Combinaison cohérente de lasers à fibre : étude en régime impulsionnel et mise en phase d'un grand nombre d'émetteurs

Coherent beam combining of fibre lasers : a study in pulse regime and the phase-locking of a large number of emitters

• Auteur / Autrice : Adrian Azarian
• Direction : Yves Jaouën, Olivier Vasseur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Communications
• Date : Soutenance le 12/11/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et Communication de l'Information (Paris) / LTCI
• Jury : Président / Présidente : Catherine Lepers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Lallier, Reinhard Ebert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Desfarges-Berthelemot, Denis Penninckx

Mots clés

Mots clés contrôlés

Codage

Turbulence

Cohérence (optique)

Lasers

Mots clés libres

Performance système

Fibre lasers

Performances of systems

Résumé

Les lasers à fibre suscitent un grand intérêt dans tous les domaines, pour des applications allant du médical aux télécommunications, car ils permettent d'obtenir une bonne cohérence spatiale et temporelle et sont compacts et robustes. La limite se situe dans le domaine des lasers à fortes puissances. La combinaison de plusieurs sources lasers est alors une solution prometteuse pour surpasser les limites individuelles de ces sources, en particulier les techniques de combinaisons cohérentes de faisceaux. Dans cette famille de combinaison, la technique de contrôle actif de la phase par marquage en fréquence est particulièrement intéressante, mais deux limitations majeures ont été identifiées : le cas du régime impulsionnel ainsi que le nombre limité de voies pouvant être mise en phase. Dans cette thèse des solutions sont proposées pour lever ces limitations. Dans un premier temps, nous avons réalisé la première démonstration expérimentale d'une combinaison cohérente impulsionnelle utilisant cette technique. Ensuite, en adaptant des techniques de codage orthogonal issues du domaine des télécommunications, nous avons augmenté le nombre de voies pouvant être combinées. Un outil de simulation du système a été développé pour étudier l'utilisation des techniques de codage et pour étudier la propagation des faisceaux à travers la turbulence atmosphérique. Pour évaluer les performances des systèmes à grand nombre d'émetteur, nous avons mis en place une méthodologie, basée sur l'utilisation de plans d'expériences et de métamodèles, permettant d'identifier les fibres ou les interactions entre fibres les plus influentes, en fonction des paramètres initiaux de la combinaison.

A great interest exists for fibre lasers in all domains, from medical to telecommunication applications, as they enable to achieve a good spatial and spectral coherence and they are compact and robust. The limit comes from high-power applications. The combination of several laser sources is therefore a solution to overcome the limitations of individual emitter, especially coherent combining techniques. In this combination form, the active phase control by frequency tagging technique looks the most promising one, but two main limitations were identified : the pulse regime and the limited number of channels, which can be phase-locked. In this thesis, solutions are proposed to overcome these limitations. At first, we realised the first experimental demonstration of a pulse coherent combination using this technique. Then by adapting orthogonal coding tehniques from the telecommunication domain, we increased the number of channels which can be combined. A simulation tool was developped to study the coding techniques as well as the propagation of the beams through a turbulent atmosphere. To evaluate the performances of systems with a large number of emitters, we developped a methodology based on the use of numerical designs of experiments and metaodels, enabling us to identify the most influent fibres or interactions between fibres, as a function of the initial parameters of the combination.