Laser NH₃ moyen-infrarouge continu pompe optiquement par laser CO₂ : laser et amplificateur de puissance de type Raman, laser à inversion de population accordable en fréquence par effet Stark

Continuous waves mid-infrared NH3 laser optically pumped by CO2 laser : Raman power laser and amplifier : population inversion laser frequency tuned by Stark effect

• Auteur / Autrice : Paul Wazen
• Direction : Jean-Michel Lourtioz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Bauche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pompage optique

Stark, Effet

Lasers accordables

Lasers à dioxyde de carbone

Mots clés libres

Amplificateur Raman

Résumé

Cette thèse concerne le laser NH3 moyen-infrarouge continu pompé optiquement par laser C02·Le chapitre 1 rappelle les données spectroscopiques sur la molécule NH3 et l'influence d'un champ électrique sur son spectre de rotation-vibration (effet Stark). Le chapitre II concerne Je pompage optique hors résonance et le développement de sources Raman de puissance. Il est divisé en deux parties : La partie A porte sur l'analyse du gain local à 12 μm en fonction des principaux paramètres. L'étude, la réalisation et l'optimisation d'un laser Raman en anneau continu à 12 μm à puissance modérée sont décrites à la suite. La partie B porte sur l'étude d'un amplificateur Raman continu. Un premier modèle de propagation, simplifié, mais analytique est développé. Un second modèle numérique est mis au point qui tient compte des distributions transverses des intensités (pompage et Raman) et des effets d'échauffement. Les expériences sur un système oscillateur-amplificateur à 12,08 μm confirment la validité du modèle élaboré. Des lois d'échelle pour des systèmes de haute puissance sont établies. Le chapitre III concerne l'accordabilité en fréquence du laser NH3 à inversion de population pompé optiquement en résonance. Un modèle à taux de population du gain à faible signal est établi. La directionnalité des émissions et le fonctionnement multi-raie sont exposés brièvement. L'accordabilité en fréquence par élargissement en pression est étudiée ainsi que la mise au point d'une cavité sélective de type Fox-Smith. Les résultats d'accordabilité en fréquence par effet Stark, la réalisation d'un guide d'onde hybride sont décrits ensuite. Un modèle simple est développé pour interpréter les résultats expérimentaux.

This thesis is directed at the study of the C02-pumped Mid-Infrared NH3 Chapter 1 gives some spectroscopic data for the ammonia molecule. The influence of an electric field on its rotation-vibration spectrum (Stark effect) is recalled. Chapter II which concerns the off-resonance pumping of NH3 and the development of powerful Raman sources is divided into two parts: In part A the 12 μm local gain is analyzed as a function of the main parameters. The sudy, realization and optimization of a ring CW 12 m Raman laser are described. In part B, a CW Raman amplifier is studied. A first simplified, but analytical propagation model is developed. A second numerical model is elaborated which includes both the transverse intensity profiles (Raman and pump) and the heating effects. Experiments carried out on a 12. 08 μm oscillator-amplifier system confirm the validity of this model. Scaling laws are established for high power systems. Chapter III is related to the frequency tunability of an NH3 laser with population inversion (on-resonance pumping). A rate equation model is established for the small signal gain. Results on Multiline operation and bidirectional emissions are briefly reported. The frequency tunability of the pressure-broadened emissions is inverstigated using a Fox-Smith laser cavity. The Stark tuning of the laser and the realization of a hybrid waveguide are then described. A simple line shape model is developed to interprete the experimental results.