Sources autour de 976 nm affines spectralement base

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 JNOG 2004 1

Plan ü Introduction ü Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement ü Conclusions et perspectives. JNOG 2004 2

But du projet ü Réalisation d’une source puissante et monomode transverse vers 980 nm : pompage des EDFA. ü Conversion de fréquence par un cristal non-linéaire : alternative au laser Argon à 488 nm. cristal non linéaire source infrarouge JNOG 2004 976 nm 488 nm 3

Solutions possibles vers 980 nm ü Semiconducteurs : ü Matériaux dopés à l'ytterbium : 2 F 5/2 1030 nm 976 nm 915 nm Yb 915 nm 976 nm trois niveaux 2 F 7/2 Section efficace (x 10 -24 m 2) 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 Yb 3+ ü Cristaux : cristal massif de Yb: S-FAP : 250 m. W 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)] 915 nm cœur dopé 915 nm ü 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 ? ü Puissances à 915 nm pour atteindre la transparence à 976 nm : cœur pompe Gp Ptr (915 nm) monomode DC standard DC microstructurées 5 µm 0, 77 7 m. W 5 µm 120 µm 0, 002 3 W 10 µm 28 µm 0, 2 100 m. W 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), 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] JNOG 2004 6

Plan ü Introduction ü Sources autour de 976 nm schéma expérimental deux sources affinées spectralement ü 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 diode laser à 808 nm (19 W - 200 µm) 977 nm diamètre de cœur : 5 µm, 1030 nm ouverture numérique : 0, 13, (négligeable) 25 cm-3 dopage : 4, 8 x 10 -4 10 (INO Canada) 10 -2 10 -6 940 cristal (5 mm dopé 0, 1%) 980 1020 1060 Longueur d'onde (nm) Nd: YVO 4 914 nm - TEM 00 Pp = 1, 5 W dans la fibre dopée 1100 JNOG 2004 8

ASE filtrée spectralement (1) fibre dopée 30 cm Nd: YVO 4 réseau de diffraction en configuration Littrow ASE filtrée spectralement 1 0, 8 ASE filtrée dl = 0, 4 nm 0, 6 0, 4 ASE dl = 3 nm 0, 2 0 972 974 976 978 980 Longueur d’onde (nm) 982 JNOG 2004 accordabilité : 7 nm Puissance de l ’ASE (m. W) 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 m. W pour 1, 4 W à 914 nm, efficacité : 50 % (pompe incidente), TEM 00, non polarisée. Puissance de l’ASE (m. W) 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 (m. W) 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 (R = 4%) cristal non linéaire fibre dopée 40 cm Nd: YVO 4 réseau de diffraction en configuration Littrow laser filtré 1200 1 laser filtré 0, 8 dl < 0, 07 nm 0, 6 0, 4 0, 2 0 972 1 W pour 1, 54 W à 914 nm, seuil : 80 m. W - 98% d'absorption, efficacité : 66 % (pompe incidente), TEM 00, polarisation linéaire. ASE filtrée dl = 0, 4 nm 974 976 978 980 982 Longueur d’onde (nm) JNOG 2004 Puissance (m. W) Puissance normalisée (u. a. ) longueur d’onde : 978 nm, FWHM < 0, 07 nm, accordabilité : 7 nm. 800 400 0 l = 978, 2 nm 0 500 1000 1500 Puissance de pompe incidente (m. W) 11

Doublement de fréquence extracavité Cristal non linéaire : guide d'onde PPLN guide monomode 3 x 5 µm 2, longueur : 8, 3 mm, faces non traitées anti-reflet (pertes de Fresnel 14%), couplage hors Fresnel : 57% 58 m. W à 489 nm pour 700 m. W incident (350 m. W couplés) à 978 nm, Puissance à 489 nm (m. W) 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 (m. W) Nous remercions Jean-Michel Maillard (JDS Uniphase) pour le prêt du guide d'onde PPLN. JNOG 2004 12

Conclusions et perspectives ü Conclusions : - sources autour de 976 nm limitées par la diffraction, - sources efficaces et de spectre fin : source ASE affinée laser affiné puissance efficacité 680 m. W 50% 1 W 66% largeur spectrale 0, 4 nm < 0, 07 nm - doublement de fréquence du laser filtré efficace. ü Perspectives : - augmentation du rendement optique/optique global : amélioration du laser Nd: YVO 4, 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