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1 JNOG 2004 Sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à lytterbium. Aude Bouchier, Gaëlle Lucas-Leclin, François.

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1 1 JNOG 2004 Sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à lytterbium. 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 2 JNOG 2004 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives.

3 3 JNOG 2004 But du projet Réalisation dune 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 nm488 nm

4 4 JNOG 2004 Solutions possibles vers 980 nm Semiconducteurs : VECSEL pompé optiquement, diodes laser "taper", diodes laser en cavité étendue... fort gain vers 976 nm mais réabsorption vers 976 nm forte intensité de pompe : inversion de population et transparence. Matériaux dopés à l'ytterbium : 2 F 5/2 2 F 7/2 Yb 915 nm 976 nm 1030 nm absorption émission Section efficace (x m 2 ) Longueur d'onde (nm) 915 nm 976 nm trois niveaux

5 5 JNOG 2004 Sources vers 980 nm basées sur Yb 3+ 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 lytterbium : pas deffets thermiques, grande longueur dinteraction, efficacité importante. 915 nm cœur dopé 915 nm

6 6 JNOG 2004 Puissances à 915 nm pour atteindre la transparence à 976 nm : Fibre monomode ou double-cœur ? cœur = pompe monomode cœur pompe p P tr (915 nm) 5 µm 0,77 7 mW cœur pompe DC standard 5 µm 120 µm 0,002 3 W DC microstructurées diodes laser multimodes de puissance, technologie complexe, forte puissance de transparence. 3,5 W à 977 nm *, efficacité laser : 42% (pompe incidente), TEM 00, 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 faible puissance de transparence, disponibles commercialement, source de pompage limitée par la diffraction.

7 7 JNOG 2004 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives.

8 8 JNOG 2004 fibre dopée à lytterbium monomode à 980 nm (10 cm < L < 50 cm) Nd:YVO nm - TEM 00 P p = 1,5 W dans la fibre dopée miroir dichroïque diode laser à 808 nm (19 W µm) cristal (5mm dopé 0,1%) diamètre de cœur : 5 µm, ouverture numérique : 0,13, dopage : 4,8x10 25 cm -3 (INO Canada) Schéma expérimental ASE contrapropagative émission spontanée amplifiée (ASE) copropagative Longueur d'onde (nm) Puissance normalisée (u.a.) 977 nm 1030 nm (négligeable)

9 9 JNOG 2004 ASE filtrée spectralement (1) fibre dopée 30 cm ASE filtrée spectralement réseau de diffraction en configuration Littrow Nd:YVO 4 longueur donde : 978 nm, FWHM : 0,4 nm. accordabilité : 7 nm Longueur donde (nm) Puissance de l ASE (mW) ASE filtrée = 0,4 nm Longueur donde (nm) Puissance normalisée (u.a.) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 ASE = 3 nm

10 10 JNOG 2004 ASE filtrée spectralement (2) 680 mW pour 1,4 W à 914 nm, efficacité : 50 % (pompe incidente), TEM 00, non polarisée. Inconvénients pour la SHG : faisceau non polarisé, largeur spectrale > 0,1 nm. Avantages : source simple, accordable, largeur spectrale faible, spectre de bruit blanc Puissance de pompe incidente (mW) Puissance de lASE (mW) 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) = 977,6 nm

11 11 JNOG 2004 cristal non linéaire Laser filtré spectralement laser filtré < 0,07 nm ASE filtrée = 0,4 nm Longueur donde (nm) Puissance normalisée (u.a.) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1 W pour 1,54 W à 914 nm, seuil : 80 mW - 98% d'absorption, efficacité : 66 % (pompe incidente), TEM 00, polarisation linéaire. longueur donde : 978 nm, FWHM < 0,07 nm, accordabilité : 7 nm. lame de verre (R = 4%) laser filtré fibre dopée 40 cm réseau de diffraction en configuration Littrow Nd:YVO Puissance de pompe incidente (mW) Puissance (mW) = 978,2 nm

12 12 JNOG 2004 Doublement de fréquence extracavité Cristal non linéaire : guide d'onde PPLN guide monomode 3x5 µm 2, 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) Nous remercions Jean-Michel Maillard (JDS Uniphase) pour le prêt du guide d'onde PPLN.

13 13 JNOG 2004 Conclusions et perspectives Conclusions : - sources autour de 976 nm limitées par la diffraction, - sources efficaces et de spectre fin : sourcepuissanceefficacitélargeur spectrale ASE affinée 680 mW 50% 0,4 nm laser affiné 1 W 66% < 0,07 nm - doublement de fréquence du laser filtré efficace. Perspectives : - augmentation du rendement optique/optique global : amélioration du laser Nd:YVO 4, guide PPLN (traitement AR, couplage...), - pompage d'un EDFA.

14 14 JNOG 2004 ASE filtrée spectralement (3) Spectre de bruit de la source affinée (b) et du fond (a).


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