FR2931309A1 - Dispositif laser monomode de puissance et systeme d'amplification comportant le dispositif laser - Google Patents

Dispositif laser monomode de puissance et systeme d'amplification comportant le dispositif laser Download PDF

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Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif laser de puissance, notament utilisable pour des systèmes lidars, ainsi qu'à un système d'amplification comportant le dispositif.Le dispositif comprend un tronçon fibré d'entrée (1) destinées à amplifier un faisceau optique incident multimodes (3), un tronçon fibré de conversion (4) destinée à la conversion du faisceau optique incident multimodes en un faisceau monomode de puissance (8) et un tronçon fibré intermédiaire (9) permettant au faisceau optique incident multimodes (3) de se propager vers le tronçon fibré de conversion (4) et permettant au faisceau optique monomode réfléchi (8) de sortir du dispositif.L'invention a aussi pour objet un système d'amplification monomode de puissance comportant le dispositif laser monomode de puissance de l'invention.

Description

DISPOSITIF LASER MONOMODE DE PUISSANCE ET SYSTEME D'AMPLIFICATION COMPORTANT LE DISPOSITIF LASER La présente invention concerne un dispositif laser monomode de puissance ainsi qu'un système d'amplification comportant le dispositif laser. Ces dernières années, des progrès considérables ont été obtenus dans le domaine des lasers à fibre optique, principalement grâce à la poussée des applications de télécommunications. Parallèlement, les lasers à fibres de forte puissance (supérieure à 100 W) ont été étudiés pour les applications industrielles. Les avantages des lasers à fibres sur les lasers à état solide conventionnels (Nd :YAG par exemple) sont en effet nombreux, parmis lesquels on peut citer : - Une grande robustesse, le banc optique dans un laser à fibre étant la fibre elle-même, il n'y a pas de problème de désalignement comme dans un laser classique ; - Une grande efficacité avec des rendements électrique-optique jusqu'à deux fois plus importants que pour un laser solide pompé à diodes, celle-ci étant obtenue par le guidage de la pompe et le recouvrement spatial entre la pompe et le signal amplifié ; - Une meilleure répartition de la chaleur dans le milieu actif réduisant les problèmes liés à la gestion de la thermique ; Un meilleur guidage du mode permettant d'obtenir un faisceau de grande qualité spatiale (faisceau monomode) ; - La possibilité d'atteindre des gains considérables et de réaliser des amplificateurs efficaces ; - La possibilité d'obtenir une émission à sécurité oculaire (1,5 pm) de très grande efficacité (fibres dopées Erbium) ; Un coût potentiellement bas. Ces avantages rendent les lasers à fibres optiques extrêmement attractifs pour les applications industrielles (découpe, usinage...) et optronique (Lidar, télémètres, illuminateur). Même si des résultats tout à fait remarquables ont déjà été validés avec des fibres monomodes, l'obtention de puissance encore plus grande est rendue impossible par des problèmes de tenue au flux lumineux de la fibre monomode et l'apparition de phénomènes non linéaires parasites (effets Raman, Brillauin,.,..). Ces phénomènes parasites deviennent encore plus importants pour des systèmes Lidar dans lesquels la source laser fonctionne en régime impulsionnel, monomode spatial et mono-fréquence à grande finesse spectrale. La réalisation de sources lasers à fibres optiques compactes pour les applications Lidar est par ailleurs de toute première importance pour les systèmes embarqués sur avions pour la détection de vortex et de turbulences, créés en particulier à proximité des pistes d'aéroports par des avions lors de leurs décollages et atterrissages (ce qui peut perturber les conditions de vol des avions qui les suivent et nécessite donc de les espacer fortement). II y a donc aujourd'hui une