1 jnog 2004 sources autour de 976 nm affinées spectralement à base de fibres monomodes dopées à...

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

aude.bouchier@iota.u-psud.fr

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

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

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).