Active correction of the spatial profile of amplified beams in multimode and multicore fibers.
Correction active du profil spatial de faisceaux amplifiés dans des fibres multimodes et multi-coeurs.
Résumé
Fiber lasers and amplifiers are of great interest for reaching high output powers because of their advantages in terms of thermal behaviour and efficiency. The main limitation appears in the pulsed regime where the peak powers are limited by nonlinear effects and material damage. A widely studied solution to overcome this problem is to distribute the amplification over several separate fiber amplifiers and to phase lock them to obtain their coherent combining. These systems require a very accurate control of the phase of each amplifier and are quite difficult to align when the number of emitters increases. In this report, we study an alternative solution based on coherent combining applied to an integrated architecture. In this approach, either the modes of a multimode fiber or the cores of a multi-core fiber are phase locked using a spatial light modulator. Several experimental solutions have been studied to achieve phase locking : phase conjugation by active digital holography, electronic feedback loop based on an evolutionary algorithm, and direct measurement of the modal content of a multimode fiber using a wavefront analyzer. These developpements led to the amplification of nanosecond pulses close to the diffraction limit in multimode and multi-core fibers. Numerical simulations have also been performed to study the amplification process in multimode fibers and the use of evolutionary algorithms to shape the wavefront of multimode beams.
Les lasers et amplificateurs à base de fibres optiques dopées constituent aujourd'hui une alternative sérieuse aux milieux cristallins traditionnellement utilisés pour la réalisation d'amplificateurs laser de puissance de par leur faible sensibilité aux problèmes thermiques et leur rendement optique-optique élevé. Les performances des fibres restent néanmoins limitées en régime impulsionnel du fait de l'apparition d'effets non-linéaires. Une solution pour passer outre ces limitations consiste à distribuer l'amplification sur plusieurs fibres monomodes distinctes et à les mettre en phase de manière à réaliser une combinaison cohérente. Ces systèmes nécessitent un contrôle précis de la phase optique des différentes voies et sont relativement difficiles à mettre en œuvre lorsque le nombre de voies augmente. Dans ce manuscrit de thèse, une solution originale de combinaison cohérente en architecture intégrée est présentée. Une mise en phase des modes d'une fibre multimode et des cœurs d'une fibre multi-cœurs est ainsi réalisée à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Plusieurs techniques de mise en phase ont été étudiées : mise en phase par holographie numérique dynamique, utilisation d'une boucle de contre-réaction par algorithme évolutionnaire, mesure directe du contenu modal en sortie de fibre multimode à l'aide d'un analyseur de front d'onde. Ces techniques ont permis de produire des faisceaux amplifiés en régime impulsionnel proches de la limite de diffraction. Des modélisations numériques d'amplification dans des fibres multimodes et de correction par algorithme évolutionnaire dans ces mêmes fibres ont également été développées.
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