Nouveaux concepts pour des lasers de puissance : fibres cristallines dopées Ytterbium et pompage direct de cristaux dopés Néodyme

New concepts for high power laser systems : ytterbium doped crystal fibers and direct in-band pumping of Neodymium doped bulk crystals

• Auteur / Autrice : Damien Sangla
• Direction : François Balembois, Kheirreddine Lebbou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/12/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie des matériaux luminescents
• Jury : Président / Présidente : Marie-France Joubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Couderc, Jean-Marie Fourmigué
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Richard Moncorgé, Olivier Musset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néodyme

Ytterbium

Lasers à solide

Mots clés libres

Lasers solides

Fibres ristallines

Croissance micro-pulling down

Ytterbium

Pompage direct

Néodyme

Solid state lasers

Crystal fibers

Micro-pulling down growing technique

Ytterbium

In band pumping

Neodynium

Résumé

Le nombre croissant d’applications des sources lasers de puissance favorise le développement de solutions techniques innovantes afin d’atteindre des performances inédites. Pour y parvenir, la technologie des lasers solides bénéficie des progrès considérables réalisés pour l’intégration et la montée en puissance des diodes lasers utilisées pour le pompage. Les milieux à gain doivent alors permettre une conversion efficace du rayonnement de pompage en rayonnement laser tout en limitant les phénomènes thermiques et les effets induits par la puissance crête. Au cours de cette thèse, nous proposons d’étudier deux concepts différents afin de dépasser les principaux écueils des systèmes émettant dans le proche infrarouge (1 µm). Dans le cadre d’une collaboration regroupant le Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents, le Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique et l’entreprise Fibercryst, nous avons développé et caractérisé des fibres cristallines dopées Ytterbium élaborées par la technique de croissance micro-pulling down. Cette géométrie combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis d’obtenir des performances laser prometteuses pour la réalisation de systèmes alliant forte énergie, forte puissance moyenne et forte puissance crête. La seconde partie de ce travail de thèse est consacrée à l’étude du concept de pompage direct de cristaux dopés Néodyme dans les niveaux émetteurs. Cette voie, permettant de réduire à l’extrême l’échauffement dans le milieu, est fortement prometteuse pour l’amélioration des performances des systèmes laser utilisant des cristaux dopés Néodyme

The development of innovative technical solutions in high power laser systems is supported by the increasing number of applications. For their realization, solid-state lasers benefit from considerable progress in the integration and the power scaling of high-brightness laser diodes used as pump sources. Gain medium must guaranty an efficient conversion of pump radiation in laser radiation while also preventing the generation of deleterious thermal phenomena and while limiting effects induced by high peak power. In this thesis, two different concepts were studied in order to overcome the major pitfalls of systems emitting in the near infrared (1 µm). The first part of this work was realized in collaboration with the Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents and the company Fibercryst. We have developed and characterized Ytterbium doped crystal fibers elaborated by the micro-pulling down growing technique. This geometry combines the properties of bulk crystals and the advantages of doped fibers. We achieved promising laser performance for the realization of systems of high energy, high average power and high peak power. The second part of this thesis is devoted to studying the concept of direct in-band pumping of Neodymium doped crystals. Thanks to drastic reduction of heating processes inside the laser medium, this solution could allow power scaling of lasers systems based on Neodymium doped gain media