réelle attente pour trouver des solutions innovantes permettant de s'affranchir de ces limitations. On a déjà proposé l'utilisation des lasers de puissance à fibre amplificatrice à très grand coeur diamètre (>100 pm), très fortement multimodes, en tant que dernier étage amplificateur. Le grand diamètre de la fibre permet de réduire l'intensité dans la fibre et d'éviter l'apparition des phénomènes non linéaires parasites. En revanche, le faisceau de sortie de la fibre est fortement multimodes. Pour limiter la densité d'énergie dans le coeur de la fibre, il est généralement utilisé des fibres LMA (Large Mode Area) possédant un diamètre de coeur de 20 pm à 50 pm plus grand que celui du coeur d'une fibre standard monomode. Afin d'obtenir un faisceau monomode spatial, le coeur possède une faible ouverture numérique (inférieure à 0,1 - typiquement 0,06) ce qui permet d'introduire des pertes sur les modes élevés. Néanmoins, et comme suggéré précédement, plus le coeur est grand, plus il est difficile de maintenir uniquement le mode fondamental. Par ailleurs, il est extrêmement difficile de réaliser un coeur dopé possédant un profil d'indice constant sur tout le diamètre du coeur. La non-uniformité du profil d'indice favorise la propagation d'un mode distordu (en forme de doughnut ) inutilisable pour les applications envisagées. L'obtention d'un faisceau polarisé à partir de techniques de rupture de symétrie du coeur devient également très difficile avec l'augmentation du diamètre du coeur. L'utilisation de fibres LMA permet d'obtenir aujourd'hui des énergies par Impulsion limitées à 300 pJ ce qui est trop peu pour les applications Lidar de détection aéroportée de turbulences pour lesquelles une énergie d'au moins 1 mJ est nécessaire. Une approche proposée dans une précédente demande de brevet (Procédé de production d'un faisceau laser de puissance et dispositif de mise en oeuvre, brevet Thales n° 05 09093) consiste à utiliser une fibre amplificatrice fortement multimodes à très grand coeur (supérieur à 50 pm, typiquement 75 pm) avec laquelle il est possible d'extraire de grandes énergies par impulsion sur un faisceau multimode spatial et dépolarisé. Le faisceau multimodes est ensuite converti en un faisceau monomode, polarisé dans une autre fibre passive à gradient d'indice. Cette conversion de mode est obtenue par nettoyage de faisceau (beam cleanup) par diffusion Brillouin stimulée. Dans un premier étage à fibre, on extrait le maximum d'énergie sans se soucier ni de la qualité de faisceau, ni de la polarisation. On obtient la qualité de faisceau et la polarisation souhaitée dans un deuxième étage à fibre. Le faisceau multimode injecté dans la fibre passive et le faisceau monomode obtenu se propagent en sens inverse suivant le même axe de propagation. Cela oblige à utiliser un isolateur de Faraday pour récupérer le faisceau monomode. L'utilisation de cet isolateur est contraignante puisqu'il oblige une propagation en espace libre entre la fibre multimodes amplificatrice et la fibre passive à gradient d'indice (on perd ainsi l'intérêt de la source fibrée). Outre son caractère volumineux, l'isolateur introduit de fortes pertes (typiquement plus de 50%). Par ailleurs, il est également difficile de maintenir la polarisation du faisceau monomode au cours du temps à cause des contraintes thermiques subies par la fibre à gradient d'indice. La présente invention a pour objet de résoudre les limitations de la solution rappelée ci-dessus et permet notamment : - la suppression de l'isolateur de Faraday et des pertes associées entre la fibre multimodes amplificatrice et la fibre à gradient d'indice ; - la suppression des propagations de faisceau en espace libre afin d'accroître la compacité de la source, sa robustesse, son insensibilité aux vibrations et aux chocs ; - le contrôle de la polarisation du faisceau de sortie par des techniques passives ou actives.
