202_Bouchier_present
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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 [email protected] JNOG 2004 1 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives. JNOG 2004 2 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 976 nm 488 nm source infrarouge JNOG 2004 3 Solutions possibles vers 980 nm Semiconducteurs : Matériaux dopés à l'ytterbium : 2F 5/2 1030 nm 976 nm 915 nm Yb 915 nm 976 nm trois niveaux 2F 7/2 Section efficace (x 10-24 m2) VECSEL pompé optiquement, diodes laser "taper", diodes laser en cavité étendue... 3 absorption émission 2 1 fort gain vers 976 nm 0 800 900 1000 1100 mais réabsorption vers 976 nm Longueur d'onde (nm) forte intensité de pompe : inversion de population et transparence. JNOG 2004 1200 4 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)] cœur dopé 915 nm 915 nm Fibres : Intérêt des fibres dopées à l’ytterbium : pas d’effets thermiques, grande longueur d’interaction, efficacité importante. JNOG 2004 5 Fibre monomode ou double-cœur ? Puissances à 915 nm pour atteindre la transparence à 976 nm : cœur pompe Gp Ptr (915 nm) monomode DC standard DC microstructurées 5 µm 5 µm 0,77 7 mW 5 µm 120 µm 0,002 3W 10 µm 28 µm 0,2 100 mW cœur = pompe faible puissance de transparence, disponibles commercialement, source de pompage limitée par la diffraction. pompe cœur ORC Southampton 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] JNOG 2004 6 Plan Introduction Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement Conclusions et perspectives. JNOG 2004 7 Schéma expérimental émission spontanée amplifiée (ASE) copropagative ASE contrapropagative miroir dichroïque fibre dopée à l’ytterbium monomode à 980 nm Puissance normalisée (u.a.) (10 cm < L < 50 cm) 1 cristal (5mm dopé 0,1%) diode laser à 808 nm (19 W - 200 µm) 1E+00 977 nm diamètre de cœur : 5 µm, 1030 nm ouverture numérique : 0,13, (négligeable) dopage : 4,8x1025 cm-3 -4 10 (INO Canada) 1E-01 10-2 1E-02 1E-03 1E-04 1E-05 10-6 940 Nd:YVO4 914 nm - TEM00 Pp = 1,5 W dans la fibre dopée 1E-06 940 960 980 1000 1020 1040 1060 980 1020 1060 Longueur d'onde (nm) 1080 1100 1100 JNOG 2004 8 ASE filtrée spectralement (1) fibre dopée 30 cm Nd:YVO4 réseau de diffraction en configuration Littrow ASE filtrée spectralement 1 1,00E+00 0,8 8,00E-01 ASE filtrée dl = 0,4 nm 0,6 6,00E-01 ASE dl = 3 nm 0,4 4,00E-01 0,2 2,00E-01 0 972 972 0,00E+00 974 976 978 980 974 976 978 980 Longueur d’onde (nm) 982 982 JNOG 2004 accordabilité : 7 nm Puissance de l ’ASE (mW) Puissance normalisée (u.a.) longueur d’onde : 978 nm, FWHM : 0,4 nm. 800 600 400 200 0 974 976 978 980 Longueur d’onde (nm) 9 ASE filtrée spectralement (2) 680 mW pour 1,4 W à 914 nm, efficacité : 50 % (pompe incidente), TEM00, non polarisée. Puissance de l’ASE (mW) 800 600 Avantages : source simple, accordable, largeur spectrale faible, spectre de bruit blanc. 400 200 0 l = 977,6 nm 0 500 1000 1500 Puissance de pompe incidente (mW) Inconvénients pour la SHG : faisceau non polarisé, largeur spectrale > 0,1 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) JNOG 2004 10 Laser filtré spectralement lame de verre = 4%) cristal(R non linéaire fibre dopée 40 cm Nd:YVO4 réseau de diffraction en configuration Littrow laser filtré 1 W pour 1,54 W à 914 nm, seuil : 80 mW - 98% d'absorption, efficacité : 66 % (pompe incidente), TEM00, polarisation linéaire. 1200 1200 1 laser filtré 0,8 dl < 0,07 nm 0,6 0,4 ASE filtrée dl = 0,4 nm 0,2 0 972 974 976 978 980 982 Longueur d’onde (nm) JNOG 2004 Puissance (mW) Puissance normalisée (u.a.) longueur d’onde : 978 nm, FWHM < 0,07 nm, accordabilité : 7 nm. 800 800 400 400 0 l = 978,2 nm 0 0 500 1000 1500 0 500 1000 1500 Puissance de pompe incidente (mW) 11 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, Puissance à 489 nm (mW) efficacité de conversion normalisée : 47%/W par rapport à la puissance couplée. 60 40 20 0 0 200 400 600 Puissance incidente à 978 nm (mW) Nous remercions Jean-Michel Maillard (JDS Uniphase) pour le prêt du guide d'onde PPLN. JNOG 2004 12 Conclusions et perspectives Conclusions : - sources autour de 976 nm limitées par la diffraction, - sources efficaces et de spectre fin : source ASE affinée laser affiné puissance efficacité 680 mW 50% 1W 66% largeur spectrale 0,4 nm < 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. JNOG 2004 13 ASE filtrée spectralement (3) Spectre de bruit de la source affinée (b) et du fond (a). JNOG 2004 14
