Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article présente les principales techniques permettant de combiner des sources laser afin d’accroître leur puissance. En effet, il existe des méthodes adaptées pour additionner efficacement, c’est-à-dire avec les pertes les plus faibles possibles, les puissances de plusieurs sources laser. Les techniques de combinaison de lasers sont classées en deux grandes familles: les configurations incohérentes procédant par simple superposition de faisceaux, et les configurations cohérentes utilisant les interférences optiques entre faisceaux laser identiques pour les combiner. Toutes ces techniques sont décrites ici, ainsi que leur potentiel pour la montée en puissance des sources laser.
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This article presents the main techniques used to combine laser sources and increase their joint power. There are appropriate techniques to sum the powers from multiple laser sources efficiently, i.e. with low losses. Laser combining techniques fall into two main classes: incoherent setups based on simple overlap of laser beams, and coherent setups involving optical interferences between identical laser beams to combine them. All these techniques are described, and their potential to power-scale laser sources is assessed.
Auteur(s)
-
Pierre BOURDON : Chargé de mission « Laser de puissance pour la défense » Département d’Optique Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les lasers sont des sources de puissance lumineuse extrêmement intenses, utilisées couramment pour déposer de l’énergie à distance, que ce soit pour effectuer des mesures de paramètres physiques comme la distance, la vitesse d’un objet ou la concentration d’une molécule, ou pour interagir avec un matériau afin de modifier son état physique en le fondant ou le brûlant (par exemple pour la découpe de pièces métalliques par laser dans l’industrie automobile). Certaines applications militaires comme les armes laser utilisent un faisceau laser pour échauffer fortement une cible à distance dans le but de l’endommager ou même de la détruire. Quelle que soit l’application, la portée d’action du laser, la vitesse d’interaction ou la sensibilité et la précision pour les applications liées à la mesure peuvent être améliorées en utilisant des lasers plus puissants. Aussi cherche-t-on souvent à accroître la puissance émise par les sources laser.
Les lasers les plus puissants, les plus compacts et les plus efficaces aujourd’hui sont les lasers solides, ainsi appelés car le milieu générant la puissance lumineuse est sous forme solide : généralement un barreau cylindrique ou une plaque parallélépipédique. Les fibres optiques dopées constituent également des milieux solides de choix pour réaliser des sources laser compactes, robustes et efficaces. Cependant, ces milieux solides s’échauffent lorsqu’ils sont mis en œuvre, et leurs performances se dégradent si l’échauffement devient trop important, limitant ainsi leur montée en puissance. Dans les lasers à fibres où ces effets thermiques sont toutefois beaucoup moins limitants que dans les lasers solides à barreaux ou à plaques, des effets non linéaires viennent s’ajouter et limiter aussi la montée en puissance.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
Domaine : Électronique – Photonique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Laser, optique, électronique
Domaines d’application : Développement de sources laser et montée en puissance.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
laser | coherence | combining
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Présentation
Techniques de combinaison incohérente
En anglais
1. Contexte
Afin de dépasser les limites en puissance et de continuer à augmenter les performances des systèmes mettant en œuvre ces lasers solides, il est possible de parvenir à additionner la puissance émise simultanément par plusieurs lasers, et de dépasser les limites intrinsèques de montée en puissance d’un seul laser. On appelle ces procédés d’addition de puissance de plusieurs lasers unitaires des techniques de combinaison de sources laser. Ils se distinguent les uns des autres par leur efficacité, puisque certains procédés induisent des pertes qui ne permettent pas toujours de disposer, après combinaison, de 100 % de la puissance additionnée des lasers. On vise bien évidemment à atteindre cette efficacité maximale et à ne pas perdre de puissance laser lors de la combinaison mais, selon la technique employée, cela n’est pas toujours possible.
Les techniques qui ont été développées et testées au fil des années sont nombreuses : mélange incohérent en polarisations croisées, mélange par multiplexage en longueurs d’ondes, addition cohérente de sources laser, combinaison cohérente par couplage par ondes évanescentes, combinaison cohérente par contrôle actif de la phase ou encore combinaison cohérente par conjugaison de phase. On peut les regrouper en deux grandes familles que l’on décrira plus loin : les méthodes incohérentes et les méthodes cohérentes de combinaison, selon, respectivement, que les lasers se combinent sans interférence en se superposant simplement, ou que les lasers interfèrent quand on les additionne, générant un profil spatial de faisceau modulé par des franges d’interférence. On peut aussi distinguer les techniques purement passives, où les lasers se combinent sans action externe de l’utilisateur sur leurs paramètres d’émission (ces méthodes passives conduisent à des systèmes dits auto-organisés) et les techniques actives où certains paramètres d’émission des lasers sont contrôlés en temps réel par une boucle d’asservissement, afin d’optimiser l’efficacité de combinaison en permanence.
Dans cet article, nous décrivons les principes d’opération des principales techniques de combinaison de lasers, celles qui ont conduit aux gains en puissance les plus élevés, puis nous analysons les points durs technologiques de mise en œuvre de ces procédés, ainsi que les limitations en montée en puissance que ces points durs technologiques...
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KLENKE (A.), BREITKOPF (S.), GOTTSCHALL (T.), EIDAM (T.), LIMPERT (J.), TÜNNERMANN (A.) - 4-channel coherently combined femtosecond fiber CPA system. - Conférence Photonics West 2013, p. 8601-8642 (2013).
-
(2) - KIEL (D.H.) - Fiber lasers for surface Navy applications. - Conférence Photonics West 2010, p. 7580-7521 (2010).
-
(3) - HANKLA (B.J.) - Navy laser weapon system (LaWS) prototype development and testing. - Conférence Photonics West 2011, p. 7915-7911 (2011).
-
(4) - JUNG (M.) - The laser weapons program at Rheinmetall Combat Systems. - Research Meeting topic 2.3 « Laser and laser application », Institut Franco-Allemand de Saint-Louis (2013).
-
(5) - MOHRING (B.), DIETRICH (S.), TASSINI (L.), PROTZ (R.), GEIDEK (F.), ZOZ (J.) - High-energy laser activities at MBDA Germany. - Proc. SPIE, 8733, 873304 (2013).
-
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