Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
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.
Contact : [email protected]
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
laser | coherence | combining
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Techniques alternatives et applications secondaires de la combinaison laser
Nous venons de présenter les principales techniques de combinaison de sources laser, celles qui permettent de monter en puissance les lasers de façon optimale.
Il existe d’autres techniques de combinaison, évaluées et étudiées par le passé, mais moins souvent mises en œuvre que les techniques précédentes.
Les techniques présentées jusqu’ici ont été utilisées essentiellement pour combiner des sources laser émettant en continu. De nombreux lasers émettent des impulsions courtes, dont la durée peut être dans la gamme nanoseconde (1 à 500 ns), picoseconde (1 à 500 ps) ou femtoseconde (10 à 500 fs). La combinaison de lasers impulsionnels représente en général un défi plus important que la combinaison de lasers continus, et nous examinerons aussi ici l’applicabilité des techniques de combinaison à ces sources impulsionnelles.
Enfin, nous montrerons comment certaines techniques de combinaison de lasers peuvent être exploitées pour mettre en forme le front d’onde d’un laser et compenser, par exemple, les turbulences atmosphériques.
4.1 Techniques alternatives de combinaison de sources laser
Nous avons vu plus haut que certains composants optiques structurés périodiquement en surface ou en profondeur possédent des propriétés optiques très spécifiques et diffractent la lumière : c’est le cas des réseaux de diffraction qui renvoient la lumière dans une direction différente selon sa longueur d’onde et sa direction d’incidence.
HAUT DE PAGE
Il existe d’autres structures périodiques que celles décrites au paragraphe 2.3 que l’on peut inscrire par gravure ou par photo-inscription, en surface ou en volume, dans un matériau substrat....
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Techniques alternatives et applications secondaires de la combinaison laser
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(2) - KIEL (D.H.) - Fiber lasers for surface Navy applications. - Conférence Photonics West 2010, p. 7580-7521 (2010).
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