Combinaison cohérente dans une fibre multicœurs pour des applications LIDAR

Coherent combining in multicore fiber for LIDAR applications

• Auteur / Autrice : Florian Prevost
• Direction : Marc Hanna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/02/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Lasers - ONERA - The French Aerospace Lab / Palaiseau
• Jury : Président / Présidente : Agnès Desfarges-Berthelemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Hanna, Yves Jaouën, Jean-Christophe Chanteloup
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Chartier, Marc Douay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie

Brillouin, Effet

Diffraction

Lasers

Amplificateurs à fibres optiques

Mots clés libres

Fibre multicoeurs Er3+

Amplification LASER

Diffraction

Diffusion Brillouin

Modulateur spatial de lumière

Combinaison coherente

Er3+ Multicore fiber

LASER amplification

Diffraction

Brillouin scattering

Spatial light modulator

Coherent combining

Résumé

Les Lidars cohérents permettent de mesurer la vitesse du vent à grande distance, en se basant sur le décalage en fréquence Doppler induit par la réflexion des aérosols. Le Lidar vent est composé d'un système MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier), contenant un oscillateur continu, un modulateur d'intensité, et un amplificateur fibré. L'objectif principal de cette thèse est la réalisation d'un MOPFA pulsé de forte puissance crête à sécurité oculaire, en utilisant une fibre multicoeurs dopée erbium. L'impulsion mono-fréquence dans les fibres est limitée par les effets non-linéaire du au confinement du faisceau dans le coeur. Les fibres multicoeurs peuvent être vues comme des fibres à larges coeur. L'impulsion à amplifier est divisée et injectée dans tous les coeurs de la fibre amplificatrice à l'aide d'un modulateur spatial de lumière (SLM). A la sortie, les impulsions amplifiées sont recombinées par un élément optique de diffraction (EOD). La combinaison cohérente en sortie requière un contrôle indépendant des phases à l'injection qui est asservit par un algorithme basé sur la puissance de l'ordre zéro de l'EOD. La puissance crête après combinaison est alors la somme des puissances crêtes atteintes dans chacun des coeurs.

Coherent Lidars can measure wind speed at long distance, using the Doppler frequency shift induced by the movement of the back reflecting aerosols. Wind Lidars usually include a MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier) made of a continuous oscillator, an intensity modulator and a fiber amplifier. The main objective of this thesis is the realization of an eye-safe, high peak power, pulsed MOPFA using an erbium-doped multicore fiber. Single frequency pulse amplification in fibers is limited by nonlinear effects due to tight beam confinement in the core. Multicore fibers can be seen as a very large core fiber, thus mitigating the nonlinear effects. The pulse to be amplified is divided and injected into all cores of the amplifying fiber using a spatial light modulator (SLM). The amplified output pulses are then recombined at the fiber output by a diffractive optical element (DOE). The coherent combination at fiber output requires independent control of phases at injection provided by a feedback loop based on the DOE zero order power. The peak power after combination is the sum of the peak powers reached in each of the cores.