Sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à l’ytterbium. Aude Bouchier, Gaëlle Lucas-Leclin, François Balembois,

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1 Sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à l’ytterbium.
Aude Bouchier, Gaëlle Lucas-Leclin, François Balembois, Patrick Georges Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, du CNRS (UMR 8501) et de l'Université Paris XI, Orsay

2 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental
deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives.

3 But du projet Réalisation d’une source puissante et monomode transverse vers 980 nm : pompage des EDFA. Conversion de fréquence par un cristal non-linéaire : alternative au laser Argon à 488 nm. cristal non linéaire source infrarouge 976 nm 488 nm

4 Solutions possibles vers 980 nm
Semiconducteurs : VECSEL pompé optiquement, diodes laser "taper", diodes laser en cavité étendue... Matériaux dopés à l'ytterbium : absorption émission 1 2 3 Section efficace (x m2) 800 900 1000 1100 1200 Longueur d'onde (nm) 2F5/2 2F7/2 Yb 915 nm 976 nm 1030 nm 915 nm nm trois niveaux fort gain vers 976 nm mais réabsorption vers 976 nm  forte intensité de pompe : inversion de population et transparence.

5 Sources vers 980 nm basées sur Yb3+
Cristaux : cristal massif de Yb:S-FAP : 250 mW à 985 nm, efficacité laser : 20% (pompe incidente) [S. Yiou et al., "Efficient laser operation of an Yb:S-FAP crystal at 985 nm", Appl. Opt., vol. 42 (24), pp (2003)] Fibres : Intérêt des fibres dopées à l’ytterbium : pas d’effets thermiques, grande longueur d’interaction, efficacité importante. 915 nm 915 nm cœur dopé

6 Fibre monomode ou double-cœur ?
Puissances à 915 nm pour atteindre la transparence à 976 nm : faible puissance de transparence, disponibles commercialement, source de pompage limitée par la diffraction. cœur = pompe monomode pompe Gp Ptr (915 nm) 5 µm 0,77 7 mW DC microstructurées diodes laser multimodes de puissance, technologie complexe, forte puissance de transparence. 3,5 W à 977 nm *, efficacité laser : 42% (pompe incidente), TEM00, largeur spectrale : 0,5 nm. * [K.H. Ylä-Jarkko et al., "A 3,5 W 977 nm cladding-pumped jacketed-air clad ytterbium-doped fiber laser", in Proc. Advanced Solid State Photonics, San Antonio, TX, Feb 3-5, 2003, Postdeadline Paper PD 2] ORC Southampton 10 µm 28 µm 0,2 100 mW cœur pompe DC standard 5 µm 120 µm 0,002 3 W

7 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental
deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives.

8 Schéma expérimental émission spontanée amplifiée (ASE) copropagative
ASE contrapropagative émission spontanée amplifiée (ASE) copropagative 940 980 1020 1060 1100 Longueur d'onde (nm) 10-6 10-4 10-2 1 Puissance normalisée (u.a.) 977 nm 1030 nm (négligeable) miroir dichroïque fibre dopée à l’ytterbium monomode à 980 nm (10 cm < L < 50 cm) cristal (5mm dopé 0,1%) diode laser à 808 nm (19 W µm) diamètre de cœur : 5 µm, ouverture numérique : 0,13, dopage : 4,8x1025 cm-3 (INO Canada) Nd:YVO4 914 nm - TEM00 Pp = 1,5 W dans la fibre dopée

9 ASE filtrée spectralement (1)
fibre dopée 30 cm ASE filtrée spectralement réseau de diffraction en configuration Littrow Nd:YVO4 longueur d’onde : 978 nm, FWHM : 0,4 nm. accordabilité : 7 nm ASE filtrée dl = 0,4 nm 972 974 976 978 980 982 Longueur d’onde (nm) Puissance normalisée (u.a.) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 ASE dl = 3 nm 974 976 978 980 Longueur d’onde (nm) Puissance de l ’ASE (mW) 200 400 600 800

10 ASE filtrée spectralement (2)
680 mW pour 1,4 W à 914 nm, efficacité : 50 % (pompe incidente), TEM00, non polarisée. Avantages : source simple, accordable, largeur spectrale faible, spectre de bruit blanc. 500 1000 1500 Puissance de pompe incidente (mW) 800 600 400 200 Puissance de l’ASE (mW) Inconvénients pour la SHG : faisceau non polarisé, largeur spectrale > 0,1 nm. l = 977,6 nm A.Bouchier et al., "Spectrally narrowed amplified spontaneous emission source at 977 nm based on a single-mode ytterbium-doped fiber", IEEE Photon. Techn. Lett., vol. 16 (9), pp (2004)

11 Laser filtré spectralement
fibre dopée 40 cm réseau de diffraction en configuration Littrow Nd:YVO4 lame de verre (R = 4%) laser filtré cristal non linéaire longueur d’onde : 978 nm, FWHM < 0,07 nm, accordabilité : 7 nm. 1 W pour 1,54 W à 914 nm, seuil : 80 mW - 98% d'absorption, efficacité : 66 % (pompe incidente), TEM00, polarisation linéaire. laser filtré dl < 0,07 nm ASE filtrée dl = 0,4 nm 972 974 976 978 980 982 Longueur d’onde (nm) Puissance normalisée (u.a.) 0,2 0,4 0,6 0,8 1 500 1000 1500 Puissance de pompe incidente (mW) Puissance (mW) 400 800 1200 l = 978,2 nm

12 Doublement de fréquence extracavité
Cristal non linéaire : guide d'onde PPLN guide monomode 3x5 µm2, longueur : 8,3 mm, faces non traitées anti-reflet (pertes de Fresnel 14%), couplage hors Fresnel : 57% 58 mW à 489 nm pour 700 mW incident (350 mW couplés) à 978 nm, efficacité de conversion normalisée : 47%/W par rapport à la puissance couplée. Puissance incidente à 978 nm (mW) Puissance à 489 nm (mW) 200 400 600 20 40 60 Nous remercions Jean-Michel Maillard (JDS Uniphase) pour le prêt du guide d'onde PPLN.

13 Conclusions et perspectives
- sources autour de 976 nm limitées par la diffraction, - sources efficaces et de spectre fin : source puissance efficacité largeur spectrale ASE affinée mW % 0,4 nm laser affiné W % < 0,07 nm - doublement de fréquence du laser filtré efficace. Perspectives : - augmentation du rendement optique/optique global : amélioration du laser Nd:YVO4, guide PPLN (traitement AR, couplage...), - pompage d'un EDFA.

14 ASE filtrée spectralement (3)
Spectre de bruit de la source affinée (b) et du fond (a).