New concepts for blue laser sources based on Neodymium doped crystals

Nouveaux concepts pour des sources laser bleues à base de cristaux dopés Néodyme

Emilie Hérault (1)

1 Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique / Elsa

Blue laser sources have interest in many applications (laser show, display, medicine, spectroscopy, submarine communications, data storage). In this work, we demonstrated the possibility imagining new concepts to realize original blue sources based on neodymium doped crystals. We first proposed an alternative to Argon laser designing a source based on sum frequency mixing of two transition of the neodymium ion emitting around 1060 nm and 910 nm. To choose the optimal crystal, we carried a comparative study on some physical characteristics and laser performance on the 4F3/2-4I9/2 transition of Nd:GdVO4 and Nd:YVO4 crystals. We, then, designed and realized four cw sources emitting at 491 nm, all based on intracavity sum frequency mixing. The first two were dual wavelength lasers, with single or two laser crystals. The third was composed of two lasers with linked cavity, non linear crystal being inserted in the common arm. At last, we realized a laser emitting at 1064 nm, intracavity pumped at 912 nm. We also designed a source at 491 nm in pulsed regime thanks to a new concept of non linear cavity dumping. The sum frequency mixing occurs intracavity at 912 nm but extracavity at 1063 nm. Finally, we studied a laser operating on the three level transition of neodymium ion. By second harmonic generation, we then realized blue sources emitting under 450 nm.

Les sources laser bleues possèdent des applications nombreuses et varies (shows laser, affichage, médecine, spectroscopie, communications sous-marines, stockage de données). Lors de cette thèse, nous avons démontré qu'avec de nouveaux concepts, il est possible de réaliser des sources bleues originales à base de cristaux dopés néodyme. Nous avons dans un premier temps proposé une alternative au laser à Argon en concevant une source basée sur la somme de fréquence de deux raies du néodyme émettant autour de 1060 nm et 910 nm. Afin de choisir le cristal optimal, nous avons mené une étude comparative sur certaines caractéristiques physiques et les performances laser sur la transition 4F3/2-4I9/2 des cristaux de Nd:GdVO4 et Nd:YVO4. Nous avons ensuite conçu et réalisé quatre architectures laser émettant en continu à 491 nm, toutes à base de somme de fréquence intracavité. Les deux premières étaient basées sur des laser bi-longueur d'onde à un seul ou deux cristaux laser. La troisième était composée de deux lasers dont les cavités étaient imbriquées, le cristal non linéaire étant inséré dans la partie commune. Finalement, nous avons réalisé un laser émettant à 1064 nm pompé intracavité à 912 nm. Sur le même principe, nous avons conçu une source en régime déclenché à 491 nm grâce à un nouveau concept d'extraction de puissance par interaction non linéaire. La somme de fréquence a alors lieu intracavité à 912 nm mais extracavité à 1063 nm. Finalement, nous avons étudié et réalisé un laser fonctionnant sur la transition à trois niveaux de l'ion néodyme. Par génération de second harmonique, nous avons ainsi réalisé des sources bleues de longueur d'onde inférieure à 450 nm.

Mots clés: Solid state lasers; laser diode pumping; neodymium doped crystals; three level transition; sum-frequency mixing; dual wavelength laser; infrared

Mots clés: Lasers solides; pompage par diode laser; cristaux dopés néodyme; transition à trois niveaux; somme de fréquence; laser bi-longueur d'onde; infrarouge; visible

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Emilie Hérault. Nouveaux concepts pour des sources laser bleues à base de cristaux dopés Néodyme. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00157980v1⟩