Verrouillage par injection des lasers impulsionnels TEA CO₂ : résonateurs stables et instables

Injection locking of pulsed tea CO₂ laser : stable and unstable resonator

• Auteur / Autrice : Eric Akmansoy
• Direction : Jean-Michel Lourtioz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonateurs lasers

Lasers à dioxyde de carbone

Mots clés libres

Verouillage par injection

Résonateur instable

Résonateur en anneau

Dérivé de fréquence

Impulsion bimode

Impulsion monomode

Lasers TEA CO₂

Résumé

Cette thèse est divisée en trois parties. La première partie rassemble les éléments théoriques de l'étude concernant respectivement -i) la cinétique du milieu amplificateur CO2 -ii) la description des modes des résonateurs -iii) le verrouillage par injection continue des lasers impulsionnels. La deuxième partie rapporte la réalisation d'un laser CO2 TEA d'énergie 1-10 Joule, sa caractérisation électrique et optique, les résultats de verrouillage suivant différentes configurations et la confrontation expérience théorie. La détection hétérodyne des impulsions permet de mesurer les principales caractéristiques du verrouillage monomode par injection: la largeur de la bande de verrouillage et l'intensité minimum requise. D'autres schémas d'injection sont considérés : -i) l'injection continue dans un laser en anneau -ii) l'injection bimode transverse dans un lasser à résonateur instable. La troisième partie de la thèse est une étude détaillée des variations de fréquence et des effets d'indice de réfraction qui en sont responsables. Au cours de cette thèse, des performances nouvelles ont été obtenues de grand intérêt pour les applications LIDAR. En particulier, c'est la première fois que grâce à l'emploi d'un résonateur instable, des impulsions monomodes de 1 Joule et durant 5μs sont obtenues à 10 μm avec des puissances injectées aussi faibles que 200nW. Il est également démontré que la dérive de fréquence peut être considérablement réduite. C'est enfin la première fois que le fonctionnement bimode longitudinal d'un laser de grande énergie est contrôlé par l'injection d'un faible signal dans la cavité

This thesis is divided into three parts. The first part gives the theorical elements of the study respectively related to i) The kinetics C0₂ amplifier medium. Ii) The description of resonator modes. Iii) The CW injection of pulsed lasers. In the second part are reported the realization of a 1-10 J TEA C0₂ laser, its optical and electrical characterization, the injection-locking results for varions configurations and their comparison with theory. As the major point, the performance of stable- and unstable­ resonator TEA C0₂ lasers are compared in the case of CW single-mode injection. The heterodyne detection of the pulses allows to measure the main characteristics of single-mode injection-locking : the locking band-width and the minimum injection intensity. Other injection schemes are considered. I) The CW single mode injection in a ring resonator. Ii) The two transverse mode injection in a laser with an unstable resonator. The third part of the thesis is a detailed study of intra-pulse frequency variations and the refractive index effects in the amplifier medium. In the course of this work, new performances have been obtained of great interest for LIDAR applications. Lt is the first time that 5 μS 1 J single longitudinal mode pulses are obtained at 10 μm with unstable resonator lasers for injected powers as low as 200nW. Lt is also demonstrated that the frequency chirping can be considerably reduced. Finally it is the first time that two longitudinal mode operation of a high­ energy laser is controlled with the injection of a weak signal into the laser cavity.