[Limitations en puissance induites par les effets non-linéaires dans les amplificateurs à fibre en régime impulsionnel]
La combinaison des technologies de fibres dopées double gaine et des diodes laser de pompe à semiconducteurs de forte puissance a permis le développement de sources optiques de forte puissance en régime continu ou pulsé. Les limitations principales pour atteindre les fortes puissances proviennent de la faible taille de mode dans le cœur de la fibre et de la grande longueur de propagation. Des effets non-linéaires de type Kerr optique, SRS (Stimulated Raman Scattering) ou SBS (Stimulated Brillouin Scattering) peuvent être observés dans les amplificateurs à fibre dopée de quelques mètres de longueur. Une description des différentes dynamiques non-linéaires en relation avec la durée des impulsions (régimes ps, ns et μs) sera présentée. De plus, des modèles théoriques permettront de confirmer les observations effectuées dans le cas d'amplificateurs à fibre dopée de ∼6 μm de diamètre de coeur. La montée en puissance requière la conception de nouvelles fibres à large cœur afin d'accroître simultanément l'énergie stockée et le seuil de puissance d'apparition des effets non-linéaires. Les seuils d'apparition des effets non-linéaires en terme de puissance crête seront donnés pour les différents régimes temporels en fonction des diamètres de cœur des fibres à double gaine.
The combining of double-clad (DC) doped fibers and semiconductor pump laser diodes has allowed the development of high power optical sources in CW or pulsed regimes. Compared to bulk medium, the main limitations for achieving high peak powers inside optical fibers are due to small mode field size and large propagation length. Nonlinear effects such as the optical Kerr effect, Stimulated Raman Scattering (SRS) or Stimulated Brillouin Scattering (SBS) can be observed in high power amplifiers as short as a few meters of doped fiber length. A description of the different non-linear dynamics for optical pulse amplification in dependence with temporal pulse duration (ps, ns and μs regimes) will be presented. Theoretical modelling has also investigated to confirm the observed signal distortions in the case of a ∼6 μm core doped fiber amplifier. The power increase requires the design of new doped fibers with a large core to enhance simultaneously stored energy and nonlinear effects threshold. The peak power threshold in dependence with temporal pulse duration (ps, ns and μs regimes) will be given in relation with core diameters of double-clad fibers.
Mot clés : Amplificateur à fibre, Fibre à double gaine, Amplificateur de puissance, Erbium, Ytterbium, Effets non-linéaires
Yves Jaouën 1, 2 ; Guillaume Canat 2 ; Sébastien Grot 3 ; Sylvain Bordais 3
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Yves Jaouën; Guillaume Canat; Sébastien Grot; Sylvain Bordais. Power limitation induced by nonlinear effects in pulsed high-power fiber amplifiers. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 163-169. doi : 10.1016/j.crhy.2006.01.014. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.01.014/
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