Stimulated Brillouin scattering Beam Cleanup of a multimode fiber laser amplifier
Laser à fibre multimode avec remise en forme de faisceau par diffusion Brillouin stimulée
Résumé
Lots of efforts are actually made to develop fiber laser sources to address a variety of applications in science or industry. Thanks to an excellent thermal dissipation ability due to its intrinsic properties, doped fiber can handle high average power. However, the light confinement in the fiber core as well as the interaction lengths give rise to nonlinear effects as stimulated Brillouin scattering (SBS) in the case of a laser with a narrow spectral width. The purpose of this PhD work is to develop a high energy fiber laser source with both a good spatial beam quality and a narrow spectral width in order to be used in coherent LIDAR applications. The approach followed has consisted in fist obtaining the energy and then work ob the beam quality. Thanks to an amplification chain, the last stage being constituted of a multimode Erbium-Ytterbium co-doped fiber, 1,5 μm laser pulses with an energy of more than 1 mJ has been obtained. The very large fiber core avoid the apparition of SBS but the transverse profile of the beam is highly multimode. To recover a good beam quality, a nonlinear reshaping stage has been introduced, using the beam cleanup property of Brillouin effect in a graded index multimode fiber. Moreover, an original scheme of Brillouin amplification has been proposed and studied to maintain the spectral purity of the source.
De nombreux efforts sont actuellement portés sur le développement de sources laser à fibre optique, qui ont des applications dans une variété de domaines scientifiques et industriels. Les propriétés intrinsèques de la fibre dopée sont favorables à l'obtention de fortes puissances moyennes, grâce à une excellente capacité de dissipation thermique. Cependant, le confinement de la lumière dans le coeur de la fibre et les grandes longueurs d'interaction sont à l'origine d'effets non linéaires, comme la diffusion Brillouin stimulée dans le cas d'une source de faible largeur spectrale. L'objectif de ce travail de thèse est de développer une source laser fibrée de forte énergie alliant bonne qualité spatiale et finesse spectrale, dans le but de répondre à un besoin de LIDAR à détection cohérente. L'approche suivie consiste à séparer l'obtention de l'énergie de celle de la qualité de faisceau. Avec une chaîne amplificatrice dont le dernier étage est une fibre multimode co-dopée Erbium-Ytterbium, des impulsions laser à la longueur d'onde de 1,5 μm avec une énergie supérieure à 1 mJ ont été obtenues. Le très large coeur de la fibre évite l'apparition de l'effet Brillouin, mais le profil transverse du faisceau est fortement multimode. Pour retrouver une bonne qualité de faisceau, un étage de remise en forme du profil est mis en place, mettant à profit la propriété de nettoyage de faisceau par effet Brillouin dans une fibre multimode àgradient d'indice. Par ailleurs, un schéma original d'amplification Brillouin est proposé et validé expérimentalement, permettant de conserver la largeur spectrale de la source.
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