Exploration de nouvelles architectures lasers à émetteurs multiples et à verrouillage passif des phases pour le régime impulsionnel déclenché

Exploration of new lasers configurations with multiple emitters and passive phase locking for operating in pulsed regime

• Auteur / Autrice : Sandrine Auroux
• Direction : Agnès Desfarges-Berthelemot, Vincent Kermene
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Mots clés libres

Lasers fibrés

Lasers cristallins

Injection mutuelle

Cavité interféromètre

Résumé

La combinaison de lasers apparaît aujourd’hui comme une solution permettant de dépasser les limites en puissance des sources à une seule voie amplificatrice. Deux méthodes de combinaison cohérente de lasers par voie passive ont été explorées au cours de cette thèse. Il s’agissait d’explorer leur potentiel avec des sources élémentaires à milieu amplificateur cristallin, fonctionnant en régime impulsionnel et dont les rayonnements sont combinés sur cible en champ lointain. La combinaison par injection mutuelle constitue la première configuration explorée. Elle consiste à prélever intra-cavité une partie du rayonnement issu d’un laser et à l’injecter dans la cavité du laser voisin, et réciproquement. Les propriétés de cohérence des rayonnements cophasés ont été analysées numériquement et expérimentalement. La deuxième configuration consiste à coupler les lasers, au moyen d’un élément combineur, dans une cavité interféromètre. Les différents émetteurs ajustent leurs phases relatives de façon à maximiser l’énergie sur la voie commune du laser composite. Les propriétés spectrales et spatiales de l’émission sont considérées expérimentalement, puis numériquement en vue de la montée en nombre des lasers combinés. Le dernier volet de ces travaux est dédié à la dégradation des caractéristiques spatiales des faisceaux soumis à des distorsions thermiques et son impact sur la qualité de cophasage.

Laser beam combining appears as a solution to overcome the power limitations of a single laser. Two methods of laser coherent combining in a passive way have been explored in this thesis. Their potential for achieving a bulk configuration with multiple emitters operating in pulsed regime was studied. With these two methods, the emitted radiations are superposed only in the far field. The first configuration explored is laser combining by mutual injection. A fraction of the radiation from one laser seeds the neighboring resonator. Laser emissions are thus coupled step by step. Coherence properties of the emissions of lasers coupled by mutual injection have been studied numerically and experimentally. The second method is based on a multi-arm resonator of interferometric configuration. The different emitters self-adjust their relative phases to maximize the energy on the common path of the interferometric cavity. Spectral and spatial properties of emissions are considered experimentally and numerically. Numerical models have been developed for larger number of combined lasers. The last part deals with deterioration of output beams quality under high pumping level and the consequences on combining efficiency.