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Theses Year : 2006

Ytterbium doped single crystals and bonded materials for high power lasers

Monocristaux dopés ytterbium et matériaux assemblés pour lasers de fortes puissances

Johan Petit
  • Function : Author

Abstract

Rare earth doped solid state lasers have several advantages: they are compact, they have a high efficiency and their beam quality is good. The main problem to reach high power is the heat production occurring during laser process. The first part of this thesis reports the study of new high pumping power resistance materials: Yb:GdVO4 and Yb:CaGdAlO4 for instance. In the latter laser host, quasi athermal laser emissions and ultra-short pulses have been obtained. In a second part of the thesis, a new sol-gel bonding technique was studied to realize composite sources with efficient heat dissipation. Using this technique, composites of two identical materials showed the same resistance capacities than those obtained by the diffusion bonding method. Using sol-gel interlayer, composites of two different materials are possible: they are resistant up to 200°C and 15 W of input power. The laser losses at the interface are insignificant and the temperature inside the material decreased of about 40%.
Les lasers solides dopés terres rares ont certains avantages: ils sont compacts, possèdent un fort rendement et leur faisceau est de bonne qualité. Le principal problème limitant la puissance est la production de chaleur inhérente au processus laser. Cette thèse comporte un premier volet consacré à l'étude de nouveaux matériaux à forte résistance à la puissance de pompage: GdVO4 :Yb et CaGdAlO4 :Yb en particulier. Des émissions laser quasiathermiques et des impulsions ultra-brèves ont été obtenues dans ce dernier. Dans un second volet, une nouvelle méthode d'assemblage par voie sol-gel a été étudiée pour créer des sources composites permettant une dissipation efficace de la chaleur. Avec cette technique, les homo-assemblages (matériaux de même nature chimique) présentent les mêmes capacités de résistance que ceux obtenus par la méthode de soudage par diffusion. Les hétéroassemblages (deux matériaux différents) sont difficiles à obtenir par diffusion mais, avec une interface issue du procédé sol-gel, ils ont résisté jusqu'à 200°C et 15 W de pompage. Les pertes lasers à l'interface sont négligeables et la température dans le matériau est abaissée de près de 40%.
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Dates and versions

pastel-00001720 , version 1 (11-05-2006)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00001720 , version 1

Cite

Johan Petit. Ytterbium doped single crystals and bonded materials for high power lasers. Chemical Sciences. Chimie ParisTech, 2006. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001720⟩

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