Pour cela, la présente invention propose un dispositif laser monomode de puissance entièrement fibré et permettant de convertir une source multimodes en un faisceau monomode de puissance. Plus précisément l'invention a pour objet un dispositif laser monomode de puissance comportant un tronçon fibré d'entrée comprenant une ou plusieurs fibres optiques amplificatrices destinées à amplifier un faisceau optique incident multimodes, un tronçon fibré de conversion comprenant une fibre optique destinée à la conversion du faisceau optique incident multimodes en un faisceau monomode de puissance, un tronçon fibré intermédiaire comprenant une fibre optique permettant au faisceau optique incident multimode de se propager vers le tronçon fibré de conversion, caractérisé en ce que : le tronçon fibré de conversion comporte une fibre optique passive à gradient d'indice, ladite fibre optique passive présentant une longueur telle que par effet Brillouin le dispositif génère par réflexion du faisceau optique incident multimodes, un faisceau optique monomode de puissance ; le tronçon fibré d'entrée et le tronçon fibré intermédiaire comportent respectivement au moins une première fibre et une seconde fibre comprenant des coeurs de fibre en contact de manière à transmettre le faisceau optique incident multimodes dans le tronçon fibré de conversion ; le tronçon fibré intermédiaire comportant une extrémité libre constituant la sortie pour un faisceau monomode de puissance du dispositif ; Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le tronçon fibré intermédiaire est composé d'une fibre à saut d'indice à double coeur dont le grand coeur est adapté au diamètre et à l'ouverture numérique du coeur de la fibre à gradient d'indice composant le tronçon fibré de conversion, et dont le petit coeur est adapté à la taille du faisceau réfléchi monomode crée par effet Brillouin dans la fibre passive à gradient d'indice. Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le tronçon fibré de conversion et le tronçon fibré intermédiaire sont composés de la même fibre passive à gradient d'indice. Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le tronçon fibré d'entrée comporte plusieurs fibres amplificatrices destinées à amplifier des faisceaux optiques monomodes et susceptibles de constituer par combinaison le faisceau optique incident multimode.
Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le tronçon fibré d'entrée comporte une fibre amplificatrice unique destinée à amplifier un faisceau optique incident multimodes. Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le tronçon fibré d'entrée comporte plusieurs fibres amplificatrices destinées à amplifier des faisceaux optiques multimodes et susceptibles de constituer par combinaison le faisceau optique incident multimodes. Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le coeur de la fibre passive à gradient d'indice est composé de silice (SiO2). Une variante de ce dispositif est caractérisée en ce que le coeur de la fibre passive à gradient d'indice est composé de chalcogénure (As2S3, par exemple). L'invention a aussi pour objet un système d'amplification monomode de puissance comportant le dispositif laser monomode de puissance et un oscillateur de référence monomode fibré générant un faisceau monomode de fréquence vo, caractérisé en ce que : - il comporte un coupleur fibré monomode permettant de diviser le faisceau monomode de fréquence vo en un premier et un second faisceaux optiques ; le premier faisceau optique généré par l'oscillateur de référence monomode fibré étant amplifié de manière à obtenir un faisceau multimode de puissance et introduit à l'entrée du dispositif laser monomode de puissance ; - le second faisceau optique généré par l'oscillateur de référence monomode fibré étant décalé à la fréquence vo + SvE; afin de tenir compte du décalage Brillouin SvB ; le second faisceau optique ainsi décalé en fréquence étant transmis au dispositif laser monomode de puissance par son entrée. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un préamplificateur à fibre, un isolateur fibré, un amplificateur à fibre multimode afin d'amplifier le premier des deux faisceaux optiques généré par l'oscillateur de référence monomode fibré. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'elle comporte un modulateur de fréquence permettant de décaler fréquenciellement le second des deux faisceaux optiques généré par l'oscillateur de référence monomode fibré à la fréquence vo + SvB. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'elle comporte un contrôleur de polarisation connecté à l'entrée du dispositif laser monomode de puissance. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'une fibre est connectée en sortie du modulateur de fréquence, ladite fibre comportant une courbure périodique, la longueur d'onde de ladite courbure etant choisie de telle manière à ce que les modes qui ne sont pas affectés par la courbure sont éliminés par couplage. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'il comporte un premier circuit de contre-réaction permettant d'adapter la sortie du modulateur aux variations du décalage de Brillouin intervenant dans la fibre passive à gradient d'indice du dispositif laser monomode de puissance. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance selon la revendication est caractérisée en ce que le premier circuit de contre-réaction comporte une lame faiblement réfléchissante et une photodiode. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce qu'elle comporte un second circuit de contre-réaction permettant d'améliorer la polarisation du faisceau optique à la sortie du dispositif laser monomode de puissance. Une variante de ce système d'amplification monomode de puissance est caractérisée en ce que le second circuit de contre-réaction comporte un polariseur, une photodiode et un contrôleur de polarisation.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la decription qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre une première variante de dispositif laser selon l'invention ; - la figure 2 illustre une seconde variante de dispositif laser selon l'invention ; la figure 3 illustre une troisième variante de dispositif laser selon l'invention ; la figure 4 illustre une première variante de système d'amplification monomode de puissance ; la figure 5 illustre une seconde variante de système d'amplification monomode de puissance ; la figure 6 illustre le concept de filtrage modal par courbure périodique ; la figure 7 illustre une troisième variante de système d'amplification monomode de puissance.
