Evaluation de la fiabilité de diodes Laser 1064nm en régime impulsionnel critique pour des applications "seed" de laser à fibre forte puissance

Reliability investigation on 1064nm Laser diodes driven under high-current pulsed conditions for high-power fiber laser seeding applications

• Auteur / Autrice : Germain Le Galès
• Direction : Laurent Bechou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 31/03/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Aupetit-Berthelemot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Bechou, Christelle Aupetit-Berthelemot, Bernard Orsal, Angélique Rissons, Simon Joly, Guillaume Pedroza, Alain Bensoussan, François Laruelle, Giorgio Santarelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Orsal, Angélique Rissons

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers femtoseconde

Électronique de puissance

Lasers à fibre

Fiabilité

Diodes laser

Mots clés libres

Fiabilité

Diode

Laser

1064nm

Impulsionnel

Seed

Reliability

Laser

Diode

1064nm

Pulsed

Seed

Résumé

Un nombre croissant d’applications Laser nécessite l’utilisation de sources impulsionnelles présentant une grande modularité en termes de durée, de puissance et de fréquence des impulsions Laser générées. Ces sources s’appuient sur une architecture bien connue, basée sur un amplificateur de puissance à oscillateur maître (MOPA) et intégrée dans un grand nombre de systèmes d’amplification optique. Généralement, elle se compose d’une diode « seed » jouant le rôle d’un oscillateur « source » et pilotée en régime impulsionnel fournissant des impulsions optiques à un étage d’amplification (solide ou fibré), dopé avec des éléments terres rares (ex. Ytterbium). Néanmoins, la puissance crête émise par ce type de diodes dépasse rarement quelques centaines de mW. Afin d’obtenir, en sortie du « MOPA », des impulsions d’une puissance de plusieurs dizaines de kW, il est donc nécessaire de concevoir une chaîne d’amplification optique possédant un gain élevé mais en contrepartie susceptible de générer des phénomènes optiques non-linéaires néfastes à l’application. L’utilisation de diodes Laser monomode commercialisées, à très haute fiabilité, dans des régimes de polarisation en courant crête très élevé mais sous des durées d’impulsion très courtes (très inférieures à 1μs), apparaît comme une solution alternative mais impose d’être validée tant sur le plan de la caractérisation électro-optique de ces diodes que sur la robustesse de leurs performances dans ces régimes critiques de fonctionnement.

A growing number of Laser applications requires the use of pulsed sources with a large versatility in terms of duration, power and frequency of the generated Laser pulses. Such sources are based on the well-established “Master Optical Power Amplifier” architecture, and integrated into a large variety of optical amplification systems. Generally, it is composed of a “seed” diode, acting as a “source” oscillator, operated in pulse regime in order to produce optical pulses forwarded to an amplification stage (solid or fibered), doped with rare earth elements (ex. Ytterbium). However, the maximum output power delivered by such diodes barely reaches a few hundred mW. In order for the “MOPA” to produce output pulses with a peak power reaching a few tens of kW, it is necessary to design an amplification chain with a high optical gain but on the other hand susceptible to generate non-linear phenomena detrimental to the application. The use of commercialized and ultra-reliable single mode Laser diodes, operating in large overcurrent but under short pulse conditions (under 1μs), appears as an alternative solution, which, however, requires to be validated in terms of electro-optical characterizations as well as in terms of performances robustness under these critical conditions.