Дисертації з теми "Laser fibré de haute puissance"
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Gouin, Samuel. "Cavités laser de haute puissance sans épissure." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/31752.
Анотація:
Dans un contexte économique florissant, le développement des lasers à fibre de haute puissance permet de rendre cette technologie accessible et utile dans plusieurs domaines. Les manufacturiers de lasers doivent sans cesse trouver des méthodes pour améliorer les performances, la fiabilité et la productivité de leurs systèmes afin d’occuper une part importante du marché. L’inscription de réseaux de Bragg fibrés (FBG) dans un segment ininterrompu de fibre de gain permet de faire une cavité laser sans épissure, rendant une telle cavité plus robuste, plus rapide à réaliser et lui conférant une efficacité laser supérieure. Les expériences effectuées ont permis de démontrer qu’il est possible d’inscrire des FBG dans une fibre dopée à l’ytterbium d’une réflectivité assez grande et de pertes par échauffement suffisamment faibles pour assembler une cavité laser émettant une puissance de 538 W avec une efficacité de 77%, la puissance maximale étant limitée par la puissance de pompe disponible. Malgré tout, on trouve par extrapolation que les FBG peuvent avoir un échauffement assez faible pour supporter une émission laser de 1030 W. Par ailleurs, les différentes cavités lasers réalisées ont montré qu’il est difficile de faire une cavité sans épissure en fibre de haute luminosité puisque le filtrage modal par injection ne peut être utilisé. Toutefois, il est possible de faire une cavité laser monomode avec une fibre à large aire modale et le pompage en contra-propagation permet d’atteindre une efficacité laser très élevée de 77% (78% à basse puissance). Les simulations numériques ont permis de comprendre que la distribution de puissance dans la cavité laser génère un échauffement inégal des FBG, rendant nécessaire de prendre des considérations supplémentaires pour éviter le décalage spectral entre les FBG. Néanmoins, le projet a su montrer qu’il est envisageable de commercialiser un laser sans épissure émettant 1 kW dans un avenir rapproché et que la technologie en place permettrait une telle réalisation.In a rapidly growing market, high power fiber laser development is key in making this technology available to a large number of industries. Laser manufacturers must constantly develop new methods to upgrade lasers performances and reliability if they want to keep a significant market share. Fiber Bragg gratings (FBG) inscription in a continuous doped fiber segment allows the possibility for a splice less laser cavity, such a laser cavity being more reliable, fasterto build and granting higher laser efficiencies.The experiments demonstrated the feasibility of FBG inscription in an ytterbium doped fiber with a sufficient reflectivity and low enough heating losses to withstand an emission power of 538 W with 77% laser efficiency, the maximum power being currently limited by the available pump power. By extrapolating the data, it is found that the gratings have a low enough heating slope to support a laser emission of 1030 W. The different laser cavities assembled showed that it is very difficult to make a splice less single mode laser cavity in a high brightness fiber, because the injection mode filtering technique cannot be used. However, it has been shown that by using a large mode area fiber (LMA), a splice less single mode laser cavity can be made and that counter-pumping yields the best efficiency. Numerical simulations allowed us to understand that the power distribution inside of the laser creates an uneven heating between the FBG, making extra considerations mandatory to avoid spectral shift between the gratings. The project has shown that it is conceivable to commercialise a splice less laser emitting 1 kW in a near future and that the current available technology would allow such a realisation.
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De, Mollerat Du Jeu Rémi. "Développement d'architectures de fibres structurées pour l'amplification d'impulsions haute puissance crête." Thesis, Limoges, 2018. http://www.theses.fr/2018LIMO0033/document.
Анотація:
Dans le cadre d'un contrat CIFRE entre la société Thales L.A.S. France et le laboratoire XLIM (UMR 7252 du CNRS et de l'Université de Limoges), mon projet de thèse consiste à développer des architectures de fibres optiques dopées aux ions d'ytterbium pour l'amplification d'impulsions avec une haute puissance crête à 1 µm dans l'optique de réaliser une combinaison cohérente de faisceau afin d'obtenir une source laser avec une très haute puissance crête et une haute cadence de répétition. Basé sur un design de fibres à large cœur appelées FA-LPF, deux axes de développement sont abordés. Le premier concerne l'amélioration des tolérances à une courbure externe appliquée sur les FA-LPFs. A l'aide d'une étude numérique, une stratégie novatrice est mise en place pour mitigé les effets d'une courbure. L'architecture est alors dénommée FA-LPF assistée par saut d'indice. Une émission laser monomode en régime continu d'une puissance optique de 65 W est démontrée avec un rayon de courbure de 60 cm pour un diamètre de mode de 47 µm. Le second axe est l'implémentation du contrôle de la polarisation dans les FA-LPFs. L'objectif est d'obtenir un signal linéairement polarisé. Plusieurs architectures testées numériquement permettent une propagation à polarisation linéaire unique dans des structures passives sur un large spectre optique, avec notamment une propagation monomode à polarisation unique à 1400 nm pour un diamètre de cœur de 140 µm. La meilleure des quatre, appelée FA-LPF 4+2 SAP, est fabriquée avec des dopants actifs d'ytterbium. En raison de défauts de fabrication, les fibres obtenues sont à maintien de polarisation. Un ratio de polarisation de 17 dB est obtenu en configuration amplification en régime continu avec un gain de 24 dB (une puissance émise de 50 W)As part of a CIFRE contract between Thales L.A.S. France and the XLIM laboratory (UMR 7252 of the CNRS and the University of Limoges), my thesis project consists in the development of ytterbium-doped optical fiber architectures for pulses amplification with high peak power at a wavelength of 1 µm in order to achieve a coherent beam combination to obtain a laser source with both a very high peak power and a high repetition rate. Based on a large-core fibre design called FA-LPF, two development axes are addressed. The first one concerns the tolerances improvement to an external bending applied on the FA-LPF. With the help of a numerical study, an innovative strategy is implemented to mitigate the effects of bending. The architecture is then called step-index assisted FA-LPF. A single a singlemode laser emission in continuous regime with an optical power of 65 W is demonstrated with a 60 cm bending radius for a 47 µm mode field diameter. The second axis is the implementation of the polarisation control in FA-LPFs. The goal is to obtain a linearly polarised signal. Several numerically tested architectures allow single linear polarisation propagation in passive structures over a broadband optical spectrum, including a singlemode single-polarisation propagation at 1400nm for a core diameter of 140 µm. The best architecture, called FA-LPF 4+2 SAP, is fabricated with active ytterbium dopants. Due to manufacturing defects, the obtained fibres act as polarisation maintaining fibres. A polarisation extinction ratio of 17 dB is obtained in an amplification configuration in continuous regime with 24 dB of gain (an emitted power of 50 W)
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Mollerat, du Jeu Rémi de. "Développement d'architectures de fibres structurées pour l'amplification d'impulsions haute puissance crête." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2018. http://www.theses.fr/2018LIMO0033.
Анотація:
Dans le cadre d'un contrat CIFRE entre la société Thales L.A.S. France et le laboratoire XLIM (UMR 7252 du CNRS et de l'Université de Limoges), mon projet de thèse consiste à développer des architectures de fibres optiques dopées aux ions d'ytterbium pour l'amplification d'impulsions avec une haute puissance crête à 1 µm dans l'optique de réaliser une combinaison cohérente de faisceau afin d'obtenir une source laser avec une très haute puissance crête et une haute cadence de répétition. Basé sur un design de fibres à large cœur appelées FA-LPF, deux axes de développement sont abordés. Le premier concerne l'amélioration des tolérances à une courbure externe appliquée sur les FA-LPFs. A l'aide d'une étude numérique, une stratégie novatrice est mise en place pour mitigé les effets d'une courbure. L'architecture est alors dénommée FA-LPF assistée par saut d'indice. Une émission laser monomode en régime continu d'une puissance optique de 65 W est démontrée avec un rayon de courbure de 60 cm pour un diamètre de mode de 47 µm. Le second axe est l'implémentation du contrôle de la polarisation dans les FA-LPFs. L'objectif est d'obtenir un signal linéairement polarisé. Plusieurs architectures testées numériquement permettent une propagation à polarisation linéaire unique dans des structures passives sur un large spectre optique, avec notamment une propagation monomode à polarisation unique à 1400 nm pour un diamètre de cœur de 140 µm. La meilleure des quatre, appelée FA-LPF 4+2 SAP, est fabriquée avec des dopants actifs d'ytterbium. En raison de défauts de fabrication, les fibres obtenues sont à maintien de polarisation. Un ratio de polarisation de 17 dB est obtenu en configuration amplification en régime continu avec un gain de 24 dB (une puissance émise de 50 W)As part of a CIFRE contract between Thales L.A.S. France and the XLIM laboratory (UMR 7252 of the CNRS and the University of Limoges), my thesis project consists in the development of ytterbium-doped optical fiber architectures for pulses amplification with high peak power at a wavelength of 1 µm in order to achieve a coherent beam combination to obtain a laser source with both a very high peak power and a high repetition rate. Based on a large-core fibre design called FA-LPF, two development axes are addressed. The first one concerns the tolerances improvement to an external bending applied on the FA-LPF. With the help of a numerical study, an innovative strategy is implemented to mitigate the effects of bending. The architecture is then called step-index assisted FA-LPF. A single a singlemode laser emission in continuous regime with an optical power of 65 W is demonstrated with a 60 cm bending radius for a 47 µm mode field diameter. The second axis is the implementation of the polarisation control in FA-LPFs. The goal is to obtain a linearly polarised signal. Several numerically tested architectures allow single linear polarisation propagation in passive structures over a broadband optical spectrum, including a singlemode single-polarisation propagation at 1400nm for a core diameter of 140 µm. The best architecture, called FA-LPF 4+2 SAP, is fabricated with active ytterbium dopants. Due to manufacturing defects, the obtained fibres act as polarisation maintaining fibres. A polarisation extinction ratio of 17 dB is obtained in an amplification configuration in continuous regime with 24 dB of gain (an emitted power of 50 W)
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Grande, Adrian. "Laser à fibres Tm : Ho de haute puissance à femtoseconde à 2050 nm." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0021.
Анотація:
La technique d’amplification à dérive de fréquence "chirped pulse amplification" (CPA)a été développée pour augmenter la puissance des impulsions issues d’oscillateurs à verrouillage de mode, car l’énergie des impulsions n’étaient pas suffisantes pour des applications telles que la physique des champs forts et l’accélération de particules. Depuis son développement en 1985, elle a été utilisée dans une grande variété de systèmes laser industriels et dans des installations laser à ultra-haute puissance. Cette technique permet d’une part de s’affranchir de l’accumulation de phase non linéaire qui entrave la compression d’impulsions et d’autre part de maintenir la fluence des impulsions en dessous des seuils de dommages induits par laser aux composants. Dans cette thèse, nous développons des systèmes laser CPA à la longueurs d’onde de 2.05μm avec une puissance moyenne élevée et une énergie élevée, en commençant par le développement du laser à 2050nm jusqu’à la conception et la mise en oeuvre de l’étireur, des amplificateurs et du compresseur d’impulsions.Dans la première section de la thèse, nous introduisons les principaux concepts de physique et les phénomènes nécessaires à la compréhension de la technique d’amplification par dérive de fréquence et au développement du laser à fibre à 2050nm. Cela inclut la dispersion, l'automodulation de phase et la diffusion Raman.Dans la deuxième section de la thèse, nous présentons le développement d’un laser entièrement fibré à maintien de polarisation et accordable sur plus de 170nm, de 1880nmà 2050nm, via le phénomene de décalage de fréquence solitonique (Raman soliton selffrequencyshift, SSFS). Notre systéme est basé exclusivement sur des fibres disponibles commercialement. Nous avons caractérisé le laser en termes de puissance, de spectre et de durée d’impulsion, et nous avons inclus une étape de post-compression qui repose sur des effets non linéaires pour atteindre une durée inférieure à 100 fs sur toute la plage d' accordabilité. Les simulations sur la post-compression de solitons montrent la polyvalence du laser, qui permet de personnaliser la durée de l’impulsion sur une plage spectrale donnée, ou alternativement à une longueur d’onde particulière.Dans la troisième section, nous avons testé le laser accordable dans une grande variété d’architectures d’étirement et de compression adaptées au CPA. Nous avons examiné les fibres et les réseaux de Bragg en volume étiré (CVBG) en tant que dispositifs d’étirement d’impulsions, ainsi que les paires de réseaux de diffraction et les CVBG en tant que compresseurs d’impulsions. Nous discutons la manière de dimensionner une paire d’étireur compresseuren tenant compte de la phase non linéaire et de l’effet de rétrécissement du gain qui se produit pendant l’amplification d’impulsions, ainsi que de l’évaluation des performances de l’étireur-compresseur. Deux systèmes laser d’amplification à dérive de fréquence ont été conçus et présentés, le premier visant des impulsions fs à large bande avec une puissance moyenne élevée, et le second système visant des impulsions ps à haute énergie. La technologie peu mature dans la région spectrale de 2μm et la faible disponibilité de dispositifs d’étirement adaptés entravent la compression d’impulsions à cette longueur d’onde.Dans la dernière section de la thèse, nous avons étudié les performances des fibres co-dopées Tm:Ho en configuration d’amplification. Nous discutons des principaux défis de ces fibres, notamment les effets de transfert d’énergie, la disponibilité des sources de pompage qui donnent lieu à deux schémas de pompage principaux : le pompage par diode et le pompage intra-bande, ainsi que les limitations en termes de taille de fibre. Nous avons testé les fibres dopées Tm:Ho, y compris les fibres à coeur large pour l’amplification d’impulsions à bande étroite et à large bandeThe chirped pulse amplification (CPA) technique was developed to power scale the pulsesfrom mode-locked oscillators as the pulse energy was not sufficient to target applicationssuch as strong field physics and particle acceleration. Since its development in 1985 ithas been applied in a wide variety of commercially available laser systems and ultra-highpower laser facilities. The technique allows to circumvent the accumulation of non-linearphase which hampers pulse compression and allows to maintain the fluence of the pulsesbelow the laser induced damage thresholds (LIDT) of components. In this thesis wedevelop CPA laser systems operating at 2.05μm wavelengths with high average powerand high energy starting from the development of the seed laser up to the design andimplementation of the pulse stretcher, amplifiers and pulse compressor.In the first section of the thesis we introduce the physics background and phenomenarequired for understanding the chirped pulse amplification technique and the developmentof the seed laser. This includes dispersion, self-phase modulation and Raman scattering.In the second section of the thesis we present the development of an all-fiber polarizationmaintaining laser tunable over 170nm, from 1880nm up to 2050nm via Ramansoliton self-frequency shift (SSFS). The system is based on exclusively commercially availablestandard fibers. We have characterised the laser in terms of power, spectrum andpulse duration and we have included a post-compression stage that relies on non-lineareffects to reach the sub-100 fs duration across the whole tunability range. Simulations ofthe soliton post-compression shows the versatility of the laser which allows to customisethe pulse duration over a spectral range or for a particular wavelength. We believe thatthe laser is a versatile and robust alternative to Tm and Tm:Ho oscillators.In the third section we have tested the tunable laser in a wide variety of stretchingand compression architectures suitable for CPA. We have investigated fibers and chirpedvolume Bragg gratings (CVBG) as pulse stretching devices and grating pairs and CVBGsas pulse compressors. We discuss how to dimension a stretching-compressor pair takinginto account the non-linear phase and gain narrowing effect that takes place during pulseamplification and how to evaluate the stretching-compressor performance. Two differentchirped pulse amplification laser systems have been designed and presented, the first onetargets broadband fs pulses with high average power and the second system targets highenergetic ps pulses. The non-mature technology in the 2μm spectral region and the weakavailability of suitable stretching devices hinders pulse compression at this wavelength.In the last section of the thesis we investigated the performance of Tm:Ho co-dopedfibers in amplification configuration. We discuss the main challenges of these fibers includingthe cross-relaxation effects, the availability of pump sources which gives rise totwo main pumping schemes: diode pumping and in-band pumping and the limitations interms of fiber size. We tested Tm:Ho doped fibers, including LMA for narrowband andbroadband pulse amplification
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Brown, Dussault Evelyne. "Atténuation d'effets non linéaires dans les lasers fibrés de haute puissance opérés en régime continu." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27006.
