Thèse soutenue

Développement de sources lasers impulsionnelles à fibres dopées néodyme large coeur pour une émission dans l'UV
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Auteur / Autrice : Kilian Le Corre
Direction : Mathieu Laroche
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, microélectronique, optique et lasers, optoélectronique microondes
Date : Soutenance le 14/09/2022
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Ammar Hideur
Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Laroche, Bernard Dussardier, Sébastien Février, Sylvain Girard, Julien Le Gouët, François Sanchez, Thierry Robin
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Dussardier, Sébastien Février

Mots clés

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Résumé

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Les sources lasers impulsionnelles de forte puissance sont devenues indispensables pour des applications allant de l’usinage au traitement dermatologique. La technologie fibrée a marqué une réelle rupture dans l’évolution des systèmes laser, autorisant une rapide montée en puissance. Cependant, ces systèmes fibrés basés sur un dopage ytterbium sont limités à une émission laser à une longueur d’onde proche de 1 µm, fermant ainsi l’accès à des longueurs d’ondes dans le bleu et l’UV profond après conversion de fréquence non linéaire. Dans ce contexte, les fibres dopées néodyme émettant autour de 910 nm (grâce à la transition 4F3/2-4I9/2) présentent un fort potentiel pour générer de nouvelles longueurs d’ondes tout en bénéficiant des avantages de la technologie fibrée désormais bien maitrisée. Toutefois, cette transition de l’ion néodyme est en compétition avec la transition émettant à 1060 nm (4F3/2-4I11/2) réduisant fortement l’efficacité à la longueur d’onde souhaitée. De plus, la présence d’effets non linéaires dans les fibres optiques peut aboutir à une dégradation des caractéristiques spectrales et temporelles de l’émission laser. Le développement de fibres dopées néodyme à large aire modale et une géométrie optimisée (faible rapport diamètre de gaine/diamètre de cœur) a permis, d’une part, de réduire le confinement de la lumière afin de repousser les effets non linéaires délétères et, d’autre part, de favoriser l’amplification autour de 910 nm. L’intégration de ces fibres dans des amplificateurs de puissance a mené au développement de deux sources lasers impulsionnelles à 905 nm (régime déclenché nanoseconde) et 915 nm (régime MOPA sub-nanoseconde) avec des puissances crêtes de 10 kW et 26 kW respectivement. Pour adresser des domaines d’applications comme le LIDAR (Light Detection And Ranging) sous-marin ou la photo-inscription de verre, ces deux sources laser sont utilisées pour générer en simple passage dans deux cristaux non linéaires successifs une émission laser doublée en fréquence, respectivement à 452,5 nm et à 457,5 nm, puis quadruplée en fréquence, respectivement à 226 nm et à 229 nm. Dans la meilleure configuration (MOPA en régime sub-nanoseconde), une puissance laser de 1,2 W à 229 nm a notamment été obtenue. Enfin, une source laser compacte basée sur le verrouillage de modes passif et accordable entre 905 et 912 nm a été démontrée. Les impulsions picosecondes ont été amplifiées dans une fibre double-gaine dopée Nd à cœur monomode jusqu’à 350 mW. La compression temporelle par réseaux de diffraction a ensuite permis d’obtenir une durée d’impulsion inférieure à 300 fs.