1 jnog 2004 sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à...
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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
2JNOG 2004
Plan
Introduction
Sources autour de 976 nm
schéma expérimental
deux sources affinées spectralement
Conclusions et perspectives.
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
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
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
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.
7JNOG 2004
Plan
Introduction
Sources autour de 976 nm
schéma expérimental
deux sources affinées spectralement
Conclusions et perspectives.
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)
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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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
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
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.
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.
14JNOG 2004
ASE filtrée spectralement (3)
Spectre de bruit de la source affinée (b) et du fond (a).