Анотація:
Les lasers à fibre de haute puissance sont maintenant la solution privilégiée pour les applications de découpe industrielle. Le développement de lasers pour ces applications n’est pas simple en raison des contraintes qu’imposent les normes industrielles. La fabrication de lasers fibrés de plus en plus puissants est limitée par l’utilisation d’une fibre de gain avec une petite surface de mode propice aux effets non linéaires, d’où l’intérêt de développer de nouvelles techniques permettant l’atténuation de ceux-ci. Les expériences et simulations effectuées dans ce mémoire montrent que les modèles décrivant le lien entre la puissance laser et les effets non linéaires dans le cadre de l’analyse de fibres passives ne peuvent pas être utilisés pour l’analyse des effets non linéaires dans les lasers de haute puissance, des modèles plus généraux doivent donc développés. Il est montré que le choix de l’architecture laser influence les effets non linéaires. En utilisant l’équation de Schrödinger non linéaire généralisée, il a aussi été possible de montrer que pour une architecture en co-propagation, la diffusion Raman influence l’élargissement spectral. Finalement, les expériences et les simulations effectuées montrent qu’augmenter la réflectivité nominale et largeur de bande du réseau légèrement réfléchissant de la cavité permet d’atténuer la diffusion Raman, notamment en réduisant le gain Raman effectif.High power fiber lasers are now the preferred solution when it comes to industrial cutting applications. Development and power scaling of industrial grade high power fiber lasers is however limited by industrial reliability specifications. Power scaling of fiber lasers is limited by non-linear effects, which arise from fiber designs with a small mode area therefore requiring the development of new methods to suppress non-linear effects. In this memoir, experiments and simulations show that the models used to describe nonlinear effects in the case of passive fibers are no longer valid in the case of high power fiber lasers. New metrics must thus be defined. We also show that the laser configuration influences the non-linear effects. Using the general non linear Schrödinger equation we also show that in the case of a high power end-pumped laser configuration, Raman scattering affects spectral broadening. Experimental and theoretical work also show that changing the grating mirror properties such as increasing the reflectivity or the bandwidth of the low reflectivity grating reduces Raman scattering.
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Guiraud, Germain. "Développement de sources laser à fibres dopées ytterbium haute puissance, monofréquence et à bas bruit d'intensité." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0648.
Анотація:
Les sources laser à fibre, haute puissance et de faible largeur spectrale sont de plus en plus utiles pour des applications à la fois industrielle et scientifique. Cependant, le développement de ces sources est limité par les seuils d’apparition d’effets non-linéaires tels que la Diffusion Brillouin Stimulée (DBS) du fait d’un fort confinement de la lumière dans le coeur de la fibre. Un premier amplificateur en régime monofréquence de puissance moyenne égale à 50W a été développé à partir d’une diode laser signal de 50 mW. L’étude du bruit d’intensité sur cet amplificateur a montré que l’utilisation de fibres standards (diamètre de coeur < à 20μm) jusqu’à 50W est limitée par l’apparition du phénomène de DBS se traduisant par une dégradation du bruit d’intensité. Pour s’affranchir de ces effets non-linéaires, une solution réside sur l’utilisation de fibres à large aire modale (LMA) dont les diamètres des coeurs est égale à plusieurs dizaines de microns. Les fibres LMA présentent un recouvrement [coeur dopé / onde de pompe] optimisé conduisant à une réduction de la longueur du milieu à gain. Par cette stratégie de la diminution du confinement spatial du faisceau avec une diminution de la longueur d’interaction, le seuil d’apparition des effets non-linéaires est repoussé. Mais paradoxalement, cette stratégie va induire une nouvelle limitation non-linéaire, non plus en termes de puissance crête mais de puissance moyenne. En effet, les coeurs multimodaux des fibres LMA, couplés à une charge thermique par unité de longueur forte (pour une puissance de moyenne de sortie équivalente) vont induire l’apparition d’effets non-linéaires en puissance moyenne : les Instabilités Modales (IM) et la Dégradation Modale de la Fibre (DMF). Ce sont donc les stratégies usuelles utilisées pour repousser les effets non-linéaires qui ont conduit à l’avènement de ces nouveaux effets délétères. Un système d’asservissement du bruit d’intensité efficace (suppression > 30 dB) sur une bande passante d’1MHz permet de supprimer le bruit en excès des diodes de pompeHigh power, narrow linewidth fiber lasers are useful for both industrial and scientific applications. Nevertheless, nonlinear effects like Stimulated Brillouin Scattering (SBS) are main limitations of these laser sources due to high power in fiber core. A first amplifier in single-frequency operation with 50W of output power from a laser diode seeder of 50 mW was developed. Study of intensity noise on this amplifier developed with standard fiber (core diameter less than 20 μm) showed that SBS leads to a degradation of noise properties of the laser. The use of large mode area (LMA) fibers is a solution for suppressing nonlinear effects with core diameters bigger than several tens of microns. LMA fibers show an overlap between doped core and pump wave optimized leading to a reduction of gain medium length. This strategy permits to increase nonlinear effect threshold. Second step of high power amplifiers with LMA fibers allows to obtain 100W in single-frequency regime without DBS. LMA fiber used have a core diameter equals to 40μm. Power scaling from 100W to 200W highlights a new limiting non-linear effect: Fiber Modal Degradation (FMD). Indeed, multimodal cores of these fibers, coupled to high thermal load lead to non-linear effects like Modal Instabilities (IM) and FMD. FMD effect, first described by Ward et al in 2016, is a thermo-optic effect characterized by a beam quality degradation with power transfer from fundamental mode to high order modes. Furthermore, a decrease of output power, synonym of guidance loss of fundamental mode in gain medium is observed. Unlike well-known effect IM, this phenomenon doesn’t act like a threshold phenomenon. In fact, transitory regime in association with FMD is longer than IM caused by photodarkening dynamic. In our study, beam quality at the output of the fiber was degraded after several tens of hours at 200W. For understanding this effect, a photodarkening effect study both in continuous wave (CW) and pulsed regime was carried out. This study shows that for the first time a photodarkening and photobleaching equilibrium on high power amplifiers in pulsed regime. These thermo-induced effects threshold depends on thermal load and are different for both regimes: 120W for CW and 150W for pulsed regime. Finally, a study and a reduction of intensity noise based from a servo-loop were carried out on 100W amplifier. A 1MHz bandwidth with a 30 dB decrease of noise were demonstrated. These results allow to develop high power and low intensity noise lasers at industrial level”
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Benoit, Aurélien. "Sources laser fibrées hybrides de haute puissance : Amplification et conversion de fréquences." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0024/document.
Анотація:
Les lasers à fibre de haute puissance constituent depuis une dizaine d’année un outil pertinent pour un nombre croissant d’applications. Dans le cadre d’un contrat CIFRE entre la société Eolite Systems et le laboratoire Xlim (UMR 7252 du CNRS et de l’Université de Limoges), mon projet de thèse a consisté à développer les briques technologiques de futures sources lasersHigh-power fiber lasers adress an increasing number of applications since ten years. In the frame of a CIFRE contract between the company Eolite Systems and Xlim (joint laboratory between CNRS and the University of Limoges), the goal of this PhD project was to develop the technological blocs to achieve all-fibre high-power lasers emiting out of the conventional spectral band covered by existing lasers.Modal instabilities in large mode area (LMA) fibers are currently the main limitation of the fiber lasers power scaling. We have experimentally demonstrated the relevance of inner cladding aperiodic structures to efficiently delocalize higher order modes outside the gain region. A systematic study of passive fibers based on such structures has shown the single propagation of the fundamental mode over a wide wavelength range from 1 to 2 µm for dimension of core up to 85 µm. This effective mode delocalization even extends up to a core dimension of 140 µm at a 2 µm wavelength.The combination of high power picosecond fiber laser with an average power of 22.7 W and a hydrogen-filled inhibited coupling Kagome fiber allowed us to generate two Raman combs over five frequency octaves from 321 nm to 12.5 µm. These two combs are controlled by the laser pump polarization and generated an average power of 10.1 W displayed over 70 laser lines for circular pump polarization and 8.6 W over 30 lines for linear polarization. Some laser lines within these combs have been generated for the first time from high-power fiber source in the mid-infrared range. We have also demonstrated the generation of high-power line by optimizing the first vibrational Stokes at 1.8 µm with an average power of 9.3 W and a quantum efficiency of the frequency conversion stage close to 80%
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Wei, Li-Wei. "Système laser de haute-puissance pour le projet Advanced Virgo : les amplificateurs à fibre combinés de façon cohérente." Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4091/document.
Анотація:
Virgo est un interféromètre de Michelson dont les bras contiennent des cavités Fabry-Perot. Il a été construit pour détecter directement les ondes gravitationnelles. Le projet Advanced Virgo est une amélioration majeure de Virgo pour atteindre une sensibilité encore plus élevée avec laquelle la détection des ondes gravitationnelles deviendra probable. On prévoit un système laser mono-fréquence de 175 Watts de puissance optique présentant des stabilités accrues pour le bruit relatif de puissance et pour le bruit de fréquence. Ce travail de thèse a pour objet la réalisation de ce système laser de haute-puissance et de haute-stabilité basée sur l'utilisation d'amplificateurs à fibre combinés de façon cohérente. Des amplificateurs à fibre disponibles dans le commerce sont caractérisés en termes de qualité de faisceau, de bruit de puissance, de bruit de fréquence, de stabilité de pointé du faisceau, et également en terme de stabilité à long terme sur quelques milliers d'heures. On implémente l'interférométrie de Mach-Zehnder pour la combinaison cohérente de faisceaux. Les techniques de caractérisation de faisceaux laser sont aussi développées en considérant leurs limites ultimes. Hormis un déficit de puissance optique, le système laser développé dans cette étude sur la base de la combinaison cohérente de Master Oscillator Fiber Power Amplifiers, remplit les conditions posées par Advanced VirgoVirgo is a cavity-enhanced Michelson interferometer built for the direct detection of gravitational waves. The Advanced Virgo project consists of major upgrades to the Virgo gravitational wave detector for an order of magnitude improvement in differential strain sensitivity, one of which is the tenfold increase in injected laser power to 175 Watts. The use of fiber laser amplifiers and their coherent combination are foreseen to deliver the required high-power low-noise beam. In this thesis work, we review the laser requirements for gravitational wave detectors, introduce the design of the laser system for Advanced Virgo, and develop the means for laser characterization in accordance with the stringent noise specifications. We then present the results to date, notably the quasi-continuous long-term operation of two 40-Watt fiber laser amplifiers over thousands of hours and their coherent combination with Mach-Zehnder interferometry. Although the targeted power for Advanced Virgo is not yet attained, the developed system shows decent noise performance and is promising for further power-scaling efforts
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Abbouab, Clara. "Étude et conception de sources laser fibrées monomodes en régime continu multi-kW." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. http://www.theses.fr/2023LIMO0088.
Анотація:
Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une thèse CIFRE en collaboration entre le laboratoire XLIM et la compagnie industrielle des laser « CILAS ». L'objectif principal de cette thèse est l'étude et la conception de sources laser fibrées émettant en régime continu des faisceaux monomodes de puissance multi-kW. L'architecture « MOPA » (composée d’une oscillateur maître et d’un amplificateur de puissance), a été sélectionnée à l'aide de la bibliographie pour atteindre ces objectifs, puis a été réalisée à XLIM. En améliorant cette architecture, la source fibrée a délivré une puissance continue de 2 kW à la longueur d'onde de 1080 nm, un record atteint pour la première fois en France à notre connaissance. Grâce à ces résultats, un outil de simulation a été calibré puis a été utilisé afin d'identifier les limitations théoriques de cette architecture. Les modélisations ont ensuite permis de donner des propositions d’amélioration de cette architecture en fonction de la longueur d’onde de pompe, de la longueur d’onde du signal, de l’utilisation d’une autre fibre amplificatrice et de la répartition de la puissance de pompage dans les deux sens de propagation. Les résultats de simulation ont été comparés aux résultats expérimentaux obtenus à partir d’une source MOPA construite plus récemment à XLIM, ayant dépassé la puissance signal de 3 kW. Finalement, une dernière architecture plus simple, appelée MOPA "autosaturé", est simulée puis est réalisée au laboratoire. En exploitant une cavité instable temporellement et en associant, à la source, un étage de conversion de fréquence non-linéaire, la génération d’un supercontinuum d’une puissance de 40,7 W sur une largueur spectrale allant de 750 nm à 2200 nm à -30 dB a été démontrée. En perspective de ces travaux de thèse, une nouvelle étude numérique a indiqué qu’une telle source pourrait elle aussi atteindre jusqu’à 3 kW de puissance signalThis CIFRE thesis is a collaboration between the XLIM research laboratory and the industrial laser company "CILAS". The main objective of this work is to study and design high power fiber laser sources delivering a continuous wave single mode laser beam with an output power of several kW. To this end, the “MOPA” design (consisting a master oscillator stage and a power amplifier stage) was chosen from the literature and then has been built at XLIM. To the best of our knowledge, it is the first time in France that 2 kW of continuous wave output power has been achieved at the signal wavelength of 1080 nm. Thanks to the experimental results, a simulation tool was calibrated and used to carry out a theoretical study of the limits of this laser source. This tool has also been used to propose some improvements of this architecture by changing the pump wavelength, the signal wavelength, the doped fiber and the combination of the pump power between the two directions of propagation. The results of the simulations were compared with the experimental results obtained from a new source reaching more than 3 kW of continuous wave power. Finally, another less complex design, called OAIFL, was calibrated using the simulation and then built. A supercontinuum was generated by exploiting the temporally unstable laser cavity, delivering a power of 40.7 W over a spectrum going from 750 nm to 2200 nm at - 30 dB. As a perspective, the simulation showed that the OAIFL source could be further amplified to reach up to 3 kW. Therefore, this laser source could be further developed in the future
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Ghawas, Muhammad. "Sources picosecondes et femtosecondes à base de fibre dopées Ytterbium et applications." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2023. http://www.theses.fr/2023BORD0463.
