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1JNOG 2004
Sources autour de 976 nm affinées spectralement
à base de fibres monomodes dopées à l’ytterbium.
Aude Bouchier, Gaëlle Lucas-Leclin, François Balembois, Patrick GeorgesLaboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, du CNRS (UMR 8501) et de l'Université Paris XI, Orsay
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2JNOG 2004
Plan
Introduction
Sources autour de 976 nm
schéma expérimental
deux sources affinées spectralement
Conclusions et perspectives.
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3JNOG 2004
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 infrarouge976 nm 488 nm
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4JNOG 2004
Solutions possibles vers 980 nm
Semiconducteurs :VECSEL pompé optiquement,diodes laser "taper",diodes laser en cavité étendue...
fort gain vers 976 nmmais réabsorption vers 976 nm
forte intensité de pompe :inversion de population et transparence.
Matériaux dopés à l'ytterbium :
2F5/2
2F7/2
Yb
915
nm
976
nm
1030
nm
absorptionémission
0
1
2
3
Sec
tion
effic
ace
(x 1
0-24
m2 )
800 900 1000 1100 1200Longueur d'onde (nm)
915 nm 976 nmtrois niveaux
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5JNOG 2004
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 nmcœur dopé915 nm
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6JNOG 2004
Puissances à 915 nm pour atteindre la transparence à 976 nm :
Fibre monomode ou double-cœur ?
cœur
= pompe
monomode
cœur
pompe
p
Ptr (915 nm)
5 µm5 µm0,777 mW
cœur
pompe
DC standard
5 µm120 µm0,0023 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),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 µm28 µm0,2100 mW
faible puissance de transparence,disponibles commercialement,source de pompage limitée par la diffraction.
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7JNOG 2004
Plan
Introduction
Sources autour de 976 nm
schéma expérimental
deux sources affinées spectralement
Conclusions et perspectives.
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8JNOG 2004
fibre dopée à l’ytterbium monomode à 980 nm
(10 cm < L < 50 cm)
Nd:YVO4 914 nm - TEM00
Pp = 1,5 W dans la fibre dopée
miroir dichroïque
diode laserà 808 nm
(19 W - 200 µm)
cristal (5mmdopé 0,1%)
diamètre de cœur : 5 µm,
ouverture numérique : 0,13,
dopage : 4,8x1025 cm-3
(INO Canada)
Schéma expérimental
ASE contrapropagative
émission spontanée amplifiée (ASE) copropagative
1E-06
1E-05
1E-04
1E-03
1E-02
1E-01
1E+00
940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100
940 980 1020 1060 1100Longueur d'onde (nm)
10-6
10-4
10-2
1
Pui
ssan
ce n
orm
alis
ée (
u.a.
)
977 nm
1030 nm (négligeable)
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9JNOG 2004
ASE filtrée spectralement (1)
fibre dopée30 cm
ASE filtrée spectralement
réseau de diffraction en configuration
Littrow
Nd:YVO4
longueur d’onde : 978 nm,FWHM : 0,4 nm.
accordabilité : 7 nm
974 976 978 980Longueur d’onde (nm)
Pui
ssan
ce d
e l ’
AS
E (
mW
)
0
200
400
600
800
0
200
400
600
800
974 976 978 980
0,00E+00
2,00E-01
4,00E-01
6,00E-01
8,00E-01
1,00E+00
972 974 976 978 980 982
ASE filtrée = 0,4 nm
972 974 976 978 980 982Longueur d’onde (nm)
Pui
ssan
ce n
orm
alis
ée (
u.a.
)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
ASE = 3 nm
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10JNOG 2004
ASE filtrée spectralement (2)
680 mW pour 1,4 W à 914 nm,efficacité : 50 % (pompe incidente),TEM00,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.
0
200
400
600
800
0 500 1000 15000 500 1000 1500Puissance de pompe incidente (mW)
800
600
400
200
0
Pui
ssan
ce d
e l’A
SE
(m
W)
A.Bouchier et al., "Spectrally narrowed amplified spontaneous emission source at 977 nm based on asingle-mode ytterbium-doped fiber", IEEE Photon. Techn. Lett., vol. 16 (9), pp. 2021-3 (2004)
= 977,6 nm
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11JNOG 2004
cristal non linéaire
Laser filtré spectralement
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
972 974 976 978 980 982
laser filtré < 0,07 nm
ASE filtrée = 0,4 nm
972 974 976 978 980 982Longueur d’onde (nm)
Pui
ssan
ce n
orm
alis
ée (
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),TEM00, polarisation linéaire.
longueur d’onde : 978 nm,FWHM < 0,07 nm,accordabilité : 7 nm.
lame de verre(R = 4%)
laser filtré
fibre dopée40 cm
réseau de diffraction en configuration
Littrow
Nd:YVO4
0
400
800
1200
0 500 1000 1500
0 500 1000 1500Puissance de pompe incidente (mW)
Pui
ssan
ce
(mW
)
0
400
800
1200
= 978,2 nm
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12JNOG 2004
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.
0
20
40
60
0 200 400 600
Puissance incidente à 978 nm (mW)
Pui
ssan
ce à
489
nm
(m
W)
0 200 400 6000
20
40
60
Nous remercions Jean-Michel Maillard (JDS Uniphase) pour le prêt du guide d'onde PPLN.
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13JNOG 2004
Conclusions et perspectives
Conclusions :- sources autour de 976 nm limitées par la diffraction,- sources efficaces et de spectre fin :
source puissance efficacité largeur spectraleASE affinée 680 mW 50% 0,4 nmlaser 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.
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14JNOG 2004
ASE filtrée spectralement (3)
Spectre de bruit de la source affinée (b) et du fond (a).