Synthèse de préformes dopées ytterbium par voie poudre pour la réalisation des lasers à fibre de haute puissance

Powder synthesis of ytterbium doped preforms for high-power fiber lasers

• Auteur / Autrice : Nadia Tiabi
• Direction : Philippe Roy, Jean-Louis Auguste, Sébastien Vergnole
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et ingénierie pour l'information
• Date : Soutenance le 07/11/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Cardinal, Wilfried Blanc, Katrin Wondraczek, Julien Didierjean, Sylvie Foucaud, Anne Durécu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers de puissance

Innovation

Lasers à fibre

Ytterbium

Mots clés libres

Matrice alumino-phosphosilicate

Photo-noircissement (PN)

Poudre en suspension

Fibres LMA

Alumino-phosphosilicate matrix

Photodarkening (PD)

Powder in suspension,

LMA fibers

Résumé

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une thèse CIFRE en colla-boration entre le laboratoire Xlim et le centre technologique optique & lasers « ALPhANOV ». L’objectif principal de cette thèse consiste à développer des préformes dopées à l’ytterbium, conçues pour résister au phénomène de photo-noircissement (PN), en vue de leur utilisation dans des applications laser à haute puissance. Ce phénomène dégrade les performances des lasers et entraîne une réduction de leur puissance de sortie. Les travaux de cette thèse sont articulés autour de deux principaux axes. Le premier vise à définir la composition du cœur ainsi que la méthode de synthèse appropriée pour fabriquer des cœurs de préformes résistant face au photo-noircissement (PN). Le deuxième axe repose sur l’élaboration, la caractérisation et l’évaluation des performances optiques de la fibre obtenue. La matrice choisie pour être étudiée est la matrice alumino-phosphosilicate. Elle a été obtenue par une méthode de synthèse appelée « poudre en suspension ». Les différentes étapes de ce procédé de fabrication ont été validées depuis la synthèse de la préforme jusqu’à l’étirage de la fibre optique. Les tests optiques effectués sur la fibre optique ont révélé d’excellentes performances, avec une faible atténuation de 0.1 dB/m et une efficacité de conversion optique- optique très prometteuse de 76 %. L’évaluation de cette fibre face au phénomène de photo- noircissement a révélé une résistance exceptionnelle. Aucune décroissance en puissance n’a pu être constatée au cours des expériences effectuées sur plus de 100 h.

The work presented in this manuscript is part of a PhD thesis carried out by CIFRE in collabora-tion between the laboratory of Xlim and the technological center of optics and lasers "ALPhA-NOV". The main objective of this thesis is to design ytterbium doped preforms that are resistant to the photodarkening (PD) phenomenon for use in high power laser applications.This phenomenon degrades laser performance and leads to reduced output. Two main areas are focused in this thesis. The first is the definition of the core composition and the appropriate synthesis method for the production of preform cores which are resistant to photodarkening (PD). The second is to develop, characterize and evaluate the optical performance of the resulting fiber. The matrix that has been chosen for the study is the alumino-phosphosilicate matrix. To obtain this matrix, a synthesis method called "powder in suspension" was used.From the synthesis of the preform to the drawing of the optical fiber, the different stages of the process have been validated. Excellent performance, with low attenuation of 0.1 dB/m and a very promising optical-to-optical conversion efficiency of 76%, was obtained from the optical tests performed on the fiber. The evaluation of the fiber against photodarkening showed an exceptional resistance. No performance degradation was observed over 100 hours.