Анотація:
Les recherches industrielles ou académiques autour laser délivrant des impulsions ultracourtes reposent de plus en plus sur la technologie des lasers à fibre. Elles s’appuient sur les avantages intrinsèques des systèmes à fibre, tels que leur stabilité, compacité, l'excellente qualité modale du faisceau délivré, leur robustesse et leur facilité d'utilisation. Au cours de ce travail, nous avons réalisé l’étude détaillée d’un laser à fibre délivrant des impulsions picosecondes fonctionnant dans un régime de dispersion normale (ANDi). Ce laser a par la suite été déployé pour étudier de la génération paramétrique dans une fibre à cristal photonique. Nous avons tout d’abord développé une source laser à fibre de haute puissance délivrant des impulsions picosecondes dont on peut accorder à la fois la longueur d'onde centrale et la largeur spectrale. La source développée autour d’une cavité en anneau comprend la combinaison d’une fibre d'ytterbium à grande surface modale du type « rod-type », une fente et un réseau de diffraction en transmission. À la longueur d'onde centrale de ∼ 1030 nm et à un taux de répétition de 78 MHz, ce laser délivre des impulsions picosecondes avec une puissance moyenne allant jusqu'à 25 W. La durée des impulsions peut être ajustée en continu entre ∼ 1,8 ps et ∼ 4,5 ps alors que l'énergie des impulsions varie entre ∼ 320 nJ et ∼ 225 nJ. Nous avons également démontré que la longueur d'onde centrale des impulsions laser peut-être finement réglée entre ∼ 1010 nm à ∼ 1060 nm tout en s’assurant que l'énergie de l'impulsion est supérieure ∼ 150 nJ. Nous avons également développé un modèle numérique pour rendre compte de l'ensemble de nos données expérimentales. Nos simulations sont en bon accord avec nos résultats expérimentaux. Les impulsions délivrées par cette source ont été utilisées pour étudier et réaliser un oscillateur paramétrique optique dans une fibre optique. Les ondes signal et idler générées résultent d’un mélange paramétrique à quatre-onde induit dans une fibre à cristal photonique. Cet OPO à fibre est simplement résonnant pour l’onde signal. L'efficacité de conversion pour l’onde signal est proche de 20 %. Le profil de dispersion spectrale de la fibre à cristal photonique et l’accordabilité spectrale de notre laser de pompe nous ont permis de générer des ondes du signal (resp. idler) comprises respectivement entre ∼ 770 nm et ∼ 1000 nm ( ∼ 1130 nm et ∼ 1590nm) lorsque la longueur d'onde des impulsions pompe est ajustée entre ∼ 1024 nm et ∼ 1059 nmUltrashort laser pulses in both industrial and research applications progressively rely on fiber laser technology, guided by its intrinsic benefits, for instance, stability, compact nature, excellent beam quality, robustness, and easy operation. In this work, a detailed study has been done to investigate picosecond fiber laser working in an all-normal-dispersion (ANDi) regime for the application of parametric generation in photonic crystal fiber. In summary, we have developed a high-power fiber laser source delivering picosecond pulses with tunability both in central wavelength and spectral width. It incorporates a combination of a large-mode-area rod-type ytterbium fiber, a slit, and a transmission grating inside the ring laser cavity configuration. At the central wavelength of ∼ 1030 nm and with a repetition of 78 MHz, this laser delivers picosecond pulses with an average power of up to 25 W. The pulse duration can be continuously adjusted from ∼ 1.8 ps to ∼ 4.5 ps and pulse energy from ∼ 320 nJ and ∼ 225 nJ, respectively. Additionally, we have also demonstrated that the central wavelength of the laser pulse can be finely tuned from ∼ 1010 nm to ∼ 1060 nm while keeping the pulse energy above ∼ 150 nJ. We have also proposed a numerical model to account for the ensemble of our experimental data and the simulations are in good agreement with the experimental data. The output of this fiber oscillator is propagated through the photonic crystal fiber for the parametric generation of the signal (higher frequencies than the pump) and idler (lower frequencies than the pump). The fiber OPO singly-resonant cavity was built in such a way that only signal wavelengths are allowed to propagate through it. The conversion efficiency for the signal was close to 20 % in the fiber OPO. Based on the dispersion profile of the photonic crystal fiber and our homebuilt tunable pump laser, the signal wavelength (resp. idler) was tuned from ∼ 770 nm to ∼ 1000 nm (∼ 1130 nm to ∼ 1590nm) for the corresponding pump wavelengths of ∼ 1024 nm to ∼ 1059 nm
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Machinet, Guillaume. "Développement de sources lasers femtosecondes ytterbium à très haute cadence et applications." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14999/document.
Анотація:
Ce travail de thèse est consacré au développement de sources lasers femtosecondes à haute cadence, de forte puissancemoyenne (>10 W) avec des énergies supérieures à 100 μJ. Ce type de sources est primordial pour le développementd’applications industrielles variées (micro-usinage athermique, chirurgie oculaire, …) ainsi qu’en recherchefondamentale pour l’étude de l’interaction laser matière.Après un chapitre d’introduction sur l’état de l’art des chaînes lasers de forte puissance moyenne à base de matériauxdopés ytterbium, la réalisation d’une chaîne laser de forte puissance moyenne compacte à base de fibre photoniquemicrostructurée à large aire modale sera présentée. Il sera notamment démontré les principales limitations en termed’énergie et de puissance moyenne. D’une part, le fort confinement de l’impulsion lumineuse dans le coeur de la fibrefavorise l’accumulation d’effets non-linéaires lors de l’amplification et détériore la qualité de l’impulsion. D’autrepart, en raison du diamètre de coeur important (> 70 μm) choisit pour lutter contre l’effet précèdent, le guidage dumode fondamental TEM00 de ces fibres est très critique et devient sensible à la charge thermique interne à la fibre.Cette source laser a été utilisée dans le cas de deux applications bien spécifiques : le perçage de plaques d’acierépaisses pour une finalité de déminage (relatif au cadre du financement de cette thèse par la Direction Générale del’Armement) et à la génération d’harmoniques d’ordres élevées à très haute cadence (relatif au domaine d’expertisedu CELIA). Ces deux applications sont traitées au cours du troisième chapitre.A la vue des limitations observées et afin de disposer de chaînes lasers plus énergétiques et offrant des duréesd’impulsions encore plus courtes, une nouvelles architecture d’amplification a été proposée : le pompage fortebrillance de matériaux dopés Ytterbium. Ce concept présenté dans le dernier chapitre utilise le développement desources fibrées monomodes continues émettant à 976 nm. Cette architecture d’amplification a été utilisée afin deréaliser d’une part un oscillateur sub-70 fs et de forte puissance moyenne (>2,3 W) à une cadence de 73 MHz etd’autre part : un amplificateur type « booster » à fort gain. Deux expériences qui ont été réalisées avec des cristauxd’Yb:CaF2. Ce matériaux présente en effet l’avantage d’avoir un très large spectre d’émission (>60 nm) propice à lagénération et amplification d’impulsions femtosecondes mais aussi d’être « compatible » avec les chaînes de trèsforte puissance grâce à sa très bonne conductivité thermiqueThis work concerns the development of high repetition rate femtosecond lasers with high average power (>10 W)and energies in excess of 100 μJ. Such lasers are paramount for the development of new industrial applications(athermal micro-drilling, eye surgery, ...) and for fundamental research on high repetition rate laser matter interactionstudies.After a brief introduction and the state of the art summary on high-average power femtosecond laser with ytterbiumdoped materials, a compact high-average power femtosecond laser with a large mode area microstructured rod typeamplifier will be presented. It will browse the main limitations in terms of energy and average power. Limitationsare mainly due to the strong confinement of the electric field propagating in the fibre core leading to non-linear effectsaccumulated during the amplification. On the other hand, for larger core diameter (> 70 μm), the fundamental modeguiding (TEM00) is very weak and thus very sensitive to the internal thermal load of the fibre.This laser source has been used in two specific applications: athermal drilling of thick stainless steel plate for mineclearing(an application of interest for the Direction Générale de l’Armement) and High order Harmonics Generationat high repetition rate (related to CELIA activities). These two applications are presented in the third chapter.In order to stretch the limits and generate more energetic and a shorter pulse, a new amplification scheme has beenproposed, namely high brightness optical pumping of ytterbium doped materials. This concept presented in the lastchapter benefits from the development of high average power single-mode fibre lasers source emitting at 976 nm.This amplification scheme allowed us to realize a high average power Kerr-lens oscillator delivering pulses with apulse duration below than 70 fs and an average power of 2.3W at a repetition rate of 73 MHz. In a second phase, wealso developed a « booster » amplifier with a high single- pass-gain. These two results have been obtained by usingYb-doped CaF2 crystals. This material presents the advantage to have a very broad emission bandwidth (> 60nm)suitable to generate and amplify femtosecond pulses and to be compatible with high average power laser due to hisvery good thermal conductivity
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Tang, Mincheng. "Etude du comportement dynamique des sources laser ultrarapides à base de fibres actives fortement dispersives." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR117/document.
Анотація:
Les lasers ultra-rapides fibrés sont aujourd’hui incontournables dans de nombreuses applications industrielles et scientifiques du fait de leur stabilité, de leur compacité et des hautes puissances disponibles. Les performances actuelles, rendues accessibles par le développement de fibres à larges aires modales et le concept d’amplification à dérive de fréquence, sont toutefois complexes à mettre oeuvre et limitées par l’utilisation de composants massifs pour les étapes de compression et d’étirement des impulsions. Ces travaux de thèse, à la fois expérimentaux et numériques, avaient pour objectif d’explorer des régimes dynamiques originaux basés sur l’utilisation de fibres actives spécifiques combinant large aire modale et propriétés dispersives adéquates pour la génération d’impulsions ultra-courtes de haute énergie. Les études numériques ont ainsi permis de montrer que des régimes impulsionnels à haute dispersion normale pouvaient être atteints en exploitant les phénomènes de résonnance et de couplage de modes dans des fibres de Bragg ou à profil en W. L’étude de l’influence des paramètres de la cavité laser sur le mécanisme de verrouillage de modes a permis d’identifier des configurations attractives pour la montée en puissance. La mise en oeuvre expérimentale de ces concepts a notamment permis le développement d’une source laser à soliton dissipatif produisant des impulsions énergétiques (38 nJ, 700 fs après compression) à des longueurs d’ondes autour de 1560 nm, record pour ce type d’oscillateur. La réalisation expérimentale de sources ultra-rapides basées sur des fibres actives spécifiques combinées au phénomène de couplage de mode ont permis d’identifier les potentialités et limitations de ces architectures originales à fortes dispersions totales pour la montée en énergieUltrafast fiber lasers represent today a ubiquitous technology in various industrial and research applications thanks to their inherent advantages such as compactness, stability and high power. The best performances to date, mostly relying on large mode area fibers and chirped pulse amplification, however require complex experimental developments and are limited by the use of bulk components for pulse stretching and compression. The experimental and numerical work presented in this PhD thesis aimed at exploring original dynamical regimes based on specific active fibers combining large mode area and high dispersions for the generation of high-energy ultra-short pulses. The numerical studies then showed that pulsed regimes with high normal dispersions could be reached by exploiting resonance and mode-coupling phenomena in Bragg or W-type fibers. Studying the influence of the cavity parameters on mode-locking mechanisms allowed to target attractive configurations for energy scaling. The experimental implementation of this concept allowed the development of a dissipative soliton source delivering record high-energy chirped pulses (38 nJ, 700 fs after compression) at 1560 nm. The realization of ultrafast sources based on specific active fibers combined to mode-coupling phenomena then brought the possibility to identify the potentiality and limitations of these particular architectures with high dispersions for energy scaling
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Pariente, Gustave. "Caractérisation spatio-temporelle d’impulsions laser de haute puissance." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS003/document.
Анотація:
Les lasers de haute puissance permettent d'atteindre des intensités très importantes (jusqu'à 10²²W.cm⁻²). Parvenir à ce niveau d'intensité nécessite de concentrer une quantité modérée d'énergie (de l'ordre du joule) dans un temps très court (de l'ordre de la dizaine de femtosecondes) sur une surface réduite (de l'ordre du μm²). Ces faisceaux sont donc ultra-courts et focalisés à l'aide d'une optique à grande ouverture. Ces caractéristiques signifient que leur diamètre avant focalisation est grand et leur largeur spectrale est importante. Pour cette raison, ces faisceaux sont à même de présenter des distorsions spatio-spectrales (ou couplages spatio-temporels). Après focalisation, ces distorsions ont pour effet une diminution drastique de l'intensité pic. Ceci est d'autant plus vrai que le système laser est puissant et donc que son diamètre et sa largeur spectrale sont grands. En dépit de cet effet néfaste, les couplages spatio-temporels présentent aussi un intérêt lorsqu'ils sont maitrisés. On peut en effet introduire des couplages spatio-temporels de faible amplitude à des fins expérimentales. Dans les années 1990 et 2000, un effort important a été fourni pour permettre la caractérisation et l'optimisation du profil temporel des lasers femtoseconde. Dans le même temps, des solutions d'optique adaptative ont été développées pour contrôler le profil spatial des faisceaux ultra-intenses et obtenir la meilleure tache focale possible. Les systèmes laser de haute-puissance actuels sont maintenant caractérisés et optimisés indépendamment par ces deux types de diagnostics. Par essence, cette approche est aveugle aux couplages spatio-temporels. Seule une caractérisation spatio-temporelle permettrait de mesurer ces distorsions. Il existait déjà des méthodes de caractérisation spatio-temporelle avant le début de cette thèse. Aucun de ces dispositifs n'avait cependant été adapté à la mesure de faisceaux ultra-intenses. Lors de cette thèse, nous avons développé une nouvelle technique de caractérisation spatio-temporelle appelée TERMITES. Cette technique est basée sur un schéma de spectroscopie par transformée de Fourier auto-référencée. TERMITES nous a permis d'effectuer la première caractérisation spatio-temporelle totale d'un laser 100 TW (le laser UHI-100 du CEA Saclay). Les distorsions spatio-temporelles détectées à l'aide de ces mesures ont confirmé la nécessité d'une généralisation de la métrologie spatio-temporelle des lasers de haute puissanceHigh power laser make it possible to reach very high intensities (up to 10²²W.cm⁻²). In order to get to this level of intensity, a moderate quantity of energy (on the order of the Joule) is concentrated in a very short time (on the order of tens of femtoseconds) onto a small surface (on the order of 1 μm²). These beams are therefore ultra-short and focused with a high aperture optic. These features mean that their diameter prior to focus is large and their spectral width is big. As a result, these beams are subject to spatio-spectral distorsions (of spatio-temporal couplings). After focus, these distorsions induce a dramatic reduction of the peak intensity. This situation is all the more true when the laser is more intense and its diameter and spectral width are therefore bigger. Despite their detrimental effects, spatio-temporal couplings can be of great interest when controlled. One can indeed introduce weak spatio-temporal couplings for experimental purposes. In the 1990s and 2000s, a big effort was put in order to characterize dans optimize the temporal profile of femtosecond lasers. Meanwhile, adaptative optics solutions were developed to control the spatial profil of ultra intense laser beams and provide the best focal spot achievable. By nature, this approach is blind to spatio-temporal couplings. Measuring these distorsions requires a spatio-temporal characterization. Before the start of this Phd thesis, spatio-temporal characterization methods already existed. Although none of these devices were ever adapted to the measurement of ultra-intense laser beams. During this Phd Thesis, we developped a new spatio-temporal characterization technique which we called TERMITES. This technique is based on a self-referenced Fourier transform spectroscopy scheme. TERMITES made it possible for us to perform the first total spatio-temporal characterization of a 100 TW laser (UHI-100 at CEA Saclay, France). The detection of spatio-temporal distorsions with the help of these measurements confirmed the need for a generalization of spatio-temporal characterization of ultra-high power lasers
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Scol, Florent. "Amplification et transport fibré d’impulsions énergétiques pour les pilotes des installations laser de puissance." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10129/document.
