Méthodes non linéaires de remise en forme de faisceau pour amplificateur de puissance à fibre multimode

High power multimode fiber amplifier with wavefront reshaping for high beam quality recovery

• Auteur / Autrice : Laurent Lombard
• Direction : Patrick Georges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Laser de puissance

Effet photoréfractif

Conjugaison de phase

Nettoyage de faisceau

Diffusion Brillouin stimulée

Résumé

Le développement récent des fibres à large cœur quasi-monomodes a permis une montée en puissance rapide des lasers à fibre. En effet, l'utilisation d'un gros cœur permet de limiter les effets non linéaires indésirables et d'augmenter les seuils de dommage. Afin de poursuivre la montée en puissance, nous avons exploré une voie originale utilisant des fibres amplificatrices dopée Ytterbium à très large cœur, donc multimodes, suivies d'interactions non linéaires de remise en forme. Deux concepts ont été étudiés pour la restitution d'un faisceau limité par la diffraction :- le premier réalise la remise en forme par effet photoréfractif dans un cristal de Rh:BaTiO3. Un schéma original a été proposé et validé expérimentalement. Ce convertisseur de mode transforme tout faisceau laser cohérent, dépolarisé et aberrant en un faisceau polarisé et limité par la diffraction,- le second est issu d'une étude théorique et expérimentale détaillée de la rétrodiffusion Brillouin stimulée (SBS) dans des fibres multimodes. S'il est bien connu que des effets de conjugaison de phase ou de nettoyage de faisceau peuvent être observés par SBS dans les fibres multimodes, leurs conditions d'observation le sont moins. Cette étude permet de définir les conditions dans lesquelles les effets de conjugaison de phase (fibre à saut d'indice courte) ou de nettoyage de faisceau (fibres à gradient d'indice) sont attendus. Le schéma original proposé et validé expérimentalement est une cavité Brillouin auto-alignée contenant une fibre multimode à gradient d'indice. La remise en forme est effectuée par réflexion efficace du faisceau multimode vers le mode fondamental de la fibre à gradient d'indice.

The recent development of quasi-singlemode large mode area fibers has led to a quick rise in fiber laser power. Indeed, the large core prevents nonlinear effects and increases damage threshold. In order to further increase the core diameter, we propose an alternative approach using a very large core multimode fiber amplifier followed by a nonlinear beam cleanup interaction to restore a diffraction limited beam profile. Two concepts have been studied:- in the first one the beam quality is restored by two-wave mixing in a Rh:BaTiO3 photorefractive crystal. An original scheme has been proposed and experimentally validated. This mode converter can change any depolarized, aberrated and coherent laser beam into a diffraction-limited beam,- the second one is a result of a detailed theoretical and experimental study of stimulated Brillouin backscattering (SBS) in multimode fibers. It is well known that both phase conjugation and beam cleanup behavior are observed by SBS in multimode fibers, but the reasons why each effect occur are not clear. The study defines the conditions in which phase conjugation (short step index fibers) or beam cleanup (gradient index fibers) are more likely to occur. An original geometry has been proposed and experimentally demonstrated. We obtain efficient and highly stable beam cleanup in a multimode gradient index fiber by using a self-aligned loop geometry. Beam cleanup is achieved by efficient reflection of the multimode beam to the fundamental gradient index fiber mode.