Étude de sources laser impulsionnelles haute cadence pour l'infrarouge utilisant la conversion Raman dans les fibres optiques PDF Download
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Author: Delphine Elisabeth Gruppi
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
La faisabilité d'une source impulsionnelle émettant en bande I entre 2.1 et 2.2 μm et en bande II entre 4 et 5 μm, basée uniquement sur des convertisseurs Raman pompés par la même source laser, est évaluée. Après un rappel des principes fondamentaux de la diffusion Raman stimulée, le laser de pompe à fibre impulsionnel est décrit. Une fibre optique à coeur dopé au GeO2 à 63% a été mise en oeuvre pour réaliser un convertisseur Raman émettant entre 2.1 et 2.2 μm. 500 mW de puissance moyenne Stokes à 2.16 μm ont été obtenus, soit 130 W de puissance crête avec des durées d'impulsion de 60 ns à 60 kHz. Le facteur de qualité du faisceau Stokes obtenu en simple-passage de pompe a été évalué à M2
Author: Delphine Elisabeth Gruppi
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
La faisabilité d'une source impulsionnelle émettant en bande I entre 2.1 et 2.2 μm et en bande II entre 4 et 5 μm, basée uniquement sur des convertisseurs Raman pompés par la même source laser, est évaluée. Après un rappel des principes fondamentaux de la diffusion Raman stimulée, le laser de pompe à fibre impulsionnel est décrit. Une fibre optique à coeur dopé au GeO2 à 63% a été mise en oeuvre pour réaliser un convertisseur Raman émettant entre 2.1 et 2.2 μm. 500 mW de puissance moyenne Stokes à 2.16 μm ont été obtenus, soit 130 W de puissance crête avec des durées d'impulsion de 60 ns à 60 kHz. Le facteur de qualité du faisceau Stokes obtenu en simple-passage de pompe a été évalué à M2
Author: Vincent Fortin
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Languages : en
Pages : 144
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Book Description
Les lasers à fibre sont des sources robustes, efficaces et qui présentent une qualité de faisceau irréprochable. Cependant, la plupart sont généralement limités à certaines bandes spectrales bien définies, coïncidant avec les transitions électroniques des ions de terres rares. Les cavités laser basées sur la conversion Raman sont une alternative intéressante qui permet de générer, avec une combinaison de pompe et de fibre adéquate, un rayonnement laser à n'importe quelle longueur d'onde. Ces sources permettraient notamment de couvrir la plage spectrale entre 2 et 4 mm, convoitée pour diverses applications dans le domaine médical, spectroscopique et militaire. Or, les fibres de silice standards, dont l'atténuation croît rapidement aux longueurs d'onde dépassant 2.2 mm, ne sont pas adaptées pour cette application. Bien que les fibres de la famille des verres fluorés ou des chalcogénures présentent plusieurs défis techniques, elles répondent beaucoup mieux aux exigences requises. Dans le cadre de notre projet, nous avons fait l'étude de sources laser basées sur la conversion Raman dans une fibre en fluorozirconate et dans une fibre en sulfure d'arsenic (As2S3). Il s'agissait des toutes premières démonstrations expérimentales de cavités Raman dans ces matériaux. Nous avons également développé des programmes de simulation numérique afin d'en faire l'optimisation et d'identifier leurs limites. En premier lieu, des cavités Raman en fluorozirconate émettant autour de 2.2 mm et pompées par un laser Tm:silice à 2 mm ont été assemblées et perfectionnées. En imbriquant les cavités Raman et de la pompe, de hautes puissances atteignant quelques watts ont pu être mesurées à la sortie. En second lieu, nous avons fait la démonstration de cavités Raman en As2S3 émettant dans l'infrarouge moyen, à 3.34 mm. Elles étaient pompées par une source laser Er3+:ZBLAN à 3 mm que nous avons également développée dans nos laboratoires. En raison du gain Raman élevé des chalcogénures, nous avons pu monter ces cavités à partir de quelques mètres de fibre seulement. Les résultats obtenus au cours de notre projet sont probants et font des lasers à fibre une option viable pour l'émission de radiations cohérentes à des longueurs d'onde comprises entre 2 et 4 um.