Анотація:
Le faible encombrement, la stabilité, et la qualité spatiale du faisceau qu’ils délivrent expliquent le succès des systèmes laser fibrés. Dans le cadre des installations laser de puissance, ceux-ci sont utilisés pour générer et amplifier les impulsions mais restent limités à des énergies de l’ordre du nanojoule pour des impulsions nanosecondes. L’objectif de cette thèse est d’atteindre la gamme du millijoule par impulsion avec un niveau de performances compatible de l’injection de telles installations. Ainsi, les problématiques d’amplification et de transport fibré ont été traitées. Dans le premier cas, un système MOPA entièrement fibré basé sur une fibre effilée a permis de délivrer des impulsions de 10 ns et 500 µJ avec des caractéristiques temporelles, spectrales et spatiales en accord avec le cahier des charges. Pour la problématique de transport, et afin de minimiser les effets non linéaires, l’utilisation de fibres à cœur creux a été privilégiée. Une telle fibre, de 21 µm de diamètre de mode, a ainsi permis de transporter des impulsions de plus de 30 kW crête en minimisant les distorsions temporelles et spectrales. Enfin, en complément de ces deux problématiques, nous avons également identifié des briques technologiques permettant d’envisager une modification en profondeur de l’architecture des sources fibrées actuelles des grandes installations laser. L’utilisation d’une diode laser à dérive de fréquence a ainsi permis d’atteindre une énergie de 1,25 mJ pour des impulsions de 10 ns. La mise en forme spatiale fibrée du faisceau a également pu être réalisée pour des impulsions de l’ordre de 100 µJ grâce à une fibre optique microstructurée spécialement réaliséeCompactness, stability and beam quality are some benefits of fiber lasers. In large scale laser facilities, those systems are already used to generate and amplify pulses but are limited to the nanojoule range. The goal of this thesis consists in building a millijoule range system satisfying large scale laser facility requirements. Amplification and beam delivery systems have been considered. In the first case, an all-fiber MOPA has been realized. Using a 32 µm mode field diameter tapered fiber, we amplified 10 ns pulses up to 500 µJ with excellent temporal, spectral and spatial properties. In a second step, we consider the fiber beam delivery of those pulses over 15 m. In order to minimize nonlinear effects, hollow-core fibers have been used. This way, thanks to a 21 µm mode field diameter fiber, 30 kW peak power nanosecond pulses have been delivered over 15 m with negligible temporal and spectral distortions. In addition of amplification and beam delivery, we also considered technological building blocks which could be used to modified actual fiber seeder architecture. Chirped laser diode has been used to generate pulses and allowed us to finally obtained 1,25 mJ with our MOPA system. Fiber spatial beam shaping has also been performed in the 100 µJ range thanks to a microstructured, single-mode, polarization maintaining fiber which delivers a coherent top-hat beam. Finally, this work confirms the great potential of fiber systems for high energy amplification and beam delivery for the next generation of large scale laser facilities seeder
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Scol, Florent. "Amplification et transport fibré d’impulsions énergétiques pour les pilotes des installations laser de puissance." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10129.
Анотація:
Le faible encombrement, la stabilité, et la qualité spatiale du faisceau qu’ils délivrent expliquent le succès des systèmes laser fibrés. Dans le cadre des installations laser de puissance, ceux-ci sont utilisés pour générer et amplifier les impulsions mais restent limités à des énergies de l’ordre du nanojoule pour des impulsions nanosecondes. L’objectif de cette thèse est d’atteindre la gamme du millijoule par impulsion avec un niveau de performances compatible de l’injection de telles installations. Ainsi, les problématiques d’amplification et de transport fibré ont été traitées. Dans le premier cas, un système MOPA entièrement fibré basé sur une fibre effilée a permis de délivrer des impulsions de 10 ns et 500 µJ avec des caractéristiques temporelles, spectrales et spatiales en accord avec le cahier des charges. Pour la problématique de transport, et afin de minimiser les effets non linéaires, l’utilisation de fibres à cœur creux a été privilégiée. Une telle fibre, de 21 µm de diamètre de mode, a ainsi permis de transporter des impulsions de plus de 30 kW crête en minimisant les distorsions temporelles et spectrales. Enfin, en complément de ces deux problématiques, nous avons également identifié des briques technologiques permettant d’envisager une modification en profondeur de l’architecture des sources fibrées actuelles des grandes installations laser. L’utilisation d’une diode laser à dérive de fréquence a ainsi permis d’atteindre une énergie de 1,25 mJ pour des impulsions de 10 ns. La mise en forme spatiale fibrée du faisceau a également pu être réalisée pour des impulsions de l’ordre de 100 µJ grâce à une fibre optique microstructurée spécialement réaliséeCompactness, stability and beam quality are some benefits of fiber lasers. In large scale laser facilities, those systems are already used to generate and amplify pulses but are limited to the nanojoule range. The goal of this thesis consists in building a millijoule range system satisfying large scale laser facility requirements. Amplification and beam delivery systems have been considered. In the first case, an all-fiber MOPA has been realized. Using a 32 µm mode field diameter tapered fiber, we amplified 10 ns pulses up to 500 µJ with excellent temporal, spectral and spatial properties. In a second step, we consider the fiber beam delivery of those pulses over 15 m. In order to minimize nonlinear effects, hollow-core fibers have been used. This way, thanks to a 21 µm mode field diameter fiber, 30 kW peak power nanosecond pulses have been delivered over 15 m with negligible temporal and spectral distortions. In addition of amplification and beam delivery, we also considered technological building blocks which could be used to modified actual fiber seeder architecture. Chirped laser diode has been used to generate pulses and allowed us to finally obtained 1,25 mJ with our MOPA system. Fiber spatial beam shaping has also been performed in the 100 µJ range thanks to a microstructured, single-mode, polarization maintaining fiber which delivers a coherent top-hat beam. Finally, this work confirms the great potential of fiber systems for high energy amplification and beam delivery for the next generation of large scale laser facilities seeder
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Hazera, Christophe. "NOPCPA ultracourt pompé par CPA fibré haute cadence." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0094/document.
Анотація:
Ces dernières années, le développement des lasers femtosecondes s’est massivement orienté vers des sources à fortepuissance moyenne pour des applications autant scientifiques - par exemple la génération d’impulsions XUV - qu’industrielles. Cettethèse a consisté à développer une source laser permettant d’amplifier des impulsions ultra-brèves à très haute cadence par un laserà fibre avec d’un côté le développement d’un laser de pompe femtoseconde fibré (<600fs) à haute cadence (100kHz), et de fortepuissance (50W) et de l’autre des amplificateurs paramétriques optiques ultrabrefs (<10fs) pompés par cette même source. Pour cela,au sein d’une architecture à dérive de fréquence de fort étirement (2ns), nous avons exploité les propriétés des fibres photoniques à trèsgros coeur dopé à l’Ytterbium qui, pour approcher des énergies proches de 1mJ, nécessitent d’effectuer des études d’endommagement etde préparation des fibres. Nous avons alors pu démontrer une puissance maximale de 90W mais d’excellents résultats ont été établis dansun régime stable et robuste pour lequel ce laser délivre une puissance de 60W avec des impulsions de durées inférieures à 400fs. Aprèsdoublage en fréquence, ce laser a permis alors d’amplifier en deux étages dans des cristaux de BBO des bandes spectrales supérieuresà 300nm centrées autour de 800 nm avec une énergie par impulsion de 19[mu] J (1.9W). Avec un système d’étirement et de compressionbasé sur la combinaison de lames de silice et de miroirs à dérive de fréquence, ces impulsions ont pu atteindre une durée finale de 9.7fs.Ainsi, ces deux sources permettent d’ouvrir la voie à de vastes champs d’investigation en physique moléculaire et atomiqueIn recent years, the development of femtosecond lasers has been heavily oriented towards high average power sources forboth scientific experiments - such as XUV pulses generation - as well as for industrial applications. This work has been devoted to developa laser source able to amplify ultra-short pulses at a very high repetition rate. In one hand, we develop a high average power (50W)pump laser based on a Fiber Chirped Pulse Amplification (FCPA) technology delivering 400 fs pulses at a high repetition rate (100kHz).In the other hand, a multistage ultrafast optical parametric amplifiers (<10fs) pumped by this source has been then implemented. Toachieve this, we took the benefits of the Ytterbium-doped large-core photonics fibre’s properties in order to approach energies closeto 1mJ. Even in a highly stretched chirped pulse architecture (2ns), using this kind of technology, required to perform studies overdamage and preparation processes of fibers. Thereby, we demonstrated a maximum output power of 90W, but excellent results havebeen obtained in a stable and robust regime in which this laser delivers 60W with pulse durations shorter than 400fs. After frequencydoubling, this laser was sent as a pump into a two-stages - non collinear parametric amplifier made with BBO crystals and a spectrumdelivered a by a CEP-Stable-6fs Ti :sa oscillator has been amplified around 800nm over a spectral bandwidth larger than 300nm witha pulse energy of 19[mu] J (1.9W). By using a stretching and compression scheme based on the combination of silica wedges and chirpedmirrors, the final pulses have been then recompressed down to 9.7fs. These laser systems can be now used to pave the way for vast fieldsof investigation in molecular and atomic physics
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Huneault, Mathieu. "Investigation numérique de l'instabilité Raman dans les lasers à fibre optique dopée à l'ytterbium en régime continu de haute puissance." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/34745.
Анотація:
Les lasers à fibre optique dopée à l’ytterbium en régime continu de haute puissance ontune part de marché grandissante pour des applications d’usinage de métaux. Malgré qu’il s’agisse d’une technologie relativement répandue, un important problème subsiste dans laplupart de ces lasers. À haute puissance, la diffusion Raman stimulée transfère une partie de la puissance de la longueur d’onde principale d’émission des lasers autour de 1070 nm à la première bande de Stokes Raman autour de 1120 nm, ce qu’on appelle l’instabilité Raman. Cette puissance transférée est inutilisable et peut même être dangereuse pour le système laser et ses utilisateurs. Malgré les travaux théoriques et expérimentaux effectués sur ces lasers, très peu d’explications ont été fournies sur les liens entre les paramètres de la fibre optique et des réseaux de Bragg formant la cavité laser et l’instabilité Raman. Le but du projet de maîtrise présenté dans ce mémoire est donc de développer un modèle de simulation numérique de ces lasers, afin de comprendre et d’identifier les mécanismes dominants qui favorisent l’instabilité Raman et de trouver des configurations de montage la minimisant. Ce mémoire présente les deux modèles de simulation développés dans le cadre de ce projet. Le premier traite la propagation du signal laser comme étant unidirectionnelle, alors que le second la traite comme étant bidirectionnelle, ce qui se rapproche plus de la situation expérimentale. Le montage typique simulé est constitué d’une fibre optique à double gaine dopée à l’ytterbium ayant une grande aire modale effective, d’un réseau de Bragg à haute réflectivité et d’un réseau de Bragg à faible réflectivité servant de coupleur de sortie. Les simulations ont permis d’identifier cinq paramètres de la cavité laser ayant un impact important sur l’instabilité Raman. Une faible puissance moyenne du signal, une courte fibre optique de gain, une configuration de pompage en contrapropagation, c’est-à-dire par le côté du coupleur de sortie, ainsi qu’une plus faible réflectivité et une large bande réfléchissante du réseau de Bragg à faible réflectivité permettent de limiter la génération de l’instabilité Raman. L’optimisation de ces paramètres permet d’obtenir une cavité laser ayant extrêmement peu d’instabilité Ra-man. Ce faible niveau d’instabilité Raman semble être causé par une plus faible puissance intracavité, une courte distance de propagation et des modulations rapides de la puissance du signal. Des montages simulés incluant un filtre dans la cavité à la longueur d’onde de Stokes Raman, un réflecteur non linéaire ou une cavité de basse puissance amplifiée ont également montré une réduction significative de l’intensité de l’onde de Stokes Raman.Continuous high-power ytterbium-doped fiber lasers have an increasing market share formetal processing applications. Despite their widespread use, these lasers still suffer a ma-jor problem. At high power, stimulated Raman scattering shifts the power from the main emission wavelength around 1070 nm to the first Raman Stokes sideband around 1120 nm. This process is called Raman instability. The shifted power becomes useless and can even be dangerous for both the laser system and its users. Previous experimental and theoretical analyses have failed to provide clear explanations on the link between the Raman instability and the parameters of the ytterbium-doped optical fiber and the fiber Bragg gratings forming the laser cavity. The goal of this master’s degree project was to develop a simulation model for continuous high-power ytterbium-doped fiber lasers in order to identify and understand how the parameters of the laser cavity affect the Raman instability and to find cavity configurations that reduce it. This master’s thesis presents the two simulation models developed during this project. The first model considers unidirectionnal propagation of the laser signal while the second one considers bidirectionnal propagation. The latter is thus a more realistic model of such lasers.The typical simulated setup is made of a double-clad ytterbium-doped fiber with a large mode area, a high reflectivity Bragg grating and a low reflectivity Bragg grating that isused as output coupler. The simulations allowed to identify five cavity parameters having an impact on the Raman instability. A low average power, a short gain fiber, a counter-propagation pumping setup as well as a low reflectivity and a large reflective bandwidth for the fiber Bragg grating used as the output coupler help minimizing the Raman instability.The optimisation of these parameters creates a laser cavity with an extremely low power shift to the Raman Stokes sideband. The low Raman instability seems to be caused by a lower intra-cavity power, a shorter propagation distance and fast power modulations in thesignal. Incorporating a filter in the cavity, using a nonlinear reflector as output coupler or using a setup that includes a low-power master oscillator in combination with a high-power amplifier have also been simulated and show a reduction of the Raman instability.
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Tiabi, Nadia. "Synthèse de préformes dopées ytterbium par voie poudre pour la réalisation des lasers à fibre de haute puissance." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. http://www.theses.fr/2023LIMO0049.
