Creation d'impulsions laser de longue duree, spatialement propres et controlees en frequence dans la limite definie par les applications lidar doppler

Generation of long laser pulses, frequency and spatially controlled for doppler lidar application

• Auteur / Autrice : Nathalie Lesage
• Direction : Gilbert Bourdet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des lasers
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Président / Présidente : Robert Frey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Sein, Jeffrey White
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Huignard, Alain Meyzonnette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lidar

Conjugaison de phase (optique)

Lasers à solide

Résumé

Ce travail porte sur l'etude et la realisation d'un systeme laser capable d'emettre des impulsions longues, energetiques, limitees par la diffraction, mono frequence et sans glissement de frequence au cours de l'impulsion. Un tel systeme servirait de source dans un anemometre laser embarque sur un satellite pour connaitre la carte des champs de vents a l'echelle planetaire. Une analyse des diverses configurations d'instruments capables de realiser les specifications imposees par cette application nous a conduits a choisir un systeme du type mopa (master oscillator, power amplifier) qui repose sur l'amplification en regime impulsionnel d'un laser continu puissant, mono frequence et controle en frequence. Pour compenser les distorsions de front d'onde induites par les amplificateurs impulsionnels, un systeme utilisant un miroir a conjugaison de phase est envisage. Apres une analyse des origines des distorsions spectrales et spatiales de la lumiere dans les lasers et les amplificateurs solides, nous rappelons brievement le principe de l'amplification d'une impulsion dans un amplificateur laser. Ce rappel nous permet d'etablir des modeles qui tiennent compte de l'evolution spatiale et temporelle de l'intensite dans le milieu amplificateur. Nous decrivons ensuite la realisation du laser continu puissant et mono frequence obtenu en synchronisant en phase un oscillateur puissant et un maitre oscillateur controle en frequence. Le principe de cette technique est rappele, l'experimentation est decrite en detail et des resultats experimentaux en bon accord avec les resultats theoriques sont rapportes. Nous poursuivons ensuite ce travail par des rappels relatifs aux miroirs a conjugaison de phase. Nous analysons les motifs qui nous ont conduits a choisir preferentiellement la methode de diffusion brillouin stimulee et nous etudions en detail les divers aspects de ce processus. Puis, nous nous interessons a l'etude de differentes configurations d'amplification du laser continu. Les techniques d'amplification simple passage et d'amplification double passage qui utilisent un miroir classique sont successivement etudiees. Les modeles theoriques d'amplification elabores, appliques a l'etude de ces deux configurations, ont prouve leur validite. Les resultats experimentaux obtenus ont permis de determiner les conditions experimentales conduisant a une bonne extraction de l'energie stockee dans les amplificateurs sur des impulsions dont la duree correspond a notre application. Cependant, les qualites spatiales de la lumiere incidente n'etant pas transmises au faisceau amplifie, le miroir classique permettant de renvoyer la lumiere dans les amplificateurs est remplace par un miroir a conjugaison de phase. Cette configuration n'est pas aussi satisfaisante qu'elle le laissait prevoir, en effet, nous obtenons des impulsions modulees en intensite, faiblement energetiques et qui ne presentent qu'une amelioration partielle des qualites spatiales de la lumiere amplifiee. Plusieurs methodes sont proposees pour accroitre les performances de ce systeme. La premiere consiste a ensemencer l'onde stokes par un signal de bonne qualite spectrale mais le principe de conjugaison de phase n'est plus assure. Nous avons alors envisage deux techniques dans lesquelles la cellule brillouin est placee dans une cavite. Toutes ces configurations ont ete etudiees et modelisees. Enfin, nous rapportons une etude theorique rapide d'un laser dont l'un des miroirs de la cavite est constitue d'une cellule brillouin a travers laquelle la lumiere, issue d'un maitre oscillateur mono frequence et puissant, est injectee