Author: Bertrand Charlet
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Languages : fr
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Le développement des sources supercontinuum a engendré des avancées majeures dans de nombreux domaines tels que la spectroscopie, la métrologie ou encore la biologie avec la tomographie optique cohérente. Récemment, l'arrivée des fibres à cristaux photoniques (FCPs) a permis la fabrication de telles sources avec des lasers impulsionnels de pompe moins puissants. Ainsi, de par leur compatibilité avec les fibres optiques, les lasers impulsionnels réalisés en optique intégrée sur verre semblent une alternative intéressante pour la réalisation d'une source supercontinuum intégrée. Notre travail a donc eu pour objectif l'étude et la réalisation d'un laser impulsionnel déclenché par modulation passive des pertes assez puissant et compatible avec les fibres à cristaux photoniques dans le but de générer un supercontinuum. Nous avons alors conçu et fabriqué ce laser constitué d'un guide d'onde amplificateur réalisé par échange d'ions dans un verre dopé au néodyme et d'une cavité Fabry-Perot fermée par un miroir diélectrique en entrée et sans miroir de sortie ce qui permet un couplage direct avec une fibre optique. L'hybridation de l'absorbant saturable sous la forme d'une couche mince d'acétate de cellulose dopée au BDN sur le guide d'onde a permis la génération d'impulsions ayant une puissance crête de (2,8 ± 0,6) kW. La source supercontinuum réalisé avec une FCP pompée par le laser préalablement étudié présente un spectre allant de 440 nm à 1600 nm. Les perspectives de cette étude portent sur le changement de matériau absorbant saturable pour permettre l'émission d'impulsions plus puissantes, ainsi que sur l'intégration monolithique de la FCP pour réaliser un dispositif encore plus compact. Elles portent aussi sur la réalisation de lasers intégrés à modes bloqués utilisant cette technologie. Nous avons démontré sa faisabilité ainsi que son régime de fonctionnement en soliton dissipatif. Des caractérisations préliminaires ont également été effectuées.
Author: David Kergoustin
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Les fibres à coeur creux à gaine à cristaux photoniques (HC-PCF) remplies de gaz à haute pression s'avèrent être un outil efficace pour générer, par effet Raman stimulé (SRS), de larges peignes de fréquences. Ces derniers se montrent cohérents grâce au régime fortement transitoire de la SRS permettant l'amplification, depuis le niveau quantique jusqu'au niveau macroscopique, d'un unique mode spatio-temporel. Il en résulte la génération d'ondes Stokes avec une phase bien déterminée. Ces travaux de thèse ont notamment pour but d'étudier comment cette cohérence survit dans le temps, entre deux impulsions consécutives, afin d'évaluer la possibilité d'obtenir un nouveau mécanisme de verrouillage de modes. L'accent est également porté sur la versatilité de la technologie des fibres creuses remplies de gaz en proposant de nouvelles sources lasers originales. Ces sources exploitent des phénomènes non-linéaires comme l'effet Raman ou l'effet Kerr pour générer des rayonnements aussi bien sur un large spectre qu'à une longueur d'onde précise dans l'infrarouge. Enfin, la synthèse d'un train d'impulsions ultra-courtes est réalisée. La période de ce dernier est égale à l'inverse du décalage fréquentiel entre les lignes du peigne. Ce résultat est donc l'illustration parfaite de la cohérence des peignes de fréquences Raman ultra-larges ainsi générés, et est une étape de plus vers l'apparition d'un générateur de fonctions optiques. Un tel générateur serait un élément indispensable pour le processeur d'un ordinateur photonique.
Author: Pascal Paradis
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Languages : en
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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.
Author: Sébastien Forget
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Languages : fr
Pages : 233
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Book Description
Les sources laser font désormais partie intégrante des outils pemettant d'étudier finement la matière ou le vivant. En particulier, la spectroscopie de fluorescence résolue en temps est une technique d'importance pour les biologistes. Elle nécessite de disposer de sources laser impulsionnelles (typiquement picoseconde) fonctionnant dans le visible ou l'ultraviolet. De plus, un taux de répétition de quelques MHz est nécessaire si l'on cherche à étudier des temps de vie "longs" (plusieurs dizaines de nanosecondes). Pour atteindre ce régime "picoseconde-MHz" tout en conservant simplicité et compacité à la source, il faut bâtir des cavités laser de dimension inhabituelles. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc mis au point deux types de laser: un laser déclenché ou "Q-switched" à cavité ultra courte (200 mM) et un laser à verrouillage de mode ou "modelock" à cavité ultra longue (150 m). Le fonctionnement impulsionnel est obtenu dans les deux cas via un absorbant saturable à semiconducteur ("SESAM"). Les cristaux laser utilisés (Nd :YVO4) permettent une émission dans l'infrarouge proche à 1064 nm: si la durée des impulsions produites ainsi que leur cadence satisfont au cahier des charges, leur longueur d'onde doit être convertie vers e1 visible et l'UV. Pour ce faire, nous avons développé une structure amplificatrice originale basée sur l'utilisation tridimensionnelle de la zone de gain dans un amplificateur solide multipassage. Grâce à cet amplificateur original (qui a donné lieu au dépôt d'un brevet avec JDS Uniphase), l'énergie de nos lasers est suffisante pour pouvoir utiliser un certain nombre d'effets non-linéaires. Nous avons mis au point des étages de doublement, triplement et quadruplement de fréquence pour atteindre l'UV ainsi qu'un étage de génération paramétrique optique dans un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé (ppLN) pour avoir accès à une large accordabilité dans la gamme visible du spectre.
