Coherent combining of fiber lasers: Study of the influence of atmospheric turbulence and the use of few-mode fibers - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Coherent combining of fiber lasers: Study of the influence of atmospheric turbulence and the use of few-mode fibers

Mise en phase de lasers à fibre : Étude de l'influence de la turbulence atmosphérique et de l'utilisation de fibres faiblement multimodes

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Abstract

There is an increasing need for powerful laser sources in order to enhance system range and sensitivity, either for civilian or military applications. Fiber technologies have already demonstrated high power lasers with very good spatial and spectral qualities. However, extracting energy from a high brightness fiber laser is limited. Beam combining is a promising way to overcome these limits and deliver increased power and brightness from fiber lasers. This thesis deals with evaluating the potential of fiber laser coherent combining with active phase control, both theoretically and experimentally. Beyond sole brightness scaling, this control offers other functionalities such as micro beam steering or wave front shaping. A theoretical analysis was performed taking into account the technological constraints. For that purpose, various criteria were implemented to assess the combining efficiency. After experimentally combining three fiber amplifiers, we used our system to compensate for atmospheric turbulence interfering with the laser beam on its path to the target. We also demonstrated the feasibility of coherent combining on a remote scattering surface using the backscattered optical signal. Then, we studied how the use of LMA few-mode fibers could impair coherent combining efficiency. In order to examine the potential of these fibers and identify the necessary trade-offs, we developed a model to assess the influence of multiple parameters on combining efficiency, including the impact of “few-mode parameter”. This study is completed by experimental investigation.
Il existe un besoin de sources laser de puissance afin d'augmenter la portée et la sensibilité des systèmes pour des applications civiles ou militaires. Les technologies à fibre permettent d'obtenir des lasers de puissance de bonne qualité. Or, l'énergie extractible d'un laser à fibre de forte luminance est limitée. La combinaison de plusieurs sources est une solution prometteuse pour accroître les niveaux de puissance et ainsi surpasser les limites individuelles. Ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer, de manière théorique et expérimentale, le potentiel de la combinaison cohérente par contrôle actif de phase des lasers à fibre. Au-delà de la montée en luminance, ce contrôle offre d'autres possibilités telles que la micro-déviation de faisceau ou la déformation du front d'onde du faisceau combiné. Une analyse théorique a été effectuée en tenant compte des contraintes « système ». Pour cela, des critères de qualité ont été mis en œuvre afin de juger de l'efficacité de combinaison. Après avoir mis en phase trois amplificateurs, nous avons utilisé notre système pour compenser la turbulence atmosphérique présente sur le trajet des faisceaux jusqu'à la cible visée. Nous avons ainsi réalisé une démonstration de principe de combinaison cohérente sur cible en utilisant le signal rétrodiffusé. Nous avons également étudié l'influence de l'utilisation de fibres LMA faiblement multimode sur l'efficacité de combinaison. Afin de déterminer leur potentiel et les compromis à effectuer, nous avons développé un modèle permettant d'évaluer l'impact du caractère faiblement multimode sur l'efficacité de combinaison. Cette étude a été complétée par des travaux expérimentaux.
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Dates and versions

pastel-00005847 , version 1 (03-03-2010)

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Cite

Baya Bennaï. Mise en phase de lasers à fibre : Étude de l'influence de la turbulence atmosphérique et de l'utilisation de fibres faiblement multimodes. Physique [physics]. Télécom ParisTech, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00005847⟩
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