Анотація:
Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’une thèse CIFRE en colla-boration entre le laboratoire Xlim et le centre technologique optique & lasers « ALPhANOV ». L’objectif principal de cette thèse consiste à développer des préformes dopées à l’ytterbium, conçues pour résister au phénomène de photo-noircissement (PN), en vue de leur utilisation dans des applications laser à haute puissance. Ce phénomène dégrade les performances des lasers et entraîne une réduction de leur puissance de sortie. Les travaux de cette thèse sont articulés autour de deux principaux axes. Le premier vise à définir la composition du cœur ainsi que la méthode de synthèse appropriée pour fabriquer des cœurs de préformes résistant face au photo-noircissement (PN). Le deuxième axe repose sur l’élaboration, la caractérisation et l’évaluation des performances optiques de la fibre obtenue. La matrice choisie pour être étudiée est la matrice alumino-phosphosilicate. Elle a été obtenue par une méthode de synthèse appelée « poudre en suspension ». Les différentes étapes de ce procédé de fabrication ont été validées depuis la synthèse de la préforme jusqu’à l’étirage de la fibre optique. Les tests optiques effectués sur la fibre optique ont révélé d’excellentes performances, avec une faible atténuation de 0.1 dB/m et une efficacité de conversion optique- optique très prometteuse de 76 %. L’évaluation de cette fibre face au phénomène de photo- noircissement a révélé une résistance exceptionnelle. Aucune décroissance en puissance n’a pu être constatée au cours des expériences effectuées sur plus de 100 hThe work presented in this manuscript is part of a PhD thesis carried out by CIFRE in collabora-tion between the laboratory of Xlim and the technological center of optics and lasers "ALPhA-NOV". The main objective of this thesis is to design ytterbium doped preforms that are resistant to the photodarkening (PD) phenomenon for use in high power laser applications.This phenomenon degrades laser performance and leads to reduced output. Two main areas are focused in this thesis. The first is the definition of the core composition and the appropriate synthesis method for the production of preform cores which are resistant to photodarkening (PD). The second is to develop, characterize and evaluate the optical performance of the resulting fiber. The matrix that has been chosen for the study is the alumino-phosphosilicate matrix. To obtain this matrix, a synthesis method called "powder in suspension" was used.From the synthesis of the preform to the drawing of the optical fiber, the different stages of the process have been validated. Excellent performance, with low attenuation of 0.1 dB/m and a very promising optical-to-optical conversion efficiency of 76%, was obtained from the optical tests performed on the fiber. The evaluation of the fiber against photodarkening showed an exceptional resistance. No performance degradation was observed over 100 hours
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Delaigue, Martin. "Étude et réalisation de sources femtosecondes haute puissance moyenne." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13217.
Анотація:
Ce travail de thèse concerne l'augmentation de la puissance moyenne produite par les systèmes femtosecondes amplifiés en conservant ou même en améliorant la robustesse et la compacité de ces sources. La première partie de ce travail de thèse a porté sur les chaînes Titane-Saphir produisant des énergies proches du millijoule. Nous avons cherché à réaliser un système à une cadence de 10khz. L'idée de l'utilisation du cristal à des températures cryogéniques pour améliorer ses propriétés thermiques et thermo-optiques nous a obligés à étudier tout particulièrement les modifications qu'induit le refroidissement sur ses propriétés lasers. Le pompage des matériaux dopés ytterbium se fait par des diodes laser continues ce qui permet de facilement étudier l'évolution des performances d'un système amplifié avec la cadence et de réaliser des sources à très haute cadence (supérieure à 100Kh). Nous avons démontré qu'au-dela d'une fréquence critique l'énergie de sortie d'un amplificateur régénératif pompé en continue affiche une évolution multipériodique mais qu'il est possible de stabiliser ce régime en choisissant des temps d'extraction de l'énergie adaptés. L'amélioration de l'évaluation thermique dans les cristaux massifs d'Yb:tungstate a aussi permis la réalisation de deux sources originales produisant des impulsions femtosecondes jusqu'à une cadene de 300Khz pour la première et à une énergie supérieure à 1mj pjour l'autre. Malgré ces progrès, la recherche de nouveaux matériaux dopés ytterbium qui éventuellement pourraient mieux répondre aux besoins exprimés reste essentiel. Nous avons alors enfin étudié les propriétés laser du cristalde Li6Y(BO3)3 dopé ytterbium
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Baubeau, Emmanuel. "Etude et réalisation d'une chaine laser femtoseconde haute cadence de haute puissance moyenne : applications au micro-usinage." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112326.
Анотація:
Depuis le début des années 90, de grands progrès ont été réalisés dans les sources laser à impulsions courtes, essentiellement basées sur le cristal de saphir dopé au titane. Les efforts ont principalement porté sur la diminution de la durée et l'augmentation de l'énergie. Parallèlement, les sources à haut taux de répétition (de l'ordre de la dizaine de kilohertz), ont fait l'objet de peu d'études. Une première partie de ce travail est consacrée à l'étude et à la réalisation d'une source à 15 kHz de haute puissance moyenne. Le laser de pompe utilisé est ici un laser à vapeur de cuivre hybride (CuHBr), d'une puissance de 100 W. Le manuscript présente une étude détaillée des problèmes thermiques dans les cristaux à ces cadences et de prise en compte de ces derniers dans le dimensionnement d'une cavité régénérative et des amplificateurs multi-passages. Dans une deuxième partie, on s'intéresse à une application particulière de ces sources haute cadence: le micro-usinage. Des résultas expérimentaux sont présentés, essentiellement dans les métaux. Pour tenter de comprendre la spécificité des mécanismes d'interaction laser-matière en régime femtoseconde dans ces derniers, un modèle à deux températures est développé qui permet de simuler la longueur de diffusion thermique (radiale et axiale) sur les bords de l'usinage. Les résultats de cette simulation font apparaître une différence notable de la longueur de diffusion thermique entre le régime nanoseconde et le régime femtosecondeSince the early 90's, much progress has been done in the field of ultrashort laser sources, mostly based on Ti:sapphire crystals. The shortest pulse duration and the highest energy were the main goals of these developments. In the same time, few work has been done on high-repetition rate sources (more than ten kilohertz). The first part of this work is dedicated to the study of a 15 kHz femtoseconde laser source with high average power. The pump laser is a 100-W Hybrid copper vapour laser. Thermal effects inside the crystals are carefully studied as well as the design of a regenerative cavity and multi-pass amplifiers taking into account these thermal problems. The second part deals with a particular application of these high-repetition rate sources: micro-machining. Experimental results are shown, mostly on metals. To have a comprehensive approach of the specificity of laser-matter in the femtosecond regime, a two-temperature model is developped. It leads to a simulation of the thermal diffusion length, bath axially and radially. The results shows a striking difference between nanosecond and femtosecond regime
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Gallet, Valentin. "Dispositifs expérimentaux pour la caractérisation spatio-temporelle de chaines laser femtosecondes haute-puissance." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112189/document.
Анотація:
Un des avantages des lasers femtosecondes de haute puissance (TW-PW) est de pouvoir obtenir, au foyer d'une optique focalisante, des intensités très élevées atteignant jusqu'à 10^22W.cm^-2 soit un champ électrique de 2.7 PV.m^-1. Pour cela, ces chaînes lasers délivrent nécessairement des faisceaux de grands diamètres (jusqu'à 40 cm) et des impulsions très courtes (de l'ordre de la dizaine de femtosecondes). En conséquence, les propriétés spatiales et temporelles de l'impulsion ne sont généralement pas indépendantes. Ce type de dépendance, appelée couplage spatio-temporel, a pour conséquence d'augmenter la durée d'impulsion et la taille de la tache focale, ce qui peut conduire à une diminution notable de l'intensité maximale au foyer. Les dispositifs de métrologie couramment utilisés sur ces chaînes lasers femtosecondes de haute puissance ne permettent de mesurer les profils spatial et temporel de l'impulsion que de façon indépendante.L'objectif de cette thèse était de développer des techniques permettant de mesurer les couplages spatio-temporels afin de pouvoir quantifier leur effet et de les corriger dans l'optique d'obtenir l'intensité maximale au foyer. Ainsi, nous avons tout d'abord adapté une technique de caractérisation spatio-temporelle existante à la mesure de lasers TW. Afin d'éviter les contraintes induites au foyer, comme celles liées aux fluctuations de pointé, les mesures ont été réalisées sur le faisceau collimaté. Ajouter une source de référence en parallèle du dispositif initial, nous a aussi permis de prendre en compte les artéfacts de mesure dus aux variations thermiques et mécaniques affectant l'interféromètre. Grâce à cette amélioration, il est possible de reconstruire le profil spatio-temporel complet du faisceau, en particulier son front d'onde.Cependant, les limitations induites par cette technique, nous ont conduit à développer un nouveau dispositif de mesure. Basé sur une corrélation croisée, cette technique consiste à faire interférer le faisceau laser à caractériser avec une partie de ce dernier, suffisamment petite pour ne pas être distordue spatio-temporellement. Nous avons également mis en œuvre une variante de ce dispositif permettant une mesure mono-coup selon une dimension transverse de l'impulsion.A l'aide de ces différentes techniques, nous avons pu caractériser, pour la première fois, plusieurs chaînes lasers TW. Les mesures réalisées ont mis en lumière l'existence de couplages spatio-temporels résiduels conduisant à une baisse significative de l'intensité pic au foyer. Ces résultats montrent qu'il est indispensable de caractériser spatio-temporellement des chaînes lasers femtosecondes de haute puissance dans l'optique d'obtenir l'intensité maximale au foyerOne of the advantages of high-power femtosecond lasers (TW-PW) is to obtain, at the focus of a focusing optic, very high intensities up to 10^22W.cm^-2 (i.e. an electric field of 2.7 PV.m^-1. Therefore, these lasers chains necessarily deliver beams with large diameter (up to 40 cm) and very short pulses (of the order of tens of femtoseconds). As a consequence, the spatial and temporal properties of the pulse are generally not independent. Such dependence, called spatial-temporal coupling has the effect of increasing the pulse duration and the size of the focal spot, which can lead to a significant reduction of the maximum intensity at the focus. Metrology devices commonly used on these high-power femtosecond lasers allow retriving the spatial and temporal profiles of the pulse only in an independent manner. The aim of this thesis was to develop techniques for measuring spatiotemporal couplings in order to quantify their effect and correct them in order to obtain the maximum intensity at focus. First of all, we adapted an existing technique of spatio-temporal characterization to the measurement of TW lasers. To avoid the issues induced at the focus, such as those related to jittering, measurements were performed on the collimated beam. By adding a reference source to the original device, we managed to take into account the measurement artifacts due to thermal and mechanical variations affecting the interferometer. With this improvement, it was possible to reconstruct the complete spatio-temporal profile of the beam, particularly its wavefront. However, the limitations imposed by this technique led to the development of a new measurement device. Based on a cross-correlation, this technique consists of making the laser beam to interfere with a part of itself, small enough not to be spatiotemporally distorted. We have also implemented a variant of this device for a single-shot measurement along one transverse dimension of the pulse. Using these techniques, we performed the very first characterization of several TW laser chains. The measurements have revealed the existence of residual space-time couplings leading to a significant decrease of the peak intensity at focus. These results show that it is essential to spatio-temporally characterize high power femtosecond laser chains to obtain the maximum intensity at focus
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Sellahi, Mohamed. "Laser à semi-conducteur III-V à émission verticale de haute cohérence et de forte puissance : état vortex, continuum et bifréquence THz." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20212/document.
Анотація:
Le travail présenté dans cette thèse repose sur l'expertise du groupe VeCSEL du l'Institut d'Électronique de Sud (IES) dans la conception, la réalisation et l'étude des VeCSEL dans le proche et le moyen infrarouge. Avant de s'engager dans le travail présenté ici, les VeCSELs développés au sein de notre laboratoire concernaient l'habituel fonctionnement monofréquence avec un faisceau TEM00, mais repoussé à forte puissance et à haute cohérence. L'objectif de cette thèse est d'aller au delà de cet état conventionnel, et explore d'autres états cohérents du photon, inhabituels dans le domaine de l'émission laser. Ces nouveaux états concernent aussi bien l'aspect transverse (spatial) que longitudinal (temporel) de l'onde. Plus particulièrement, l'émission laser de haute cohérence et de forte puissance sur les modes d'ordre supérieur Laguerre-Gauss dégénérés et non-dégénérés (vortex optiques), et les lasers large bande cohérents appelé aussi «~laser sans mode~»The work presented in this thesis is based on the expertise of the VECSEL group of the Institut d'Électronique de Sud (IES) in the design, implementation and study of VECSEL in the near and mid infrared. Before engaging in the work presented here, the VeCSELs developed in our laboratory involved the usual single-frequency operation with a TEM 00 beam, but pushed to high power and high coherence. The objective of this thesis is to go beyond this conventional state and to explore other coherent states of the photon, unusual in the field of laser emission. These new states apply to both the transverse appearance (spatial) and longitudinal (time) of the wave. More specifically, the laser emission of high power and high coherence on the Laguerre-Gauss higher order modes degenerate and non-degenerate (optical vortex), and the wide band coherent lasers also called "modeless lasers"
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Seang, Chansopheak. "Evaluation numérique des contraintes résiduelles appliquée à l'acier DP600 soudé par laser de haute puissance Nd : YAG." Phd thesis, INSA de Rennes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00875121.
Анотація:
Les études sur les procédés de soudage et sur la fiabilité des structures assemblées apparaissent actuellement comme un domaine de recherche actif, ouvert et complexe, car elles nécessitent de combiner de nombreuses connaissances dans différents domaines de la physique, de la mécanique et des procédés. La distribution des contraintes résiduelles joue un rôle important dans la vie des structures en favorisant la rupture par fatigue ou par fissuration. Ainsi, une meilleure compréhension des contraintes résiduelles évite l'utilisation de facteurs de sécurité plus élevés et, par conséquent permet de mieux optimiser le cycle de vie des structures soudées. A travers ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au soudage par laser d'un acier dual phase DP600, soudé en configuration par recouvrement, dont l'application est l'utilisation dans le domaine automobile. Cette thèse présente deux volets : un volet expérimental et un volet numérique.L'étude expérimentale nous a permis d'une part d'appréhender les conséquences métallurgiques et mécaniques du procédé laser sur l'acier DP600 et d'autre part d'utiliser et de valider les résultats numériques des modèles développés. L'étude numérique a eu pour objectif de prédire l'histoire thermique, métallurgique et l'évolution des caractéristiques mécaniques des tôles soudées par faisceau laser. Nous avons développé, sur un code de calcul par élémentsfinis Abaqus, trois modèles numériques. Le modèle thermomécanique, nous a permis de simuler la distribution spatio-temporelle de la température. Dans ce cas, le chargement appliqué est dépendant des paramètres du procédé etdes caractéristiques du faisceau laser et est associé à des conditions aux limites. Pour le modèle mécanique, nous avonsconsidéré un comportement élasto-plastique avec un chargement thermique transitoire, résultat du modèle thermique.Le deuxième modèle thermo-métallurgique nous a permis de simuler les phénomènes d'austénisation pendant la phase de chauffage (modèle de Waeckel) et de prendre en compte les fractions volumiques des phases martensitiques générées par les transformations de phases austénite-martensite lors du refroidissement (modèle de Koistinen-Marburger). Enfin, dans la dernière partie de simulation, nous avons réalisé le couplage thermo-metallo-mécanique. Les résultats obtenus dans la partie précédente, ont été implémentés dans deux modèles mécaniques : le modèle mécanique classique et le modèle mécanique avec prise en compte de la déformation liée aux effets de dilatation métallurgique. Cet effet a été intégré à travers le coefficient de dilatation thermique des phases ferritiques et martensitiques et des fractions volumiques obtenues à partir du modèle thermo-métallurgique. Les résultats ont montré que la répartition des contraintes résiduelles dans la zone de fusion et dans la zone affectée thermiquement sous l'effet de la déformation thermo-métallurgique donne des valeurs supérieures à celles estimées par le modèle élasto-plastique classique.
