Étude et conception de sources laser fibrées monomodes en régime continu multi-kW

Discipline

Sciences et ingénierie pour l’information

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Laser fibré de haute puissance, Sources MOPA, Effets non-Linéaires, Etude théorique, Génération de supercontinuum

Mots-clés

Lasers à fibre - Innovation,

Lasers de puissance,

Amplificateurs à fibres optiques

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une thèse CIFRE en collaboration entre le laboratoire XLIM et la compagnie industrielle des laser « CILAS ». L'objectif principal de cette thèse est l'étude et la conception de sources laser fibrées émettant en régime continu des faisceaux monomodes de puissance multi-kW. L'architecture « MOPA » (composée d’une oscillateur maître et d’un amplificateur de puissance), a été sélectionnée à l'aide de la bibliographie pour atteindre ces objectifs, puis a été réalisée à XLIM. En améliorant cette architecture, la source fibrée a délivré une puissance continue de 2 kW à la longueur d'onde de 1080 nm, un record atteint pour la première fois en France à notre connaissance. Grâce à ces résultats, un outil de simulation a été calibré puis a été utilisé afin d'identifier les limitations théoriques de cette architecture. Les modélisations ont ensuite permis de donner des propositions d’amélioration de cette architecture en fonction de la longueur d’onde de pompe, de la longueur d’onde du signal, de l’utilisation d’une autre fibre amplificatrice et de la répartition de la puissance de pompage dans les deux sens de propagation. Les résultats de simulation ont été comparés aux résultats expérimentaux obtenus à partir d’une source MOPA construite plus récemment à XLIM, ayant dépassé la puissance signal de 3 kW. Finalement, une dernière architecture plus simple, appelée MOPA "autosaturé", est simulée puis est réalisée au laboratoire. En exploitant une cavité instable temporellement et en associant, à la source, un étage de conversion de fréquence non-linéaire, la génération d’un supercontinuum d’une puissance de 40,7 W sur une largueur spectrale allant de 750 nm à 2200 nm à -30 dB a été démontrée. En perspective de ces travaux de thèse, une nouvelle étude numérique a indiqué qu’une telle source pourrait elle aussi atteindre jusqu’à 3 kW de puissance signal.