Author: Emmanuel Gallucci
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Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
Cette étude s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux optiques non linéaires à susceptibilité d'électriques du 3e ordre élevées pour l'émission laser, par décalage Raman, autour de 1.55 micromètres, cette longueur d'onde présentant des dangers minimes pour l'œil et un grand intérêt pour l'amplification des signaux transmis par fibre optique. Le but de ce travail était d'identifier les paramètres qui contrôlent le décalage Raman des tungstates et de comprendre leur influence, puis, sur la base des résultats obtenus, proposer, faire croître sous forme de cristaux et caractériser des matériaux intéressants pour la réalisation de systèmes lasers solides. Tout d'abord, une étude par spectroscopie Raman des familles AL(WO4)2 et L2(WO4)3, (A = {Li, Na, K, Rb} et L = {A1, Sc, Y, In, La, Ce, Nd, Eu, Gd, Yb, Lu}), a permis d'analyser et de comprendre l'évolution des caractéristiques de la bande de vibration de plus haute fréquence des composés. Il en a été déduit une cartographie des potentiels d'application des tungstates en optique non linéaire qui permet de cerner rapidement les matériaux répondant à un besoin physique donné. Les propriétés physico-chimiques de six composés ont ensuite été étudiées d'un point de vue stabilité thermodynamique dans les systèmes complexes concernés, structural et vibrationnel. Des monocristaux purs ou dopés par des terres rares ont été obtenus par une méthode type Bridgman-Stockbarger adaptée en flux. Les propriétés de luminescence, succinctement abordées montrent le potentiel d'application immense de cette famille chimique. Dans son ensemble, ce travail permet d'avoir à présent une vision globale, plus large de la famille tungstate et des individus qui la composent. L'effort de compréhension des propriétés physico-chimiques réalisé pourra à l'avenir servir de base à l'étude de base d'autres tungstates et on cerne à présent un peu mieux les qualités physiques de ces matériaux ainsi que leur potentiel d'application, mais également leur limites.
Author: Maxime Hardy
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Languages : fr
Pages : 121
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Book Description
Le développement au cours des dernières décennies de lasers à fibre à verrouillage de modes permet aujourd'hui d'avoir accès à des sources fiables d'impulsions femtosecondes qui sont utilisées autant dans les laboratoires de recherche que pour des applications commerciales. Grâce à leur large bande passante ainsi qu'à leur excellente dissipation de chaleur, les fibres dopées avec des ions de terres rares ont permis l'amplification et la génération d'impulsions brèves de haute énergie avec une forte cadence. Cependant, les effets non linéaires causés par la faible taille du faisceau dans la fibre ainsi que la saturation de l'inversion de population du milieu compliquent l'utilisation d'amplificateurs fibrés pour l'obtention d'impulsions brèves dont l'énergie dépasse le millijoule. Diverses stratégies comme l'étirement des impulsions à des durées de l'ordre de la nanoseconde, l'utilisation de fibres à cristaux photoniques ayant un coeur plus large et l'amplification en parallèle ont permis de contourner ces limitations pour obtenir des impulsions de quelques millijoules ayant une durée inférieure à la picoseconde. Ce mémoire de maîtrise présente une nouvelle approche pour l'amplification d'impulsions brèves utilisant la diffusion Raman des verres de silice comme milieu de gain. Il est connu que cet effet non linéaire permet l'amplification avec une large bande passante et ce dernier est d'ailleurs couramment utilisé aujourd'hui dans les réseaux de télécommunications par fibre optique. Puisque l'adaptation des schémas d'amplification Raman existants aux impulsions brèves de haute énergie n'est pas directe, on propose plutôt un schéma consistant à transférer l'énergie d'une impulsion pompe quasi monochromatique à une impulsion signal brève étirée avec une dérive en fréquence. Afin d'évaluer le potentiel du gain Raman pour l'amplification d'impulsions brèves, ce mémoire présente un modèle analytique permettant de prédire les caractéristiques de l'impulsion amplifiée selon celles de la pompe et le milieu dans lequel elles se propagent. On trouve alors que la bande passante élevée du gain Raman des verres de silice ainsi que sa saturation inhomogène permettent l'amplification d'impulsions signal à une énergie comparable à celle de la pompe tout en conservant une largeur spectrale élevée supportant la compression à des durées très brèves. Quelques variantes du schéma d'amplification sont proposées, et leur potentiel est évalué par l'utilisation du modèle analytique ou de simulations numériques. On prédit analytiquement et numériquement l'amplification Raman d'impulsions à des énergies de quelques millijoules, dont la durée est inférieure à 150 fs et dont la puissance crête avoisine 20 GW.
