Verrouillage par injection des lasers impulsionnels de grande puissance : le laser TEA CO₂

par Philippe Cassard

Thèse de doctorat en Sciences physiques

Sous la direction de Jean-Michel Lourtioz.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Théorie multimode
• Résonateur instable
• Mesure de fréquence
• Lasers
• Électrons -- Distribution

Résumé

Cette thèse concerne l’étude du verrouillage par injection dans les lasers impulsionnels de grande puissance. Une analyse théorique du verrouillage de mode dans les lasers impulsionnels est présentée. Une théorie multimode est développée sur la base du traitement semi-classique du laser à champ faible. Le verrouillage par injection continue fait l’objet d’une étude approfondie. Il est clairement démontré que le verrouillage par injection d’un champ faible dans un laser impulsionnel multimode est un verrouillage de mode(s) quelle que soit la durée du champ d’injection. Le traitement présenté décrit tout aussi bien la génération d’impulsions brèves par injection. Une revue des propriétés énergétiques de l’oscillateur-laser TEA CO₂ est présentée, que ce soit en présence ou en l’absence d’injection. Une étude expérimentale fine de l’injection continue est appliquée au cas du laser TEA CO₂ muni d’un résonateur stable. Des mesures de fréquence ont été réalisées suivant un schéma original d’hétérodynage à haute fréquence. Les limites du verrouillage par injection sont étudiées. De plus, le rôle important de la densité électronique de la décharge TEA sur le verrouillage par injection est démontré. Une seconde étude expérimentale met en évidence le verrouillage par injection des modes d’ordre supérieur d’un résonateur instable dans un laser TEA CO₂ de très grande puissance.

Titre traduit

Injection locking of high power pulsed lasers: tea CO₂ lasers

Résumé

This thesis is directed at the study of injection-locking of high power pulsed lasers. Chapter I give a theoretical analysis of injection mode-locking in such lasers. A multimode theory is developed on the basis of the semi-classical treatment in the weak field regime. A detailed investigation of CW injection-locking is reported. It is clearly demonstrated that locking by injection of a weak field in a pulsed multimode laser stems from injection mode-locking whatever is the injection field time history. Thus the generation of short pulses by injection is described as well. Chapter II theoretically overviews the energetic features of the TEA CO₂ laser, with or without injection. Chapter III presents an experimental investigation of CW injection-locking in stable resonator TEA CO₂ lasers. Frequency measurements are performed with a new high frequency heterodyning scheme. The limits of CW injection locking are studied. Moreover, the influence of the transient discharge electron density on injection-locking is demonstrated. Chapter IV gives an experimental evidence of high order transverse mode injection-locking in unstable resonator TEA CO₂ lasers.