Investigation of mid-infrared supercontinuum generation in soft-glass fibers from a Q-switched mode-locked 2 mm fiber laser

par Christian Kneis

Thèse de doctorat en Lasers, matière et nanosciences

Sous la direction de Inka Manek-Hönninger.

Le président du jury était Philippe Balcou.

Le jury était composé de Inka Manek-Hönninger, Christelle Kielick, Marc Eichhorn, Kévin Verhaeghe.

Les rapporteurs étaient Gil Fanjoux, Nicolas Joly.

  • Titre traduit

    Etude de génération de supercontinuum dans des verres spéciaux dans le domaine du moyen infrarouge à la base d'un laser à fibre à 2 μm en régime simultanément déclenché et à verouillage des modes (QML)


  • Résumé

    Cette thèse est dédiée à l’étude de la génération de supercontinuum (SCG) deforte puissance moyenne dans le domaine spectral entre 2 mm et 5,5 mm. Un laser à fibredopée thulium (Tm3+) opérant dans un régime simultanément déclenché et à verrouillage demodes (QML) a été développé. En régime continu ce laser a délivré 70 W et en régime QML,26Wmoyens ont été obtenus pour des taux de répétition en QS de 180 kHz ou plus. L’énergiela plus élevée contenue dans une enveloppe QS a été évaluée à 166 mJ avec 66 mJ contenuedans la sous-impulsion à verrouillage de mode la plus énergétique. L’émission du laser àfibre correspondait toujours à un facteur de qualité M2 excellent, entre 1,1 et 1,2. La SCGcouvrant la plage spectrale de 2 mm à 5,5 mm a été réalisée en implémentant différentes fibresen cascade. Des supercontinua jusqu’à environ 4 mm ont été générés dans des fibres en fluorurepuis pour la plage spectrale complémentaire entre 4 mm et 5,5 mm, des fibres en chalcogénureont été utilisées.La puissance moyenne maximale de 7,8 W a été démontrée pour un supercontinuum dans unefibre en ZBLAN. Le spectre s’étend jusqu’à 4,2 mm. Au total, 69%/43%/30%/16,5% de lapuissance totale ont été mesurés au-delà de 2,15 mm/2,65 mm/3,1 mm/3,5 mm respectivement.La fibre en InF3 a permis d’atteindre une puissance moyenne de 0,8 W et le supercontinuums’étend jusqu’à 2,95 mm.Pour les essais d’élargissement spectral complémentaire, trois fibres en chalcogénure ont étéutilisées. L’élargissement spectral a été démontré pour toutes les fibres en chalcogénure.Jusqu’à 20 mW de puissance ont été obtenus avec une fibre As2Se3. Le spectre a été étendujusqu’à 4,9 mm.


  • Résumé

    This thesis reports about the investigation of high power supercontinuum (SC)generation between 2 mm and 5.5 mm. A Q-switched mode-locked (QML) thulium (Tm3+)-doped fiber laser has been developped to pump different nonlinear fibers. The fiber laserprovided in continuous wave regime an output power of 70 W. In QML operation, 26 W havebeen obtained with Q-switched repetition rates of 180 kHz or higher. The highest energy of theQS envelopes has been 166 mJ with 66 mJ contained in the most-energetic ML pulses, whichhave been surrounded by Gaussian-like pedestals with temporal widths around 2.5 ns. On topof these pedestals, very short temporal peaks with pulse durations around 15 ps appeared. Thehighest achieved peak power of a pedestal has been 25 kW. The beam parameter product M2of the fiber laser has been measured in different operational regimes and resulted always in anexcellent value around 1.2.The highest SC output power level from a ZBLAN fiber has been 7.8 W. In total, 69%/43%/30%/16.5% of the transmitted SC output radiation could be converted beyond the wavelengthof 2.15 mm/2.65 mm/3.1 mm/3.5 mm, respectively, with the broadest output spectrum from theZBLAN fiber exceeding 4.2 mm. The InF3 fiber provided a total output power of 0.8 W withan output spectrum up to 2.95 mm.Successful broadening of the wavelength-limited SC output from the ZBLAN fibers has beenachieved with all three investigated chalcogenide fibers with as much as 20 mW of outputpower by using an arsenic selenide fiber. The output spectrum exceeded 4.9 mm.


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