Une première variante de l'invention est illustrée par la figure 1, le dispositif comprend un tronçon fibré d'entrée 1 composé d'une fibre adaptée à la propagation d'un faisceau optique multimodes 2 comprenant une gaine 10 et un coeur 11. Cette variante comprend en outre un tronçon fibré de conversion 4 composé d'une fibre passive à gradient d'indice 5 comprenant une gaine 6 et un coeur 7 et réalisant la conversion de mode par effet Brillouin et un tronçon fibré intermédiaire 9 composé d'une fibre optique pour atteindre le tronçon fibré de conversion 4. Un faisceau optique incident multimodes présenté à l'entrée 17 du dispositif se propage alors dans le tronçon fibré d'entré 1, puis dans le tronçon fibré intermédiaire 9 pour atteindre le tronçon fibré de conversion 4. La réflexion par effet Brillouin de l'onde incidente génère un faisceau optique monomode de puissance quittant le dispositif par la sortie 13. II faut noter qu'un faisceau optique peut également être introduit par l'extrémité 12 du dispositif. Ce point sera explicité plus tard dans la description. La longueur du tronçon fibré de conversion 4 composé d'une fibre passive à gradient d'indice 5 est choisie suffisamment grande pour que le seuil de l'effet Brillouin soit franchi. Cette longueur peut être, par exemple, de plusieurs mètres. Une propriété remarquable de l'effet Brillouin clans une fibre à gradient d'indice suffisamment longue est que l'onde réfléchie (dite onde Stokes) créée dans la fibre à gradient d'indice dans le sens de propagation inverse à celui de l'onde incidente (l'onde incidente 3 est celle qui entre dans la fibre 2 par son extrémité 17 pour se propager ensuite dans la fibre à gradient d'indice 5), est un mode unique de la fibre, alors que l'onde incidente est multimode. Le choix d'un profil à gradient d'indice pour la fibre passive 4 est donc motivé par le fait que lors du phénomène de réflexion Brillouin, le mode fondamental est privilégié. En effet, il a été souligné dans l'article de L. Lombard, A. Brignon, J.-P. Huignard et E. Lallier intitulé Beam cleanup in a self-aligned gradient-index Brillouin cavity for high-power multimode fiber amplifiers, Optics letters / Vol. 31, N°. 2 / 15 janvier 2006, que lorsque que l'on introduit une onde optique multimodes dans une fibre passive à gradient d'indice, le gain de réflectivité Brillouin est maximisé pour le mode fondamental de la fibre. II a été précédement décrit que le dispositif au coeur de cette invention permet de convertir une source multimodes en une source monomode de puissance. La figure 1 illustre un exemple dans lequel un faisceau optique multimodes 3 est introduit dans le dispositif dans un tronçon fibré d'entrée 1 composé d'une fibre multimodes 2 afin de constituer un source optique multimode. Les tronçons 4 et 9 sont réalisés au sein d'une même fibre caractérisée par un profil à gradient d'indice. En mettant en contact le coeur de la ou des fibres composants le tronçon d'entrée 1 avec le coeur de la fibre composant le tronçon intermédiaire 9, il se peut que le profil d'indice de la fibre composant le tronçon intermédiaire 9 soit altéré et donc que la transmission monomode générée par effet Brillouin soit perturbée. Dans ce cas, et comme cela est montré figure 2, il peut être judicieux d'utiliser une fibre à saut d'indice 22 à double coeur dont le grand coeur 20 est adapté au diamètre et à l'ouverture numérique du coeur 7 de la fibre à gradient d'indice 5 constitutive du tronçon de conversion. Le petit coeur 21, est adapté à la propagation du faisceau monomode créé par effet: Brillouin dans la fibre à gradient d'indice 5. La fibre à saut d'indice 22 est simplement soudée ou connectorisée à la fibre à gradient d'indice 5. Le concept de couplage adiabatique entre les deux types de fibres peut également être utilisé en réalisant une