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Delmas, Olivier. "Étude de la mise en forme temporelle d’impulsions laser de haute puissance pour l’excitation des sources laser X-UV sur la plateforme LASERIX." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS277/document.
Анотація:
La présente thèse s’inscrit dans le cadre du développement des lasers X-UV générés en régime collisionnel transitoire et a pour objet principal d’étudier l’influence de la mise en forme temporelle des impulsions laser de haute puissance sur l’efficacité de génération de ces sources. Mon travail essentiellement expérimental a consisté à étudier de nouveaux schémas de pompage mettant en oeuvre différents dispositifs permettant de produire des préimpulsions et/ou un piédestal d’ASE au sein de la chaîne laser pilote. Dans ce manuscrit, je présente ces dispositifs et montre l’influence des différents paramètres laser sur l’efficacité de production du laser X-UV. L’étude expérimentale met tout d’abord en évidence une augmentation significative de l’énergie et de la durée de vie dela source laser X-UV en présence d’une préimpulsion.Dans ce contexte, un dispositif a été expérimenté permettant de générer au sein d’un unique faisceau laser, les deux principales impulsions précédées de la pré-impulsion, tout en gardant un contrôle sur leurs caractéristiques spectro-temporelles.Une approche alternative a été expérimentée dans laquelle un laser annexe « Q-switch » à bas coût est utilisé pour générer un plasma peu dense avecde faibles gradients de densité. Ce dernier dispositif a montré d’excellentes performances sur une large plage de longueur d’onde, et a été utilisé pour réaliser une expérience d’injection d’harmoniques d’ordre élevé, générées sur la voies econdaire à partir d’une cellule de gaz d’Argon.Une amélioration notable des caractéristiques spatiales et de la cohérence temporelle du laserX-UV a pu être observéeThe thesis fits within the framework ofsoft x-ray lasers (SXRL) development and has formain objective to study the influence of the temporal shaping of ultra-intense laser pulses, on the efficiency of SXRL generation. My thesiswork consisted in studying, designing and calibrating new pumping schemes through various devices based on the prepulse generation and/or an amount of ASE within the laser driver.In this manuscript, I study their influence on the SXRL generation efficiency by highlighting the optimization parameters such as the delay and the energy ratio between pulses, or the duration of each of them. The experimental study highlights first of all the influence of a prepulse on the SXRL generation efficiency. In the same framework, a device was experimented, allowing to generate within a single laser beam two mainpulses preceded by a prepulse, while maintaining a control over their spectro-temporalcharacteristics.An alternative approach was experimented in which an additional low cost « Q-Switch » lase rwas used to produce a under dense plasma presenting smooth electronic density gradients.This last device has showed excellent performances on a wide wavelength range andhas been used to perfom an experiment of highorder harmonic seeding generated from an Argongas cell on the secondary LASERIX beamline. A noteworthy improvement of the spatial characteristics and the temporal coherence of theSXRL have been observed
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Haddad, Kamal al. "Étude des différentes stratégies de contrôle d'un convertisseur à résonance : application à l'alimentation haute tension d'un laser CO2." Toulouse, INPT, 1988. http://www.theses.fr/1988INPT008H.
Анотація:
Analyse et modelisation des differentes strategies de commande pour convertisseurs fonctionnant au-dessus de la frequence de resonance, utilisant des thyristors duaux. Etude et realisation d'une alimentation a 15 kv de 5 kw pour laser industriel. Synthese d'un circuit de regulation. Analyse des regimes transitoires en frequence variable
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Albach, Daniel. "Gestion de l'émission spontanée amplifiée et de la thermique d'un système laser solide de haute puissance moyenne pompée par diodes – le système laser Lucia." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504915.
Анотація:
Le développement du laser a ouvert la voix à l'exploration de nouveaux domaines scientifiques et industriels. Les impulsions laser à haute intensité sont un outil unique pour les études d'interaction lumière/matière et leurs applications. Mais elles sont générées par des systèmes laser reposant sur l'utilisation de milieux à gain en verre pompés par des lampes flashes et sont donc intrinsèquement limitées en termes de cadence et d'efficacité. Le développement, au cours de ces dernières années, des lasers semi-conducteurs a attiré l'attention sur une nouvelle classe de lasers, les « laser solides pompés par diodes » (DPSSL). Ils possèdent une grande efficacité et sont des candidats de choix pour les systèmes compacts à haute puissance moyenne requis pour des applications industrielles, mais aussi en tant que sources de pompe à haute puissance pour des lasers ultra-intenses. Les travaux décrits dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du système laser Lucia (1 kilowatt de puissance moyenne), actuellement en construction au «Laboratoire d'Utilisation des Intenses lasers» (LULI) à l'Ecole Polytechnique, France. La génération d'impulsions laser de durée sub-10 nanosecondes avec des énergies allant jusqu'à 100 joules et des taux de répétition de 10 hertz est principalement limitée par l'émission spontanée amplifiée (ASE) et les effets thermiques. L'étude de ces limitations est le thème central de ce travail. Leur impact est discuté dans le cadre d'un premier jalon énergétique fixé vers 10 joules. Le système laser mis au point est présenté en détails depuis l'oscillateur jusqu'à la fin de la chaine d'amplification. Une discussion complète de l'impact de l'ASE et des effets thermiques est complétée par des vérifications expérimentales. Les modèles de simulation informatique développés sont validés puis utilisés pour prédire les performances du système laser qui, lors d'une première activation, à atteint un niveau d'énergie de 7 joules en régime mono-coup et de 6,6 joules pour un taux de répétition de 2 hertz. Les limitations actuelles sont discutées ainsi que les approches envisagées pour des développements futurs.
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Hernandez, Jacques. "Etude de structures bi-métalliques réalisées à l'aide de faisceaux de haute énergie (plasma PTA, laser) : détermination et modélisation des contraintes résiduelles." Lyon, INSA, 1986. http://www.theses.fr/1986ISAL0020.
Анотація:
Dans le cadre du CALFEMAT, l'étude proposée traite des dépôts d'alliages réfractaires base cobalt ou nickel sur un support en acier martensitique obtenu à l'aide des faisceaux de haute énergie que sont le plasma à arc transféré et le laser Co2 continu. Une analyse microstructurale permet d'apprécier les qualités du traitement et en particulier de qualifier la zone de liaison. Il est montré l'extrême finesse des microstructures résultant du dépôt laser mais également que, malgré la rapidité du cycle thermique, les lois de la métallurgie classique sont vérifiées. L'essentiel de l'étude porte sur la détermination des contraintes résiduelles. Elle comporte la mise en œuvre d' une méthode spécifique aux structures bi-métalliques, la présentation des champs de contraintes dans différents cas de figures et la modélisation phénoménologique de ces champs. Il en ressort l'importance primordiale de ces contraintes lors du cycle de refroidissement et lors des utilisations ultérieures des échantillons.
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Laurain, Alexandre. "Sources laser à semiconducteur à émission verticale de haute cohérence et de forte puissance dans le proche et le moyen infrarouge." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00613743.
Анотація:
Le développement de sources lasers monomodes et accordables constitue un enjeu important dans plusieurs domaines en fort développement telle que la métrologie, les senseurs optiques, la spectroscopie, le traitement optique de l'information ou la médecine. Dans cette thèse nous faisons le point sur les limites des technologies actuelles, puis nous montrons comment les surpasser à travers la conception et l'étude physique de lasers à semiconducteur de haute cohérence émettant dans l'infrarouge. Nous nous intéressons particulièrement aux VECSEL dans le but d'obtenir un fonctionnement monofréquence accordables et robustes. Nous traitons de la conception et de la caractérisation de ces lasers, depuis l'optimisation du milieu à gain jusqu'à l'élaboration de prototypes laser fonctionnels. Nous effectuons ensuite une étude approfondie des propriétés physiques de la source. Les différents sujets abordés traitent de nombreux aspects de l'optoélectronique tels que la physique du solide, l'optique traditionnelle et quantique, la technologie des matériaux, la thermique, ect. Les travaux présentés ici ouvrent la voie à de nombreux développements liés aux VECSEL et à leurs applications.
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Cantin, Etienne. "Cavité à haute finesse pour la production et la détection de sources atomiques cohérentes." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0259/document.
Анотація:
Cette thèse décrit le développement de deux outils originaux pour l’interférométrie atomique. Le premier est une cavité optique à haute finesse pour la manipulation d’atomes ultra-froids de 87Rb. Cette cavité est d’abord utilisée pour augmenter l’intensité d’un piège dipolaire optique qui permet de piéger et refroidir les atomes. Ainsi, en procédant à un refroidissement par évaporation de l’échantillon atomique, nous avons atteint le régime de condensation de Bose-Einstein. La cavité étant non dégénérée, elle permet également l’injection de différents modes transverses électromagnétiques. Nous avons alors démontré la création et la manipulation de réseau d’ensembles atomiques en utilisant ces modes. La mesure successive de ces ensembles atomiques au cours d’une séquence d’interférométrie atomique permettrait d’augmenter le temps de mesure et ainsi d‘améliorer la sensibilité de l’instrument. Deuxièmement, l’utilisation d’une mesure faible non destructive sur les atomes permet de soutirer de l’information du système sans le perturber. En appliquant une rétroaction après ces mesures, l’état quantique peut être contrôlé. Par l’utilisation d’une séquence de Ramsey adaptée avec des mesures faibles et des corrections de phase, nous avons ainsi démontré la réalisation d’une boucle à verrouillage de phase entre un oscillateur local et l’état atomique. Nous avons ensuite démontré que ce protocole améliore la stabilité d’une horloge atomique en surpassant la limite de stabilité de l’oscillateur local. Nous avons également validé l’utilisation de la plate-forme laser commercial EYLSA de Quantel sur deux expériences de refroidissement d’atomes par laserThis thesis reports the development of two original tools for atom interferometry.The first is a high finesse optical cavity for the manipulation of 87Rb cold atoms. This cavity isfirstly used to enhance the intensity of an optical dipole trap. Thus, by realizing an evaporativecooling on the atomic sample, we reached Bose-Einstein condensation. Furthermore, the nondegeneratecavity allows the injection of different transverse electromagnetic modes. In thisway, we have demonstrated the generation and the manipulation of arrays of atomic ensemblesusing these modes. Successive measurements of these atomic ensembles in an atominterferometric sequence would increase the interrogation time and thus the sensitivity of thesensor.Secondly, the use of weak nondestructive measurements on the atoms allows to extractinformation from the system with negligible perturbation of the ensemble. Applying feedbackafter the measurement, we were able to control the quantum state of the system. Using amodified Ramsey sequence with weak nondestructive measurements and phase corrections, werealized a phase lock loop between a local oscillator and the atomic state. We have thendemonstrated that this protocol leads to a stability enhancement of an atomic clock byovercoming the limit set by the local oscillator.We also contributed to the development of the commercial laser platform EYLSA fromQuantel, testing its performances on two laser cooling experiments
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Nadeau, Marie-christine. "Oscillateurs picosecondes de forte puissance moyenne à faibles bruits." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14137/document.
Анотація:
Pour des applications médicales ou en histoire de l'art, un système compact de production de rayonnement X monochromatique à haut flux par effet Compton nécessite de disposer d’une source laser impulsionnelle de forte puissance moyenne avec des durées de quelques picosecondes. Pour atteindre un haut flux de rayonnement X, le laser devra être injecté dans une cavité Fabry-Perot de haute finesse afin d’atteindre les puissances laser moyennes requises. Par conséquent, le laser devra avoir une bonne qualité de mode et de faibles bruits. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons étudié la réalisation d’oscillateurs à blocage de modes passif délivrant des puissances moyennes de plus de 10 W avec des impulsions d’une durée entre 10 et 20 ps. Au cours de ce travail, deux oscillateurs de haute puissance moyenne ont été conçus et réalisés : l’un à pompage radial avec Nd:YAG comme milieu de gain et l’autre à pompage longitudinal avec comme milieu de gain Nd:YVO4. Le développement du second oscillateur a donné lieu à une étude expérimentale de la réduction de la durée des impulsions qui nous permet d’ajuster la durée entre 46 ps et 12 ps en régime de blocage de modes passif. Les résultats expérimentaux ont été expliqués à l’aide d’une simulation numérique et une solution analytique a été trouvée pour prédire la durée des impulsions. Enfin, une étude des caractéristiques des bruits de l’oscillateur Nd:YVO4 a été réalisée. Ces mesures ont permis de mettre en évidence qu’un oscillateur de forte puissance moyenne a les capacités pour être aussi peu bruyant que des oscillateurs de faible puissance et à faibles bruits. En résumé nous avons développé un oscillateur puissant (20W), à une longueur d’onde de 1064 nm, avec des durées d’impulsions courtes (15 ps), une bonne qualité de faisceau (M2<1,2) et de faibles bruits (gigue temporelle <1,2 ps RMS 100Hz-1MHz non asservi). Par conséquent, notre oscillateur puissant est un excellent candidat pour faire partie de la machine compacte de rayonnement X monochromatique et à haut fluxFor medical or cultural heritage applications, a compact, monochromatic, Compton x-ray source system needs a powerful, few picosecond laser source. To obtain high-x-ray-flux, the laser should be coupled to a high-finesse Fabry-Perot cavity to reach the required laser power. Therefore, the laser should have a good beam quality and low noises. In order to reach theses requirements, we have studied passive mode-locking oscillators delivering more than 10 W average power and between 10 and 20 ps pulse duration.Two high-power oscillators have been designed and implemented: a side-pumped Nd:YAG and an end-pumped Nd:YVO4 oscillator. With the second oscillator, we have studied the experimental reduction of pulse duration. We obtained a decrease from 46 ps to 12 ps in the continuous-wave mode-locked regime. Those experimental results have been explained by a numerical simulation and furthermore, we have developed an analytical solution to predict the pulse duration of such oscillator. Finally, we studied the noise characteristics of the Nd:YVO4 oscillator. Our measurements have shown that a high-power oscillator might be as low-noise as other low-power, low-noise oscillators. In conclusion, we have developed a powerful (20W), 1064nm-wavelength, short-pulses (15ps), good-beam-quality (M2<1.2) and low-noise free-running oscillator (timing jitter <1.2 ps RMS 100Hz-1MHz). Therefore, our high-power oscillator is an excellent candidate to be part of a compact, high-flux, monochromatic x-ray source
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Loiseleur, Pierre. "Micro-sources X-UV incohérente et cohérente par décharge capillaire ultra-rapide." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000829.
Анотація:
Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches sur les nouvelles sources de rayonnement dans le domaine de l'extrême ultraviolet et des rayons X mous (longueur d'onde entre 1 et 100 nm). La possibilité d'obtenir, au moyen d'une décharge électrique, une amplification laser à 46,9 nm dans l'argon ionisé huit fois a été démontrée pour la première fois aux Etats-Unis en 1994, mais difficilement reproduite depuis par d'autres équipes. Ayant estimé les besoins en terme d'énergie et de puissance pour obtenir cette inversion de population dans l'argon, nous avons mis au point un système innovant de puissance pulsée répondant à ces critères. Des diagnostics électriques et optiques ont été spécialement conçus pour cette expérience. Par ailleurs, une modélisation électrique a permis de mieux appréhender le comportement électrique et énergétique du système. Les résultats préliminaires de spectroscopie X-UV, s'ils ne montrent pas d'amplification de la raie d'argon à 46,9 nm, mettent en évidence que le degré d'ionisation de l'argon est proche de celui requis pour l'amplification. Des études ultérieures sur le système que nous avons construit pourraient déboucher sur une source compacte de rayonnement X-UV cohérent.
