Combinaison cohérente par contrôle actif de la phase appliquée aux oscillateurs paramétriques optiques

Coherent beam combining by active phase control applied to optical parametric oscillators

• Auteur / Autrice : Rodwane Chtouki
• Direction : Antoine Godard, Pierre Bourdon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Optique et Techniques Associées
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Georges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Boulanger, Yannick Dumeige, Agnès Desfarges-Berthelemot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoît Boulanger, Yannick Dumeige

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oscillateurs paramétriques optiques

Cohérence (optique)

Oscillateurs paramétriques

Optique non linéaire

Lasers à fibre

Mots clés libres

Laser à fibre

Optique non linéaire

Combinaison cohérente

Oscillateur paramétrique optique

Coherent beam combining

Nonlinear optics

Fiber laser

Optical parametric oscillator

Résumé

Depuis plusieurs années, l’Onera développe des techniques de combinaison cohérente par marquage en fréquence, permettant d’additionner efficacement la puissance laser émise par plusieurs sources laser fibrées. Les lasers sont cependant limités en longueur d’onde disponible par la nature du milieu amplificateur utilisé, et peu possèdent une émission dans le proche et moyen infrarouge qui permet une bonne transmission dans l’atmosphère et un accès aux longueurs d’onde caractéristiques de certaines molécules (3-5 μm). La solution pour pallier ce problème consiste à utiliser des phénomènes d’optique non linéaire où l’on peut générer de nouvelles longueurs d’onde à partir des longueurs d’onde laser disponibles. On peut ainsi utiliser la différence de fréquence (DFG) pour créer, à partir d’un laser de pompe à 1 μm et d’un faisceau proche infrarouge, un rayonnement dans le moyen infrarouge. La première démonstration expérimentale de combinaison de cohérente de DFG est développée avec une très bonne qualité de mise en phase. Afin d’obtenir des rendements plus importants, on place le milieu non linéaire au sein d’une cavité pour créer un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO). Une étude théorique préalable est menée afin de réaliser deux cavités semblables à l’aide du matériel à disposition au laboratoire, avant de procéder à des premiers tests de combinaison cohérente.

For a few years now, coherent beam combining by active phase control has been developed at Onera, The French Aerospace Lab, in order to increase fiber laser ouput power. However, laser emission is limited in terms of wavelength by the nature of the gain medium, and only few of them can generate midinfrared radiation (between 3 and 5 μm). To overcome this problem, one can use nonlinear effects in crystals to create, from easily available laser wavelengths, the midinfrared emission useful for gas monitoring or spectroscopy. Using a 1 μm to create an idler beam around 4 μm is achievable using difference frequency generation(DFG). The first experimental proof of coherent beam combining of DFG is developed with a highefficiency phase matching. The limited power of DFG modules leads to the development of an optical parametric oscillator (OPO), in order to deliver watt-level midinfrared laser power. A theoretical study is presented, with the purpose of creating two symmetrical OPO cavities. Early tries of coherent beam combining of OPO are then detailed and discussed.