opération d'étirement sur une extrémité de la fibre à saut d'indice ou sur la zone intermédiaire de couplage entre les structures fibrées à saut d'indice et à gradient d'indice. Afin de minimiser les pertes en transmission entre la fibre à saut d'indice 22 (appelée également à échelon d'indice ) et la fibre à gradient d'indice 5, il est possible d'optimiser les paramètres opto-géométriques de ces deux structures. Le nombre de modes pouvant être véhiculés par une fibre optique fortement multimode s'exprime via la relation : N = a azk2n, A a+2 où a caractérise la distribution du gradient d'indice du coeur de la fibre, a est le rayon du coeur, n1 est l'indice de réfraction optique du matériau de coeur, n2 est l'indice de réfraction de la gaine optique et 0 est la différence d'indice relative (0 = n, û n2 ) n, A partir de cette relation définissant le nombre de modes pouvant être excités et en considérant les paramètres a= o. (caractérisant une fibre à saut d'indice) et a= 2 (caractérisant une fibre à gradient d'indice), on observe que pour des paramètres opto-géométriques identiques, les pertes en transmission sont de 3dB. Une alternative répandue consiste à utiliser une fibre à gradient satisfaisant à la règle de conservation du nombre de modes, ce qui revient à employer une fibre multimode à gradient d'indice présentant une différence d'indice relative deux fois plus élevée que celle qui caractérise la fibre multimode à saut d'indice. Cette remarque doit être cependant tempérée si la propriété de filtrage modal propre à l'association d'une fibre à saut d'indice et d'une fibre à gradient d'indice est utilisée.
Afin de générer la source optique multimodes appliquée en entrée du dispositif, une source optique multimode peut être utilisée comme c'est le cas pour les exemples des figures 1 et 2.
Une alternative est d'utiliser plusieurs sources monomodes. Dans ce cas, le dispositif laser monomode de puissance est adapté en conséquence, et ce en sélectionnant une configuration appropriée du tronçon fibré d'entrée 1. Un configuration possible est illustrée grâce à l'exemple présenté figure 3. Dans cet exemple, la source optique multimodes est générée par combinaison de deux faisceaux optiques monomodes 31 et 3:2. Le tronçon fibré d'entrée 1 est composé dans ce cas de deux fibres monomodes 33 et 34. Differentes configurations du tronçon fibré d'entrée 1 peuvent être choisies de manière à s'adapter au nombre de sources monomodes nécéssaires à la génération de la source multimodes désirée. Afin que le faisceau optique incident entrant dans le dispositif puisse se propager dans le tronçon fibré de conversion 4, deux modes de réalisations peuvent être envisagés dans le but de mettre en contact le ou les coeurs du tronçon fibré d'entrée 1 avec le coeur du tronçon fibré intermédiaire 9. Dans un premier mode de réalisation, la ou les fibres constitutives du tronçon fibré d'entrée 1 sont soudées à la fibre du tronçon fibré intermédiaire 9. On notera que pour simplifier la représentation du dispositif sur les figures 1 à 3, seul ce mode de réalisation a été considéré. Les tronçons 1 et 9 étant constitués de fibres différentes, aucune isolation optique n'est nécessaire. Un second mode de réalisation est de mettre en contact le coeur de la ou des fibres composant le tronçon fibré d'entrée 1 avec le coeur de la fibre composant le tronçon fibré intermédiaire 9 en utilisant la technique de fusion de fibre, procédé bien connu, de manière à ce qu'une onde évanescente apparaisse et puisse être transmise du tronçon fibré d'entrée 1 au tronçon fibré intermédiaire 9 puis au tronçon fibré de conversion 4. Par ailleurs, la réflectivité Brillouin R est directement liée au gain Brillouin g, à l'intensité d'entrée I et à la longueur L de la fibre à gradient d'indice 5 composant le tronçon fibré de conversion 