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Pouysegur, Julien. "Amplification d'impulsions femtosecondes dans des amplificateurs à base de cristaux dopés Ytterbium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLO005/document.
Анотація:
Le développement de sources laser générant des impulsions femtoseconde à très haut taux de répétition est l'un des axes de recherche les plus porteur de ces 10 dernières années, et ouvre la voie pour de nombreuses applications industrielles et scientifiques. Les lasers à fibres permettent d'obtenir des sources de forte puissance moyenne, mais le fort confinement de la lumière générant de fortes non-linéarités, limite l'énergie des impulsions de sortie. Les amplificateurs à cristaux quant à eux, ne permettent généralement pas d'obtenir des impulsions aussi courtes que dans les lasers à fibres principalement à cause des propriétés spectroscopiques des cristaux, mais cependant ils permettent d'obtenir des énergies bien plus élevées. La post-compression par effets non-linéaires est une des solutions permettant de réduire la durée de ces impulsions. Cependant, les non-linéarités sont généralement préjudiciables, et limitent les performances des lasers (principalement en terme de qualité temporelle des impulsions). Une technique mise en oeuvre pour contrôler et exploiter positivement ces non-linéarités afin d'obtenir des impulsions courtes et de bonne qualité, tout en atteignant des énergies élevées dans les amplificateurs régénératifs à cristaux, est présentée dans cette thèse.L'application d'un étirement négatif à l'impulsion avant amplification, permet de compenser dans certaines conditions, la dispersion positive des composants de l'amplificateur ainsi que la phase non-linéaire accumulée durant l'amplification . Nous avons donc étudié théoriquement et expérimentalement les différents régimes d'amplification non-linéaire, afin de trouver les paramètres optimaux. Ceci à permis de démontrer des impulsions ultracourtes et d'excellentes qualités temporelles même avec de fortes intégrales B. En considérant le couplage de la dispersion et des effets non-linéaires, ainsi que la bande de gain des milieux à gain, nous avons pu générer des impulsions sub-100 fs pour des puissances crêtes de plusieurs centaines de MW. Ces résultats obtenus dans des amplificateurs à très fort gain (50 dB) nous ont permis d'établir de nouveaux records de durées pour ce type d'architectures.Une autre étude sur la montée en puissance a permis de dimensionner une nouvelle gamme d'amplificateurs à cristaux, exploitant la géométrie pavé (usuellement appelée "slab") pour optimiser l'évacuation thermique. Une source de plus de 60 W a été réalisée, démontrant le potentiel de montée en puissance de ce type d'amplificateurs. Nous avons également mis en évidence les limites de cette architecture, en montrant des dégradations spatiales liées aux effets thermiques, problèmes majeurs lors de la montée en puissance.5 articles ont été rédigés grâce à ces résultats théoriques et expérimentaux. Ces travaux ont été présentés dans dix conférences. Enfin, ils ont permis à la société Amplitude Systèmes de procéder à la mise sur le marché de deux nouvelles gammes de produits : un laser compact et intégré et le TANGOR 100 WThe development of laser sources delivering femtosecond pulses at high repetition rate is one of the main axe of reaserch of these 10 past years and is a key for many industrial and scientific applications. In one hand, fiber lasers allow to reach high average power sources, but the strong confinment of the light leads to high nonlinearities limiting output pulse energy. In the other hand, bulk amplifiers cannot provide as short pulse duration as fiber lasers because of crystals spectroscopic properties. However they can reach higher energy. Usually nonlinear effects are deletarious and limit output temporal pulse quality. A technic to tailor and exploid positively these nonlinearities in order to obtain shorter pulses together with high pulse energy in bulk regenerative amplifier is presented in this thesis.Negative dispersion managment prior amplification permits to precompensate the amplifier positive dispersion together with the accumulated nonlinear phase aquired during amplification. In order to deliver ultrashort pulses with an excellent temporal quality theoritical studies have been carried out to optimise the paramaters. By considering dispersion, nonlinearities and limited gain bandwidth, we could demonstrated sub-100 fs pulses with a peak power of hundreds of MW. These results established new pulse duration record in high gain (50 dB) bulk amplifiers.Another study allowed to design new amplifier geometries for power scaling. This has been done by using slab crystal geometry to improved heat dissipation. More than 60W average power has been demonstrated, highlighting the potential of such architecture for high power lasers. We also studied limitations of such design, especially thermal degradation effects, which are one of the main issues of high power bulk amplifier.5 articles have been written thanks to these theoritical and experimental results and have been presented in 10 conferences. As industrial results Amplitude Systemes has lunched into market two new lines of products: a compact and all integrated laser and a TANGOR 100 W
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Decup, Michaël. "Impact des procédés industriels de traitement sur les propriétés diélectriques des substrats d'Alumine utilisés dans les modules de commutation haute tension." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567179.
Анотація:
Le domaine de lʼélectronique de puissance est un domaine en pleine expansion dans les applications ferroviaires, avioniques et automobiles. Ce développement est rendu possible grâce à lʼarrivée sur le marché de composants de puissance qui nʼont cessé dʼévoluer afin dʼaugmenter leurs performances tout en réduisant leurs tailles. Ces modules de puissance, tels que les modules à IGBT qui peuvent commuter jusquʼà 600 A sous 6500 V, sont constitués d'interrupteurs élémentaires (transistors et diodes) disposés sur un substrat céramique. Les liaisons entre composants sont assurées par des fils de connections et des pistes conductrices disposées sur le substrat. Lʼensemble est inséré dans un boitier et encapsulé par un gel de type silicone pour assurer la protection de lʼensemble contre les agressions extérieures. Avant dʼêtre intégrés dans les modules, ces substrats céramiques doivent subir différentes étapes de préparation. Ces étapes sont la découpe, le perçage, le marquage, le traitement de surface (surfaçage ou préparation à la métallisation) et le nettoyage. Ces traitements sont réalisés avec différents moyens technologiques : découpe, marquage ou nettoyage laser, traitements thermiques, nettoyages chimiques... et peuvent apporter des modifications bénéfiques, néfastes ou neutres sur les propriétés diélectriques des substrats. Jusquʼà ce jour, très peu dʼétudes ont été menées pour déterminer les impacts de ces traitements sur le comportement diélectrique des alumines ainsi traitées. Il est donc primordial de connaître ces effets afin dʼune part dʼidentifier les étapes industrielles qui peuvent nuire aux propriétés diélectriques des substrats et dʼautre part de tirer profit des résultats obtenus dans le cadre dʼune démarche dʼintégration de puissance. Les caractéristiques diélectriques qui ont été évaluées sont la rigidité diélectrique, la conduction électrique volumique et surfacique, les pertes diélectriques et la permittivité. Ainsi une gradation des effets induits par ces traitements, et ceci pour chaque type de traitement, a pu être estimée. Les conclusions de nos expériences ont montré que les propriétés diélectriques dépendant du volume de lʼalumine nʼétaient affectées que par les traitements thermiques. Sur un plan scientifique, nous nous sommes focalisés sur l'origine de la modification des propriétés électriques à partir des changements microstructuraux engendrés par ces différents traitements. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis dʼétayer des hypothèses émises lors dʼétudes antérieures menées au laboratoire Laplace. Le mécanisme régissant la conduction à haut champ électrique a pu être ainsi identifié et associé à la taille des grains dʼalumine. En ce qui concerne la rupture diélectrique, des informations cruciales concernant son origine ont pu permettre de lever des incertitudes quant au rôle de lʼétat de surface. Enfin, ce travail a permis dʼémettre des propositions de traitements spécifiques qui devraient permettre de réduire la dimension des substrats des modules de puissance par le biais dʼune réduction des contraintes électriques surfaciques.
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Sow, Papa lat tabara. "Développement d'un spectromètre laser à cascade quantique pour des applications en spectroscopie de haute résolution et en métrologie des fréquences." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCD011/document.
Анотація:
Ce travail de thèse porte sur le développement d'un spectromètre laser à cascade quantique (QCL) dans le moyen infrarouge pour des applications en spectroscopie et en métrologie des fréquences. Les principaux objectifs ont été tout d'abord de lever la forte contrainte que constitue le faible domaine spectral accessible au laser à CO2 mais également d'accroître la faible puissance laser disponible pour nos expériences de spectroscopie. Ce nouvel instrument intéresse directement les expériences développées au sein du groupe Métrologie Molécules et Tests Fondamentaux : la mise en évidence de non conservation de la parité dans les molécules chirales et la détermination de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser. Au cours de ce travail de thèse, nous avons caractérisé le bruit d'intensité, le bruit de fréquence ainsi que la largeur de raie de la source QCL libre. Les résultats obtenus comparés à la littérature montrent une grande qualité spectrale de cette source laser. L'asservissement en phase de la source QCL sur un laser à CO2 ultra-stable a permis de démontrer le transfert des propriétés spectrales du laser à CO2 à la source QCL. Le spectromètre a ensuite été utilisé pour des expériences de spectroscopie en absorption linéaire des molécules NH3 et de la molécule de Méthyltrioxorhénium, molécules d'intérêt pour les projets de mesure de la constante de Boltzmann et de recherche d'un et de la non-conservation de la parité. Le potentiel de ce spectromètre a également été démontré dans des expériences de spectroscopie à très haute résolution, en absorption saturéeThis thesis is devoted to the developpement of a laser spectrometer quantum cascade to frequency metrology and high-resolution spectroscopy. The objective of this work is to developp a new tool for projects in our group : Measuring the Boltzman constant and test of non conservation of parity. Thus the new source was characterized by measuring its spectral density noise, amplitude noise and its emission line width. The phase locking of the QCL on the CO2 laser has achived spectroscopy NH and MTO, molecules of interest for the projects of the group mentioned aboive respectively
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Bonamis, Guillaume. "Conception et réalisation d’une source laser femtoseconde GHz et applications au régime d’ablation très haute cadence." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0293.
Анотація:
Ces deux dernières décennies, la technologie des lasers femtosecondes a considérablement gagné en maturité et en fiabilité. Ces impulsions permettent aujourd’hui de réaliser des procédés de micro-usinage avec des dommages thermiques minimes, autorisant ainsi de travailler avec une grande précision sur des matériaux fortement sensibles à la température. Néanmoins, l’implantation de cette technologie dans le marché des applications industrielles est freinée par une productivité insuffisante. Pour pallier à ce problème, les stratégies utilisées consistent en une optimisation des procédés et en l’obtention de puissances moyennes de plus en plus élevées avec ces sources laser. Une autre voie propose d’augmenter l’efficacité des procédés d’ablation en délivrant différemment l’énergie sur la matière : par rafales d’impulsions de faible énergie plutôt que par impulsions uniques de forte énergie.De récents travaux ont montré que l’utilisation de rafales d’impulsions à des cadences de l’ordre du GHz permet d’atteindre des niveaux d’efficacités supérieurs d’un ordre de grandeur à ceux de l’usinage par impulsions femtosecondes classique. Ces résultats encourageants sont néanmoins controversés, d’autres travaux ayant par la suite mis en évidence des niveaux d’efficacité en deçà des attentes mais aussi la présence de dommages thermiques sur les matériaux usinés. Une étude approfondie de ce potentiel nouveau procédé d’usinage est donc nécessaire afin de s’assurer d’une part qu’il présente bien un intérêt et d’autre part de mettre en évidence les conditions optimales pour son utilisation. Pour cela, différents oscillateurs optiques délivrant des rafales d’impulsions femtosecondes à des cadences de l’ordre du GHz ainsi que des amplificateurs ont été développées. Ces systèmes lasers innovants présentent une grande flexibilité sur les paramètres laser accessibles (cadence et énergie des impulsions, nombre d’impulsions par rafale notamment). Cette flexibilité nous a permis de mener une étude approfondie du procédé d’ablation par rafales GHz sous la forme de nombreux essais d’usinage sur des matériaux d’intérêts industriel. Cette étude a mis en évidence l’influence des différents paramètres laser et a ainsi permis d’expliquer l’inhomogénéité des résultats obtenus avec ce procédé et d’orienter l’utilisation de ce procédé dans des conditions favorables à l’obtention d’un usinage efficace et de bonne qualitéThese last two decades, femtosecond laser technology has gained considerably in terms of maturity and reliability. These laser pulses enable materials micro-machining with minimal thermal collateral effects, thus allowing to work with an outstanding precision, even on materials highly sensitive to temperature. Nevertheless, the penetration of femtosecond processing into the industrial manufacturing market is limited due to an insufficient productivity. The current strategies consist of optimizing the processes on the one hand and increasing the average power of these laser sources on the other hand. Another way suggests increasing the femtosecond ablation process efficiency by delivering bursts of low-energy pulses instead of one highly energetic pulse.Recent works showed that using bursts of pulses at repetition rates on the order of GHz allows to reach ablation rates one order of magnitude higher than the ones obtained by standard femtosecond pulse machining. Nevertheless, these promising results are controversial, as other works point out levels of efficiency lower than expected, added to collateral thermal damages on the machined materials. A thorough study of this new ablation regime is thus necessary to ensure that its interest is justified on the one hand, and to point out the optimal configurations of its use on the other hand. Several optical oscillators delivering bursts of femtosecond pulses at GHz-level repetition rates and laser amplifiers have been developed to this purpose. These innovating laser systems benefit from great flexibility in terms of reachable laser parameters (pulse repetition rate and energy, number of pulses per burst notably). This flexibility allowed us to perform a thorough study of the GHz-ablation regime by numerous machining experiments on several materials of industrial interest. This study points out the influence of the different laser parameters and thus to explain the variety of results related to GHz-ablation and to guide the use of this regime under favorable conditions to reach an efficient and high-quality machining
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Montmerle, Bonnefois Aurélie. "Etude théorique et expérimentale d'un laser à solide de forte puissance moyenne, déclenché à haute-cadence et possédant une bonne qualité de faisceau." Paris 11, 2006. http://www.theses.fr/2006PA112069.
