High power 2 μm fiber laser for mid-infrared supercontinuum generation in fluoride fibers

Le developpement de sources optiques ayant une forte brillance et un large spectre est necessaire pour differentes applications telles que les contremesures optroniques, les systemes LIDAR et la spectroscopie. Ce travail de these est consacre a l'etude de la generation de supercontinuum de forte puissance dans le domaine spectral allant de 2 a 5 μm. Un laser a fibre dope thulium, emettant a 2 μm, a ete realise et caracterise en regimes continu, declenche et a verrouillage de modes declenches. En regime continu, une puissance de 45 W a ete atteinte avec un rendement differentiel de 58%. L'integration de deux embouts en quartz fondu, fusionnes aux extremites de la fibre active, a permis une amelioration drastique du controle de la temperature et de la stabilite generale du systeme dans tous les regimes de fonctionnement precedemment mentionnes. En regime combine, de verrouillage de modes declenches, la puissance moyenne maximale en sortie de laser etait de 40 W a une frequence de declenchement de 150 kHz. Pour une puissance moyenne en sortie de 20 W et une frequence de declenchement de 50 kHz, l'impulsion verrouillee la plus energetique avait une energie de 88 μJ et une puissance crete estimee de 60 kW. Dans tous les regimes de fonctionnement mentionnes, le facteur de propagation du faisceau M2 etait proche de la limite de diffraction avec une excellente valeur de 1,1. Le faisceau de ce laser fibre a ete utilise pour pomper des fibres optiques en fluorure pour la generation de supercontinuum dans le domaine spectral de 2 a 5 μm. Les travaux experimentaux ont ete focalises sur les materiaux en fluorure que sont le ZBLAN et le fluorure d’indium (InF3). Avec la fibre en ZBLAN, plus de 10 W ont ete generes sur l'ensemble du domaine spectral avec une limite superieure de domaine spectrale allant jusqu'a 4,4 μm. L'efficacite de conversion du supercontinuum a ete mesuree a 35%, 28%, 15% et 8% pour un faisceau genere de longueur d'onde superieure a 2,15 μm, 2,65 μm, 3,1 μm et 3,5 μm, respectivement. Concernant la fibre en InF3, la realisation d'un nouveau systeme d'injection (combinant une fibre ZBLAN large coeur et un coupleur commercial fibre a fibre) a permis d'atteindre une grande stabilite thermo-mecanique de la fibre pendant les experiences a haute puissance. La generation de supercontinuum dans cette fibre s'est concretisee par un faisceau de sortie dont le spectre atteignait la longueur d'onde de 4,7 μm et une puissance de 7 W sur l'ensemble du domaine spectral. A notre connaissance, ceci est le premier faisceau supercontinuum, ayant une puissance de l'ordre de quelques watts, genere dans une fibre en InF3 pompee par un oscillateur unique.