4 par la formule R=gxlxL. Le gain Brillouin g étant propre à la matière constituante du coeur de la fibre à gradient d'indice 5, on peut influer sur sa réflectivité en sélectionnant le matériau constituant la fibre. Ainsi, on peut choisir d'utiliser une fibre à gradient d'indice avec un coeur en Silice (SiO2) ou bien un coeur en chalcogénure (As2S3) pour obtenir un gain Brillouin plus important. Ces fibres dotées d'un coeur en chalcogénure présentent un indice de réfraction plus élevé que celui associé à la silice. Par ailleurs, l'indice de réfraction non linéaire (appelé habiltuellement indice de Kerr) est élevé ce qui peut affecter de manière positive la génération du processus Brillouin mais rendre le seuil d'endommagement optique plus faible ou générer un spectre étendu par auto-modulation de phase.
Le dispositif laser monomode de puissance, dont plusieurs variantes ont été décrites avec le support des figures 1 à 3, peut être utilisé au sein d'un système d'amplification monomode de puissance. Ce système d'amplification et ses variantes sont illustrés par les figures 4, 5 et 7. Afin de maintenir la largeur spectrale de l'oscillateur de référence, on peut injecter au niveau de l'entrée 12 du dispositif laser monomode de puissance une petite partie du faisceau monomode issue de l'oscillateur de référence 41 et décalé en fréquence du décalage Brillouin (environ 10 GHz). Une première variante dudit système est représentée sur la figure 4. Le dispositif laser monomode de puissance 40 est soudé aux autres fibres intervenant dans l'architecture de système. La source complète est composée d'un oscillateur de référence monomode fibré 41. La sortie de l'oscillateur est divisée en deux faisceaux 50 et 51 au moyen d'un coupleur fibré monomode. Une partie est amplifiée au moyen de préamplificateurs fibrés pompés par diodes lasers 42 suivi d'un isolateur fibré 43. La forte énergie est finalement obtenue par un dernier étage amplificateur utilisant une fibre fortement multimodes 44. La sortie de cette fibre est soudée à l'entrée 17 du dispositif laser monomode de puissance 40. L'autre partie de l'oscillateur de référence est décalée en fréquence du décalage Brillouin SvB au moyen d'un modulateur 45. La sortie du modulateur 45 est reliée à l'entrée 12 du dispositif laser monomode de puissance 40 et les différents éléments de cette branche sont reliés grâce des fibres monomodes 46. Le faisceau monomode obtenu à partir du faisceau multimode est ensuite récupéré au niveau de la sortie 13 du dispositif au niveau de laquelle un collimateur 47 est positionné. Comme le montre la figure 5, le système d'amplification précédemment décrit peut être amélioré en contrôlant la polarisation du faisceau grâce à un contrôleur de polarisation fibré 48 qui peut utiliser avantageusement de la céramique PLZT (Dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique et procédé de fabrication du dispositif, brevet Thales n° 02 15994). La sortie monomode en résultant est reliée à l'entrée 12 du dispositif laser monomode de puissance 40. Le faisceau monomode obtenu à partir du faisceau multimode dépolarisé est ensuite récupéré au niveau de la sortie 13 du dispositif laser monomode de puissance 40. Il est à noter qu'en choisissant la polarisation adéquate au niveau du contrôleur de polarisation, il est possible d'obtenir un faisceau polarisé linéairement en sortie du système. A la place du contrôleur de polarisation, on peut également envisager d'appliquer une contrainte périodique de période bien adaptée sur la fibre à gradient d'indice pour favoriser une polarisation linéaire. En effet, l'application d'une courbure à une fibre optique induit un couplage des modes guidés avec le continuum des modes rayonnants. Dans une fibre optique parfaitement symétrique axialement et dans un plan transverse, on peut décomposer