Dynamique des lasers auto-impulsionnels basée sur les propriétés d'amplification et d'absorption saturable de fibres optiques dopées

Dynamic of self pulsing laser based on amplification and saturable absorption properties of doped optical fibre

• Auteur / Autrice : Jérôme Maria
• Direction : Bernard Dussardier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chrome

Ytterbium

Impulsion (mécanique)

Fibres optiques

Lasers

Résumé

Cette thèse rapporte l’étude de la dynamique des lasers auto-impulsionnels dans le but d’optimiser un laser entièrement fibré passivement Q-déclenché (LPQD) par absorbant saturable. Le travail a été d’une part numérique avec la simulation d’un modèle de LPQD original qui a permis notamment d’étudier l’influence de la place de l’absorbant dans la cavité, et d’autre part expérimental avec la caractérisation de fibres et de cavités lasers. Notre intérêt s’est porté principalement sur deux dopants, l’ytterbium (Yb3+) comme milieu amplificateur et le chrome (Cr4+) comme absorbant saturable. Une première étude originale consistant à ajuster les courbes non linéaires de transmission expérimentales et numériques des absorbants saturables fibrés à silice inférieure à 1 ns, durée bien plus courte que celle mesurée dans des cristaux de référence. Nous avons pu de plus montrer expérimentalement qu’un tel absorbant saturable pourtant peu efficace (temps de vie très court) permet néanmoins d’obtenir un laser impulsionnel relativement stable en agissant comme stabilisateur sur les auto impulsions chaotiques engendrées par l’ytterbium (sustain self-pushing, self mode locking). Nous avons ainsi réalisé le premier laser auto-impulsionnel stable entièrement fibré Yb3+ : Cr4+ atteignant des durées submicrosecondes et des puissances crêtes de 4W.

We report in this thesis the study of the dynamic of self pushing laser with the aim of optimizing an all fibber passively Q-switched laser (LPQS) by saturable absorber. This work was both numerical with the simulation of a LPQS model (study of the localisation of saturable absorber in cavity…) and experimental with fiber and laser cavities characterisations. We mainly focused on ytterbium (Yb3+), the gain media, and chrome (Cr4+), the saturable absorber media. First, an original study which consists to fit experimental and simulated data of non linear transmission of saturable absorber allowed to estimate the room temperature lifetime of chromium in silica fibber less then 1 ns, well shorter than lifetime of Cr4+-doped crystal. Nevertheless, we experimentally showed that such a poorly efficient saturable absorber (with a very short lifetime) can stabilize chaotic self pulse generated by ytterbium fibber (Sustain Self Pushing, Self Mode Locking). We thus managed to make the first self-pulsing all fibber Yb3+ : Cr4+ laser. Sub-nanosecond pulses with 4W peak power were obtained.