Étude, réalisation et applications d’une chaîne amplificatrice laser compacte pour l’allumage de turbomoteurs

• Auteur / Autrice : Guillaume Tison
• Direction : Éric Freysz, Patrick Chabassier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière, nanosciences
• Date : Soutenance le 22/04/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine - Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine / LOMA
• Jury : Président / Présidente : Jean Oberlé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Berat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Hugonnot, Yves Jaouën

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conjugaison de phase (optique)

Allumage

Turbines

Amplificateurs optiques

Mots clés libres

Allumage laser

Amplificateur à fibre

Fibre cristalline

Mélange à quatre ondes

Laser ignition

Fiber amplifier

Crystalline fiber

Four wave mixing

Résumé

Ce travail porte sur l’étude et la réalisation d’une cellule d’allumage laser pour turbomoteurs. Une étude bibliographique nous a permis d’identifier les caractéristiques nécessaires : des impulsions nanosecondes d’au moins 10mJ. La spécificité de l’application impose de nombreuses contraintes qui ont influencé le choix d’une architecture avec deux étages amplificateurs : un amplificateur fibré suivi d’un amplificateur à base de fibre cristalline. Nous avons développé un code permettant de simuler l’amplification d’une impulsion nanoseconde dans ces milieux et ainsi déterminé les caractéristiques techniquesoptimales de chaque étage amplificateur. Ces résultats ont permis la réalisation d’une chaîne d’allumage et sa caractérisation. Une étude particulière del’amplificateur fibré a permis de maîtriser l’apparition d’effets non-linéaires limitants. Finalement, nous démontrons le potentiel de notre solution laserpar plusieurs campagnes d’allumage sur différents bancs moteurs.

This work deals with the design and the construction of a laser ignitionsystem for turbine engines. A review of the dedicated literature allowed us toidentify the required characteristics : nanosecond pulses with at least 10 mJ ofenergy. Our specific application imposes numerous constraints which directlyinfluenced our choice of two amplifier stages : a fiber amplifier followed by acrystalline-fiber based amplifier. We developped a simulation describing theamplification of nanosecond pulses through these two medias and thus de-termined the optimal technical characteristics of each amplifier stage. Theseresults lead to the realization of an laser ignition system that we completelycharacterised. A specific study of the fiber amplifier allowed us to understandand control the appearance of non-linear limiting phenomena. Eventually, wedemonstrate the capabilities of our solution by several laser-ignition field stu-dies.