Contrôle du front d`onde en entrée de fibres amplificatrices

Contrôle du front d'onde en entrée de fibres amplificatrices multimodes
M. Paurisse, M. Hanna, F. Druon et P. Georges
Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, Campus Polytechnique, Palaiseau, France
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L’amplification d’un signal laser par fibre optique dopée est actuellement réalisée avec des fibres
monomodes. Ces systèmes souffrent d’une limitation en puissance des signaux à amplifier du fait de
la présence de non-linéarités dans la fibre. La méthode la plus simple pour s'en affranchir consiste à
utiliser des fibres amplificatrices multimodes. Le problème posé par ces fibres est la dégradation du
profil spatial du faisceau laser amplifié.
Notre approche consiste à pré-compenser en entrée de fibre amplificatrice les défauts induits par le
caractère multimode de la fibre en contrôlant la phase de l’onde injectée. Pour cela, deux géométries
de fibres ont été étudiées : une fibre multimode à large aire modale (LMA) non dopée de 20 µm de
cœur et une fibre multicoeurs dopée Yb. Le contrôle de la phase en entrée de ces fibres se fait par
holographie dynamique à l'aide d'un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides.
Le principe de contrôle et correction du front d'onde par holographie numérique dynamique a été
validé sur une fibre multimode non dopée supportant 4 modes [1]. Un faisceau proche de la limite de
diffraction avec un M² de 1,2 a été généré (Figure 1).
Champ lointain du faisceau avant
correction
Faisceau après correction
Champ proche
Champ lointain
Figure 1 : Correction d'un faisceau en sortie d'une fibre multimode passive
Le contrôle par holographie numérique a ensuite été appliqué à une fibre multicoeurs dopée à
l'Yb [2]. Cette fibre est composée de 19 cœurs monomodes de 7 µm de diamètre couplés les uns aux
autres par ondes évanescentes. La technique d'holographie a permis d'améliorer d'un facteur 2 le
rapport de Strehl du faisceau amplifié (de 30% à 60%) et de maintenir la correction de phase avec un
gain supérieur à 20 dB dans la fibre (Figure 2).
Figure 2 : Correction d'un faisceau en sortie d'une fibre multicoeurs dopée. La correction est maintenue sur une plage de
gain supérieure à 20 dB
La correction par holographie dynamique offre donc de bons résultats aussi bien pour des fibres
dopées que pour des fibres passives. Sa principale limitation est son rendement faible (de l'ordre de
1%). Des méthodes de corrections alternatives à base d'algorithmes itératifs sont envisagées pour
s'affranchir de ce problème.
[1] "Phase and amplitude control of a multimode LMA fiber beam by use of digital holography", Paurisse et al.,
Optics Express, 17, pp. 13000-13008 (2009)
[2] "Wavefront control of a multicore ytterbium-doped pulse fiber amplifier by digital holography ", Paurisse et
al., publication acceptée dans Optics Letters