Sources laser solides pompées par diode, émettant autour de 1000 et 500 nm, à base de cristaux dopés ytterbium et de semiconducteurs

Diode-pumped solid-state laser sources emitting at 1000 and 500 nm, based on ytterbium-doped crystals and semiconductors

• Auteur / Autrice : Mathieu Jacquemet
• Direction : François Balembois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optique et lasers
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Diode laser

Infrarouge

Puits quantiques

Vecsel

Résumé

Le cadre general de cette these est l'etude de nouvelles sources laser solides, pompees par diode, emettant un rayonnement continu monomode longitudinal dans le proche infrarouge (1000 nm) et dans le bleu-vert par doublement de frequence, particulierement a 501,7 nm. Ces sources laser visent des applications metrologiques telles que la spectroscopie de l'iode (127i2) a ultra-haute resolution et la mise en pratique du metre, domaines dans lesquels les lasers a argon sont actuellement utilises. Le premier chapitre de ce travail presente le contexte de cette etude, a travers un etat de l'art des sources laser autour de 500 nm, les solutions retenues et explorees, ainsi que des elements theoriques pour la generation de seconde harmonique. Le principe commun des deux voies est de produire une emission laser monomode spectrale a 1000 nm qui est ensuite doublee en frequence. Le deuxieme chapitre traite de la solution utilisant des cristaux dopes ytterbium emettant a 1000 nm, dont l'emission est doublee en frequence intracavite dans un cristal non lineaire de knbo3. Deux cristaux laser sont utilises : le yb:yso et le yb:kyw. Dans les deux cas, a 501,7 nm, nous demontrons des puissances comprises entre 35 et 60 mw pour une puissance de pompe de 4w a 980 nm. Le troisieme chapitre concerne la seconde voie etudiee utilisant un milieu amplificateur semiconducteur a puits quantiques de type vcsel. La structure active, formee d'un miroir de bragg et de puits quantiques, est montee en cavite externe et pompee optiquement. L'emission autour de 1000 nm est doublee en frequence pour produire 60 mw en regime monomode spectrala 500 nm, a partir d'une puissance de pompe de 6,5 w a 808 nm.

The background of this thesis is the study of new diode-pumped solid-state laser sources emitting a continuous wave single-frequency radiation in the near infrared (1000 nm) and in the blue-green by second harmonic generation, particularly at 501. 7 nm. These laser sources aim metrological applications such as ultra-high resolution spectroscopy of molecular iodine (127i2) and the practical application of the meter, fields in which argon lasers are currently used. The first chapter of this work presents the context of this study, through a state of the art of the solid-state laser sources around 500 nm, the adopted and explored solutions, as well as some theoretical elements concerning second harmonic generation. The common principle of these two ways is to produce a single-frequency laser emission at 1000 nm, which is then frequency doubled. The second chapter deals with the solution using ytterbium-doped crystals emitting at 1000 nm, whose emission is intracavity frequency-doubled in a knbo3 nonlinear crystal. Two laser crystals are used: yb:yso and yb:kyw. In both cases, at 501. 7 nm after the frequency doubling process, we demonstrate output powers ranging between 35 and 60 mw for a pump power of 4w at 980 nm. The third chapter relates to the second studied way using a vcsel type semiconductor amplifying medium with quantum wells. The active structure, composed of a bragg mirror and quantum wells, is assembled in an external cavity and optically pumped. The laser emission around 1000 nm is frequency doubled to produce 60 mw in single-frequency operation at 500 nm, from a pump power of 6. 5 w at 808 nm.