tous les états propres (modes) selon deux fonctions propres (états de polarisation). Sous l'effet d'une micro-courbure, le profil d'indice se trouve modifié dans le plan d'application de la courbure. Comme illustré figure 6, la mise en oeuvre d'une courbure périodique sur une fibre 71 permet de coupler préférentiellement les modes dans un état de polarisation au continuum à la condition que l'orientation des axes x-y soient conservés. Sous l'effet de la courbure, cette modification du profil d'indice se traduit par une modification de l'espacement entre deux modes adjacents dans l'espace de phase. Par application d'une micro-courbure périodique, le couplage entre modes adjacents est favorisé. Ainsi, l'application d'une perturbation périodique avec une longueur d'onde 70 correctement choisie favorisera l'élimination par couplage des modes qui ne sont pas affectés par la courbure. Ce filtrage modal s'accompagnera d'une sélection d'un état de polarisation linéaire. Une variante de ce système est présentée en figure 7 et inclut un contrôle actif de la polarisation et du décalage en fréquence. En effet les perturbations thermiques du système peuvent provoquer des variations de la polarisation du faisceau de sortie ou des variations d'énergie provoquées par des fluctuations de la fréquence de décalage Brillouin. Pour éviter ces fluctuations, on place à la sortie du système une lame faiblement réfléchissante (0,1%) 65 pour prélever une petite partie du faisceau. La photodiode 64 permet de contrôler la puissance du faisceau. On maximise cette puissance en ajustant au moyen d'une boucle électronique de contre-réaction 63 le décalage en fréquence introduit par le modulateur 45. De la même façon, la photodiode 61 est placée sur la composante de polarisation orthogonale à celle que l'on cherche à obtenir grâce à un polariseur 60. On ajuste le contrôleur de polarisation 48 grâce à une boucle de contre-réaction 62 pour minimiser le signal sur la photodiode 61.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1- Dispositif laser monomode de puissance comportant un tronçon fibré d'entrée (1) comprenant une ou plusieurs fibres optiques amplificatrices (2) destinées à amplifier un faisceau optique incident multimodes (3), un tronçon fibré de conversion (4) comprenant une fibre optique (5) destinée à la conversion du faisceau optique incident multimodes en un faisceau monomode de puissance (8), un tronçon fibré intermédiaire (9) comprenant une fibre optique permettant au faisceau optique incident multimodes (3) de se propager vers le tronçon fibré de conversion (4) et caractérisé en ce que : - le tronçon fibré de conversion (4) comporte une fibre optique passive à gradient d'indice (5), ladite fibre optique passive présentant une longueur telle que par effet Brillouin le dispositif génère par réflexion du faisceau optique incident multimodes (3), un faisceau optique monomode de puissance (8) , - le tronçon fibré d'entrée et le tronçon fibré intermédiaire comportent respectivement au moins une première fibre et une seconde fibre comprenant des coeurs de fibre (11, 14) en contact de manière à transmettre le faisceau optique incident multimodes (3) dans le tronçon fibré de conversion (4). - le tronçon fibré intermédiaire comportant une extrémité libre (13) constituant la sortie pour un faisceau monomode de puissance du dispositif ;
  2. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon fibré intermédiaire (9) est composé d'une fibre à saut d'indice à double coeur dont le grand coeur (20) est adapté au diamètre et à l'ouverture numérique du coeur (7) de la fibre à gradient d'indice (5) composant le tronçon fibré de conversion (4), et dont le petit coeur (21) est adapté à la taille du faisceau réfléchi monomode (8) cirée par effet Brillouin dans la fibre passive à gradient d'indice (5).