Author: Solveig Perret
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Languages : fr
Pages : 129
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Book Description
Bien que la propagation non-linéaire d'impulsions multimodales ait été étudiée dans les fibres optiques multimodes depuis les années 1970, les récents développements dans le domaine des matériaux et des techniques de fabrication des fibres ont considérablement renouvelé l'intérêt pour ce domaine. Dans cette thèse, nous rapportons l'étude expérimentale du processus de conversion non-linéaire de fréquence dans les fibres à saut d'indice multimodes pour générer de nouvelles composantes spectrales dans les régions du proche ultraviolet (UV-A) et du visible. Deux études particulières ont été réalisées. Dans la première, une fibre à saut d'indice faiblement multimode a été étudiée avec deux sources laser à 532~nm et 1064~nm. En fonction des particularités des conditions expérimentales, les résultats obtenus avec le pompage à 532~nm ont donné soit un large continuum multimode s'étendant de 515~nm à 680~nm, soit une série de composantes spectrales discrètes émises dans des modes d'ordre supérieur sur la plage de 524~nm à 538~nm. De plus, toujours en fonction des conditions expérimentales, lors du pompage à 1064~nm, les expériences ont donné soit un supercontinuum multimode s'étendant de 560~nm à 2350~nm, soit une série de pics spectraux discrets dans des modes d'ordre supérieur observés simultanément avec un élargissement spectral continu. Dans la seconde étude, les expériences ont porté sur la conversion non-linéaire de fréquences dans une fibre à cristaux photoniques en verre de silice spéciale UV avec pompage à 532~nm et 355~nm. Les résultats du pompage à 355 nm, en particulier, ont permis de générer des pics spectraux discrets d'ordre supérieur sur la plage 350~nm à 379.7~nm. D'autres expériences avec une injection dans les ponts de la microstructure de la fibre à cristaux photoniques ont permis d'obtenir un continuum en cascade Raman s'étendant de 350~nm à 390~nm. Les travaux expérimentaux de cette thèse ont été accompagnés soit de calculs théoriques des accords de phase intermodaux, soit de simulations de la propagation d'impulsions dans une fibre optique, si nécessaire. Cette thèse contribue à l'ensemble croissant de résultats montrant l'utilité des effets non-linéaires dans les fibres multimodes pour générer un rayonnement cohérent sur de larges plages spectrales.
Author: Anne Doutte
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Languages : fr
Pages : 139
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Book Description
Le laser Raman a été réalisé dans les années 70. Cependant la configuration ne permettait pas de l'utiliser à des fins industrielles. Il a fallu attendre les années 90, avec l'arrivée des diodes laser et des réseaux de Bragg pour que la configuration de ce laser évolue vers un système "tout fibre" utilisables dans des applications industrielles. Cependant pour rendre ce système vraiment attractif, la puissance de sortie doit être stable. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse. Deux axes essentiels sont développés : l'étude du laser Raman muni d'une fibre standard de télécommunication (laser LSF) et l'étude du laser Raman muni d'une fibre à maintien de polarisation (laser LPMF). Les expériences ont montré que la dynamique du LSF est très riche. En effet la puissance de sortie du signal Stokes est instable et ces instabilités dépendent de la polarisation des différentes ondes se propageant dans la cavité du laser. Le laser PMF quant à lui a un comportement différent : quelque soit l'état de polarisation de l'onde pompe incidente, le signal Stokes en sortie est stable. De plus, nous avons mené une étude résolue en polarisation du laser PMF, mettant en évidence le fait que le laser PMF est constitué de deux lasers indépendants linéairement polarisés le long des axes de biréfringence de la fibre. Ce travail de thèse a également consisté en la modélisation théorique du LSF ainsi que du PMF. Les résultats obtenus sont qualitativement très proches des résultats expérimentaux. Pour cela nous avons inclus dans notre modélisation les effets liés à la polarisation tels que l'effet Kerr et la biréfringence des fibres utilisées.
