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 aude.bouchier@iota.u-psud.fr

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

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

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 10-24 m2) 800 900 1000 1100 1200 Longueur d'onde (nm) 2F5/2 2F7/2 Yb 915 nm 976 nm 1030 nm 915 nm 976 nm trois niveaux fort gain vers 976 nm mais réabsorption vers 976 nm  forte intensité de pompe : inversion de population et transparence.

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. 4883-6 (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

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

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

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 - 200 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

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

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. 2021-3 (2004)

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

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.

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 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:YVO4, guide PPLN (traitement AR, couplage...), - pompage d'un EDFA.

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