  3. 3- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon fibré de conversion (4) et le tronçon fibré intermédiaire (9) sont composés de la même fibre passive à gradient d'indice.
  4. 4- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tronçon fibré d'entrée comporte plusieurs fibres amplificatrices destinées à amplifier des faisceaux optiques monomodes et susceptibles de constituer par combinaison le faisceau optique incident multimodes.
  5. 5- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tronçon fibré d'entrée (1) comporte une fibre amplificatrice unique (2) destinée à amplifier un faisceau optique incident multimodes (3).
  6. 6- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coeur (7) de la fibre passive à gradient d'indice (5) est composé de silice (SiO2).
  7. 7- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coeur (7) de la fibre passive à gradient d'indice (5) est composé de chalcogénure (As2S3).
  8. 8- Système d'amplification monomode de puissance comportant le dispositif laser monomode de puissance (40) selon l'une des revendications précédentes et un oscillateur de référence monomode fibré (41) générant un faisceau monomode de fréquence vo, caractérisé en ce que: il comporte un coupleur fibré monomode permettant de diviser le faisceau monomode de fréquence vo en un premier et un second faisceaux optiques (50) et (51) ; le premier faisceau optique (50) généré par l'oscillateur de référence monomode fibré (41) étant amplifié de manière à obtenir un faisceau multimodes de puissance et introduit à l'entrée (17) du dispositif laser monomode de puissance (40) ; - le second faisceau optique (51) généré par l'oscillateur de référence monomode fibré (41) étant décalé à la fréquence vo + SvB afin de tenir compte du décalage Brillouin SvB ; le second faisceau optique ainsi décalé en fréquence étant transmis au dispositif laser monomode de puissance (40) par son entrée (12).
  9. 9- Système d'amplification monomode de puissance selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un préamplificateur à fibre (42), un isolateur fibré (43), un amplificateur à fibre multimodes (44) afin d'amplifier le premier des deux faisceaux optiques (50) généré par l'oscillateur de référence monomode fibré (41).
  10. 10- Système d'amplification monomode de puissance selon l'une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur de fréquence (45) permettant de décaler fréquenciellement le second des deux faisceaux optiques (51) généré par l'oscillateur de référence monomode fibré (41) à la fréquence vo + SvB.
  11. 11- Système d'amplification monomode de puissance selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte un contrôleur de polarisation (48) connecté à l'entrée (12) du dispositif laser monomode de puissance (40).
  12. 12- Système d'amplification monomode de puissance selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce qu'une fibre est connectée en sortie du modulateur de fréquence, ladite fibre comportant une courbure périodique, la longueur d'onde (70) de ladite courbure etant choisie de telle manière à ce que les modes qui ne sont pas affectés par la courbure sont éliminés par couplage ;
  13. 13- Système d'amplification monomode de puissance selon l'une des revendications 8 à 12 caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit de contre-réaction (63) permettant d'adapter la sortie du modulateur (45) aux variations du décalage de Brillouin intervenant dans la fibre passive à gradient d'indice du dispositif laser monomode de puissance (40).
  14. 14- Système d'amplification monomode de puissance selon la revendication 12 caractérisé en ce que le circuit de contre-réaction (63) comporte une lame faiblement réfléchissante (65) et une photodiode (64).
  15. 15- Système d'amplification monomode de puissance selon l'une des revendications 8 à 14 caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit de contre-réaction (62) permettant d'améliorer la polarisation du faisceau optique à la sortie (13) du dispositif laser monomode de puissance (40).
  16. 16- Système d'amplification monomode de puissance selon la revendication 15 caractérisé en ce que le second circuit de contre-réaction (62) comporte un polariseur (60), une photodiode (61) et un contrôleur de polarisation (48).
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