Montée en puissance de lasers et d'amplificateurs à fibres dopées Ytterbium en régime continu et d'impulsions

n° 2006REN1E001175 pagesExtraordinary high powers are nowadays available out of fiber lasers and amplifiers (» 10 kW in continuous wave regime and » 1 MW peak power in pulsed regime). Such an increase can initiate the apparition of some undesirable effects.During this thesis, we have developed and studied some high power Ytterbium doped fiber systems both in continuous wave and pulsed regimes. For this purpose, we have chosen to use the technology of double-clad fibers in association with adapted pumping techniques.Especially, we have developed an original approach that allows to efficiently amplify wavelengths of small emission cross sections. High output powers, in continuous wave regime, have been achieved experimentally and these results are in good agreement with the theoretical ones.The spatial and spectral properties of high output power lasers or amplifiers can be significantly degraded compared to those at low power. We have studied and developed an original approach allowing, for a system in pulsed regime, to maintain, up to extreme high output peak powers, the spectral purity of the source.Moreover, we have computed and theoretically analysed the evolution of the pulse shape in amplification by a high power fiber amplifier. The study of the influence of various parameters of the seed pulse on the output pulse shape allows to significantly decrease the penalties induced by the apparition of non linear effects and to increase their thresholds while output power and energy become important. Comparison between computed results and theoretical ones are of good agreement.These results, associated with the development of new components, indicate the possibility to achieve even higher output powers while preserving good spectral and spatial properties and retaining the same techniques as those used or demonstrated during this thesis.Des puissances extraordinaires sont, de nos jours, extraites de systèmes à fibres dopées (» 10 kW de puissance continue et » 1 MW de puissance crête en régime d'impulsions). L'augmentation de la puissance dans les systèmes s'accompagne de l'apparition d'effets qui peuvent limiter leurs performances. Parmi ceux-ci citons, notamment, les effets non linéaires, thermiques, de dégradation des propriétés spatiales et spectrales de faisceau, . . . ). Au cours de cette thèse, nous avons développé et étudié des systèmes à fibre dopée Ytterbium délivrant de très fortes puissances en régime de fonctionnement continu et en régime d'impulsions. Pour ce faire, nous avons retenu une technologie à fibre double-gaine couplée à des techniques de pompage adaptées. La puissance s'élevant, nous avons été confrontés à l'apparition d'effets non linéaires. Une étude théorique de ces effets nous permet de proposer des méthodes originales pour s'en affranchir ou en augmenter le seuil. Nos expériences confrontées à notre étude théorique et, le cas échéant, à un modèle d'analyse numérique, nous permettent d'accroître la puissance obtenue. Un amplificateur optimisé pour l'amplification d'un signal à gain faible en régime continu est étudié. Les mêmes méthodes, en régime d'impulsions, permettent de préserver les propriétés spectrales d'une source laser très cohérente à très forte puissance crête. Dans ce régime, une technique de modelage de l'impulsion source est mise en oeuvre, en amplification à l'aide d'une structure à oscillateur amplifié, pour réduire l'impact sur les performances à très forte puissance des effets non linéaires. Celle-ci est étudée, pour l'extraction de très fortes énergies, de manière théorique et nos résultats de simulations confrontés à l'expérience. Avec les technologies utilisées nous proposons, enfin, une ouverture vers l'obtention de davantage de puissance