Lasers femtosecondes SWIR-MIR à fibres optiques pour la génération de rayonnements secondaires de l’EUV au MIR

SWIR-MIR femtosecond lasers based on fibre-optic for generation of secondary radiation from EUV to MIR

• Auteur / Autrice : Hugo Delahaye
• Direction : Sébastien Février
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 01/12/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Philippe Roy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Février, Philippe Adam, Johan Boullet, Ammar Hideur
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Smektala, Arnaud Mussot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers de puissance

Solitons

Lasers femtoseconde

Lasers à infrarouges

Mots clés libres

Soliton

Puissance crête

Impulsion primaire

Moyen infrarouge

Soliton

Peak power

Primary impulse

Mid-inrared

Résumé

L’interaction entre l’auto-modulation de phase de phase et la dispersion temporelle permet l’installation du régime solitonique, solution de l’équation de Schrödinger en régime non linéaire. Dans le cas d’impulsion subpicoseconde emplissant la condition d’existence du soliton fondamental, leur large spectre les expose à la dispersion d’ordre 3 et la susceptibilité Raman. L’interaction de ses phénomènes mène à l’auto-décalage de soliton. La fission solitonique et l’auto-décalage de soliton permettent la génération d’impulsion proche 100 fs accordables en longueur d’onde. La problématique de la thèse se résume à l’utilisation de ce phénomène pour développer des systèmes à fortes puissances crêtes à des longueurs d’ondes, entre 2 et 3μm,non couvertes par les lasers de type MOPA et MOFA. Le design de fibres à large aire modale a été nécessaire afin de réaliser des sources à fortes puissances crêtes dans la bande de transparence de la silice. L’étude des différentes fibres transparente dans le moyen infrarouge a été nécessaire ainsi que leur intégration dans un système MOFA pour la réalisation de source dans la gamme [2,4;3] μm.La maitrise des propriétés du régime solitonique a permis de génération des impulsions de puissance crête proche et supérieure au MW dans des fibres souples à cœur plein (0,8MW à 1,7μm et 2,8MW à 2,2μm); ainsi que, la génération de soliton via un laser monolithique à des longueurs d’ondes peu couvertes >2,4 μm avec des puissances crêtes non égalées (35kW à 2,75μm, 9kW à 3,01μm).

The interaction between selfphase modulation and chromaticdispersion allows the installation of the solitonic regime, a solution of Schrödinger's equation in non-linear regime. In the case of subpicosecond impulses filling the condition of existence of the fundamental soliton, their largespectral bandwidth exposes them to 3rd order dispersion and Raman susceptibility. The interaction of these phenomena leads to soliton self-frequency shift. Solitonic fission and soliton self-frequency shift allow the generation of near 100 fs tunable wavelength pulses. The problem of the thesis can be summarized by the use of this phenomenon to develop high peak power sourcesat wavelengths, between 2 and 3 μm, not covered by MOPA and MOFA lasers. The design of fibres with a large modal area was necessary in order to achieve high peak power sources in the transparency band of silica. The study of the different fibres transparent in the mid-infrared was necessary as well as their integration in a MOFA sourcefor the conceptionof sources in the range [2,4;3] μm. The mastery of the solitonic regime properties allowedusthe generation of pulses of peak power close to and above MWin flexible fibres with a solid core (0.8MW to 1.7μm and 2.8MW to 2.2μm). Another result wasthe generation of soliton via a monolithic laser at wavelengths poorly covered>2.4 μm with peak powers (35kW to 2.75μm, 9kW to 3.01μm).