Анотація:
Le but de ce travail est de concevoir, étudier, comprendre et optimiser un laser à solide déclenché à haute-cadence (7 à 10 kHz), alliant forte puissance moyenne (500 W) et bonne qualité de faisceau (M²<10), utilisé dans une source extrême-ultraviolette à 13,5 nm pour la nanolithographie. Dans ces lasers, le fort pompage induit des effets thermiques qui dégradent considérablement les performances (rendement, qualité de faisceau) du laser. Il s’agit principalement d’un effet de lentille thermique aberrante qui perturbe la stabilité des cavités. Dans ce travail, les focales thermiques et l’aberration sphérique sont quantifiées précisément, expérimentalement d’une part, puis par des calculs théoriques. Les deux études montrent une très bonne concordance et permettent de mettre en évidence l’importance du profil de pompage, de la dépendance en température de la conductivité thermique et du dn/dT du cristal laser dans l’amplitude de ces effets. On montre également que la position du barreau dans la cavité a une influence notable. Les conséquences de la focale thermique et de l’aberration sphérique sur les performances du laser sont également étudiées, par de petits calculs simples et par simulation informatique. Ces méthodes permettent de prévoir avec une bonne précision les performances énergétiques du laser, de même que le M² du faisceau, mais seulement dans le cas d’un barreau non aberrant. Finalement, il est possible de concevoir des dispositifs compensateurs, à insérer dans la cavité laser. Ces dispositifs sont très efficaces sur les cavités de faible M², et permettent d’obtenir une amélioration importante de la brillance des sourcesThe aim of this work is to design, study, understand and optimize a high-repetition-rate (7 to 10 kHz) solid-state laser, with at the same time high power (500 W) and good beam quality (M²<10), used in an extreme-UV source ( at 13,5 nm) for nanolithography. In this kind of lasers, high pumping power leads to thermal effects which lower the performances (efficiency, beam quality) of the laser. It is to say, mainly, an aberrant thermal lensing effect influencing the stability of the resonator. In this work, thermal focal length and spherical aberration are precisely quantified, experimentally and then theoretically. Both studies show a very good match and allow to show the importance of the pumping profile, and of the dependence with temperature of thermal conductivity and dn/dT of the laser crystal in the amplitude of these effects. It is also proven that the position of the laser rod inside the cavity has a significant influence. The consequences of the thermal lens and the spherical aberration are also studied, with simple calculations and simulations with the software Commod Pro. Thanks to these methods, energetic performances of the laser can be predicted with good precision, as well as the M² of the beam, but only in the case of a non aberrating rod. Eventually, thanks to these preliminary studies, compensating devices can be designed, made of phase-plate or a combination of simple lenses and put inside the cavity. Theses devices are very efficient on cavity with a low M², and thanks to them, sources with high brightness can be obtained
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Casagrande, Olivier. "Etude théorique et expérimentale de l'architecture d'un laser à solide monocristallin ou céramique dopé ytterbium pour la génération d'impulsions de grande énergie à haute cadence." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002586.
Анотація:
Ces travaux de thèse concernent l'étude de systèmes laser dopés à l'ion ytterbium pour la génération d'impulsions de forte énergie et de haute puissance moyenne, dans la perspective d'un laser permettant d'envisager la production d'énergie par fusion par confinement inertiel. En ce qui concerne le choix d'une matrice hôte, nous avons établi une figure de mérite thermomécanique et montré que les grenats et surtout les sesquioxydes de terres rares apparaissent comme les matrices les plus adaptées à la haute puissance moyenne. Quant à l'architecture des amplificateurs, nous sommes arrivés à la conclusion que des amplificateurs à disques minces pompés longitudinalement et refroidis par la face arrière constituent une excellente solution pour permettre une bonne gestion des effets thermiques. La réalisation d'un modèle numérique d'amplificateur laser dopé à l'ytterbium nous à permis d'optimiser divers paramètres de l'architecture du laser et de comparer différentes matrices dopées à l'ytterbium. Il est alors apparu que les sesquioxydes de de terres rares dopés à l'ion ytterbium constituent d'excellents matériaux amplificateurs pour la réalisation de laser de haute puissance moyenne. Il a par ailleurs été montré que les basses températures constituent une solution séduisante pour améliorer à la fois les propriétés thermomécaniques des amplificateurs laser et les propriétés spectroscopiques de l'ion ytterbium. A l'aide d'une cavité laser cryogénique, en mode relaxé, nous avons vérifié expérimentalement que les performances énergétiques des sesquioxydes d! e terres rares dopés à l'ytterbium se voient améliorées de manière très significative aux basses températures.
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Désécures, Mikaël. "Mise au point de la fluorescence induite par diode laser résolue en temps : application à l'étude du transport des atomes de tungstène pulvérisés en procédé magnétron continu ou pulsé haute puissance." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0137/document.
Анотація:
La pulvérisation cathodique magnétron est un procédé plasma très répandu dans l'industrie pour le dépôt de couches minces. Néanmoins, les exigences des nouvelles applications nécessitent de mieux comprendre, contrôler et maîtriser les processus fondamentaux gouvernant le transport de la matière pour optimiser le procédé. Ce travail de thèse porte sur l'étude du transport des atomes pulvérisés de tungstène (W) en décharge magnétron continu (DC direct current) et pulsée haute puissance (HiPIMS_high power impulse magnétron sputtering). La fluorescence induite par diode laser (TD-LIF) a été mise au point afin de mesurer les fonctions de distribution en vitesse des atomes W pulvérisés. Les mesures ont été calibrées par absorption laser et validées en corrélant avec les vitesses de dépôt. En procédé DC, l'étude de l’influence des paramètres de la décharge (puissance, tension, mélange gazeux Ar/He, distance par rapport à la cible, etc.) a mis en évidence l'évolution spatiale des régimes de transport balistique (atomes énergétiques), diffusif (atomes thermalisés), et mixte (balistique+diffusif). Pour l'étude du procédé HiPIMS, le plasma pulsé a nécessité de développer la TD-LIF résolue en temps (TR-TDLIF). Le degré de liberté supplémentaire qu'offre la dimension temporelle du plasma HiPIMS a permis de mieux comprendre le transport mixte qui représente le cas le plus compliqué. En effet, cela a permis de mesurer la cinétique du transport des atomes pulvérisés en ayant la possibilité de séparer les temps caractéristiques des différents processusMagnetron sputter deposition is an established and widely used method for the growth of thin films. Nevertheless, the high level of expectations regarding new applications require a better understanding, controlling, mastering of basic processes governing atoms transport in the view of process optimization. This work consist in the study of transport of sputtered W atoms in direct current and high power impulse magnetron discharges (DC and HiPIMS). A tunable diode laser induced fluorescence technique (TD-LIF) has been developed, in order to measure W sputtered atom velocity distribution function. Measurements were calibrated using laser absorption and were corroborated by deposition rate. In DC, the study of the influence of discharge parameters (power, voltage, Ar/He gas mixture, and distance from target, etc.) highlighted spatial evolution of different regimes of transport: ballistic (energetic atoms), diffusive (thermalized atoms), and mixed (ballistic + diffusive). In HiPIMS, pulsed plasma required to develop a time resolved TD-LIF technique (TR-TDLIF). The additional degree of freedom, given by time dimension allowed for a better understanding of mixed transport which represents the most complicated situation. This technique allowed to measure the kinetic of sputtered W atoms while at the same time providing the possibility to separate characteristic time scales of different processes
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Michel, Yann. "Phénomène d'impact à haute vitesse sur cibles minces fragiles : application au projet de laser mégajoule et à la problématique des débris spatiaux." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30034.
Анотація:
Les propriétés de transparence des verres les rendent souvent indispensables pour des systèmes optiques, mais leur incapacité à subir de grandes déformations les rend spécialement sensibles aux impacts à grande vitesse. L'objectif de cette thèse est de caractériser et de modéliser les dommages et l'éjection de matière induits par ces impacts sur des cibles minces monolithiques (EPA LMJ) ou multicouches (cellules solaires). Une partie importante de ce travail est consacrée à la caractérisation expérimentale du comportement sous choc de la silice fondue et des dommages subis par des cibles minces de verre sous impacts tridimensionnels (VProj £ 3. 5km/s). L'expertise de ces cibles et les méthodes originales de collecte et de caractérisation dynamique de la matière éjectée ont permis de mieux comprendre les mécanismes intervenant lors d'impacts à grandes vitesse sur des verres. Cette partie aboutit à la réalisation de développements enrichissant le modèle de comportement dérivé par Johnson & Holmquist et implémenté dans le code LS-DYNA. Ce modèle, couplé avec la méthode SPH, permet de reproduire les effets de fragmentation et de densification permanente sous choc. La seconde partie de ce travail présente l'utilisation des développements et des modèles numériques réalisés pour évaluer les performances balistiques, les dommages, et les caractéristiques d'éjection de matière des EPA et des cellules solaires. Les simulations numériques 3D ont permis de fixer les limites actuelles de l'outil numérique à l'intérieur desquelles ses capacités de prédiction ont été utilisées pour déterminer la durée de vie des cibles EPA pour divers projectilesDue to its optical properties, glass is often essential for optical systems but its inability to undergo large deformations makes it particularly sensitive to high velocity impacts (HVI). The objective of this PhD consist in characterising and modelling damages and matter ejection induced by such impacts on thin monolithic targets (LMJ Disposable Debris Shields, DDS) or multilayered targets (solar cells). An important effort is dedicated to experimental activities including characterisation of fused silica behaviour under shock loadings and of damages induced by 3D HVI (VProj £ 3. 5km/s) on thin brittle targets. SEM and metrological analyses of impacted targets as well as innovating characterisation methods of ejected clouds allowed a better understanding of ejection processes. This phenomenological observation led to improvements of the LS-DYNA Johnson-Holmquist material model (JH-2). This modified model has been coupled with an SPH method and allows to reproduce effects of fragmentation and permanent densification under planar shock loadings. The 2nd part of this work presents the results of 3D modelling activity corresponding to CNES & CEA applications. It has been performed to assess ballistic performances (spallation & perforation), to reproduce damages and matter ejection observed on DDS and solar cells. 3D numerical simulations allowed to identify actual limitations of the code which provides satisfying results for damaging and ejection phenomenology for the range 0-5 km/s. The modelling tool has been used to predict ballistic limits and ejection tendencies due to impact on 2 mm DDS involving various projectiles (shape, material, velocity) in the validated range
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Wattellier, Benoit. "Amelioration des performances des chaines lasers solides utilisant l'amplification a derive de frequence : nouveaux reseaux de diffraction a haute tenue au flux et mise en forme programmable de faisceaux lasers par modulation de la phase spatiale." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0027.
Анотація:
Ce memoire de these porte sur l'amelioration des performances des lasers de puissance. Cette optimisation a d'abord porte sur l'amelioration du composant le plus sensible d'une installation laser utilisant l'amplification a derive de frequence (chaine 100tw au luli), a savoir le reseau du compresseur soumis a l'eclairement le plus eleve. Dans une seconde periode, des techniques de correction de front d'onde ont ete experimentee d'une part pour ameliorer la focalisation des faisceaux, d'autre part pour controler la repartition spatiale de l'energie dans le volume focal. Deux nouvelles techniques pour la production de reseaux de diffraction ont ete testees experimentalement, l'accent etant porte sur la tenue au flux laser et l'efficacite de diffraction. Il s'agit de miroirs dielectriques dont la couche superieure est gravee ou des reseaux holographiques en volume. L'etude de la tenue au flux laser a ete effectuee par deux methodes directe et statistique. L'efficacite de diffraction maximale atteinte est de 98 % (96 % sur toute la surface du reseau) et la tenue au flux est deux fois superieure a celle des composants classiques, recouverts d'or. La deuxieme partie de ce memoire concerne la mise en forme spatiale des faisceaux lasers au foyer des systemes de focalisation. Ceci concerne aussi bien la correction de front d'onde dont le but est de concentrer au maximum l'energie laser que la mise en forme programmable de taches focales par modulation de la phase spatiale en champ proche. Deux systemes de correction (un miroir deformable et une valve electro-optique a cristaux liquides) sont etudies et compares a partir de leur installation sur les deux chaines de puissance du luli. Une amelioration d'un facteur 5 sur l'intensite crete sur cible a pu etre demontree. Enfin, l'utilisation de la valve electro optique comme lame de phase programmable de haute resolution a permis de mettre en forme des taches focales et d'obtenir des lignes focales ou des anneaux.
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Guarguaglini, Marco. "Laser-driven shock compression of liquid mixtures and silica up to extreme thermodynamic conditions of interest for planetary interior models." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX075/document.
Анотація:
L’étude du comportement des composantes des intérieurs planétaires dans des conditions extrêmes de pression (megabar) et température (milliers de Kelvin) est essentielle afin de construire des modèles fiables décrivant l’évolution et la structure des planètes. Dans ce travail, nous avons étudié plusieurs composantes par compression par choc laser sur les installations LULI2000 (France) et GEKKO XII (Japon).Nous avons employé des chocs décroissants pour étudier des conditions de haute-pression / haute-température. Afin d’accéder à des conditions de température modérée, nous avons utilisé des techniques de pre-compression statique (couplage compression par choc — cellules à enclumes de diamant) et dynamique (génération de doubles chocs).Nous avons étudié l’équation d’état des mélanges eau-ethanol-ammoniac et de l’eau et ammoniac purs, d’intérêt pour la description des intérieurs des planètes géantes de glace. L’étude de l’ammoniac a été particulièrement délicate en raison de sa forte réactivité et donc de la complexité du design des cibles ; nous présentons les premières données obtenues par choc laser, dans un domaine de pression jamais exploré. Les données des mélanges confirment des calculs ab initio récents basés sur une approximation de mélange linéaire.Nous avons également mesuré la réflectivité des mélanges liquides et de la silice, une composante-clé des intérieurs des planètes terrestres. Nous avons ensuite estimé la conductivité électrique — un paramètre crucial pour modéliser la génération des champs magnétiques planétaires dans les intérieurs via un mécanisme dynamo — de ces composantes.Eau, ammoniac et mélanges eau-ethanol-ammoniac affichent des réflectivités différentes, ce qui suggère que l’eau pure ne peut pas être considérée comme représentative des mélanges planétaires dans les modèles dynamo.Par ailleurs, nous avons apporté une confirmation expérimentale de calculs ab initio récents selon lesquels la conductivité de la silice n’est pas monotone le long d’une ligne isotherme pour des températures modérées.Nos données supportent des calculs qui prédisent qu’une dynamo peut avoir lieu dans les océans de magma dans des super-Terres ainsi que dans la jeune TerreCharacterising the behaviour of planetary interiors’ components at extreme conditions (megabar pressures, temperatures of a few thousand Kelvin) is essential to build reliable models describing the evolution and structure of planets. In this thesis, we investigated various components on a wide set of conditions using laser-driven shock compression techniques at the LULI2000 (France) and GEKKO XII (Japan) facilities.Single decaying shocks were employed to study high-pressure / high-temperature states. To reach moderate-temperature conditions, closer to planetary interior profiles, we employed static and dynamic pre-compression techniques coupling Diamond Anvil Cells to shock compression and generating double shocks, respectively.We studied the equation of state of water-ethanol-ammonia mixtures and of pure liquid water and ammonia, of interest for icy giant structure models. Pure ammonia measurements have been particularly challenging due to cell design complexity in reason of its reactivity; we provide the first data obtained with laser shocks, in a pressure domain up to now unexplored. Mixtures data are in agreement with recent ab initio calculations based on the linear mixing approximation.We measured the optical reflectivity of liquid mixtures and silica, a key component of rocky planets’ interiors. From reflectivity data we estimated the electrical conductivity of such components — a crucial parameter for modelling the generation of planetary magnetic fields in the interiors via a dynamo mechanism.Water, ammonia, and water-ethanol-ammonia mixtures exhibit different reflectivity (hence conductivity) behaviours as a function of pressure and temperature. This suggests that pure water should not be used in dynamo models as representative of the icy mixtures.Moreover, we provide the first experimental confirmation of recent ab initio studies showing that the conductivity of silica along isothermal lines is not monotonic at moderate temperatures. Our data provide experimental support for the calculations predicting a dynamo action to occur in super-Earths’ and early Earth’s magma oceans