTRACAVITE DANS UN CRISTAL NON LINEAIRE DE KNBO3. DEUX CRISTAUX LASER SONT UTILISES : LE YB:YSO ET LE YB:KYW. DANS LES DEUX CAS, A 501,7 NM, NOUS DEMONTRONS DES PUISSANCES COMPRISES ENTRE 35 ET 60 MW POUR UNE PUISSANCE DE POMPE DE 4W A 980 NM.LE TROISIEME CHAPITRE CONCERNE LA SECONDE VOIE ETUDIEE UTILISANT UN MILIEU AMPLIFICATEUR SEMICONDUCTEUR A PUITS QUANTIQUES DE TYPE VCSEL. LA STRUCTURE ACTIVE, FORMEE D'UN MIROIR DE BRAGG ET DE PUITS QUANTIQUES, EST MONTEE EN CAVITE EXTERNE ET POMPEE OPTIQUEMENT. L'EMISSION AUTOUR DE 1000 NM EST DOUBLEE EN FREQUENCE POUR PRODUIRE 60 MW EN REGIME MONOMODE SPECTRALA 500 NM, A PARTIR D'UNE PUISSANCE DE POMPE DE 6,5 W A 808 NM.
