Comptes Rendus
Performance and limitations of high brightness Er+3–Yb3+ fiber sources
[Performances et limitations des sources à fibre dopée Er3+–Yb3+ de grande luminance]
Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 177-186.

Le développement récent des sources à fibres dopées permet d'atteindre des puissances crêtes élevées en régime impulsionnel. Les applications LIDAR à détection hétérodyne et à sécurité oculaire utilisent des amplificateurs à fibres optiques dopées erbium–ytterbium pour l'amplification de signaux de faible largeur spectrale. La principale limitation pour la montée en puissance est la Diffusion Brillouin Stimulée (DBS). Un modèle dynamique d'amplificateurs est présenté et comparé au modèle stationnaire de la source localisée non fluctuante. Il en résulte des règles d'architecture pour la conception de sources de forte brillance. L'accroissement de la taille du mode optique permet d'augmenter le seuil de la puissance d'apparition du phénomène DBS. Les fibres dopées guident alors plusieurs modes ce qui conduit à une dégradation de la qualité spatiale du faisceau émis. Une analyse détaillée de l'impact de la propagation multimode et des inhomogénéités du profil d'indice sur la qualité du faisceau est menée. Une source laser entièrement à fibre, conçue à partir des modèles présentés, a permis la génération d'impulsions d'énergie 100 μJ et 180 W crête.

Recent development of fiber sources allows the generation of high peak power in the pulsed regime. Coherent LIDAR applications in the eye-safe window are designed with erbium–ytterbium fiber amplifiers. The main limitation to increase the optical power of narrow linewidth signals is the Stimulated Brillouin Scattering (SBS). A dynamic model for these fiber amplifiers is presented, and compared to the stationary model of the non-fluctuating localized source. Design rules are deduced for high brightness power fiber amplifiers. Enlarging the optical mode size increases the SBS threshold. However, fibers can guide several modes leading to a decrease in spatial quality. A detailed analysis of multimode propagation and refractive index profile inhomogeneities and their influence on beam quality has been conducted. Our numerical model has been applied to the design of an all-fiber MOPA source generating 100 μJ per pulse with 180 W peak power.

Publié le :
DOI : 10.1016/j.crhy.2006.02.006
Keywords: Fiber amplifier, Double-clad fiber, Power amplifier, Erbium, Nonlinear effects, Modes
Mot clés : Amplificateur à fibre, Fibre à double gaine, Amplificateur de puissance, Erbium, Effets non-linéaires, Modes

Guillaume Canat 1 ; Yves Jaouën 1, 2 ; Jean-Claude Mollier 3

1 ONERA, DOTA/SLS, 2, chemin de la Hunière, 91761 Palaiseau, France
2 GET/Telecom Paris, CNRS UMR 5141, 46, rue Barrault, 75634 Paris, France
3 Supaéro, 10, avenue Édouard-Belin, BP 54032, 31055 Toulouse cedex 4, France
@article{CRPHYS_2006__7_2_177_0,
     author = {Guillaume Canat and Yves Jaou\"en and Jean-Claude Mollier},
     title = {Performance and limitations of high brightness {Er\protect\textsuperscript{+3}{\textendash}Yb\protect\textsuperscript{3+}} fiber sources},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {177--186},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {7},
     number = {2},
     year = {2006},
     doi = {10.1016/j.crhy.2006.02.006},
     language = {en},
}
TY  - JOUR
AU  - Guillaume Canat
AU  - Yves Jaouën
AU  - Jean-Claude Mollier
TI  - Performance and limitations of high brightness Er+3–Yb3+ fiber sources
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2006
SP  - 177
EP  - 186
VL  - 7
IS  - 2
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crhy.2006.02.006
LA  - en
ID  - CRPHYS_2006__7_2_177_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Guillaume Canat
%A Yves Jaouën
%A Jean-Claude Mollier
%T Performance and limitations of high brightness Er+3–Yb3+ fiber sources
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2006
%P 177-186
%V 7
%N 2
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crhy.2006.02.006
%G en
%F CRPHYS_2006__7_2_177_0
Guillaume Canat; Yves Jaouën; Jean-Claude Mollier. Performance and limitations of high brightness Er+3–Yb3+ fiber sources. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 2, pp. 177-186. doi : 10.1016/j.crhy.2006.02.006. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.02.006/

[1] Y. Jeong; J.K. Sahu; D.N. Payne; J. Nilsson Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36 kW continuous-wave output power, Opt. Express, Volume 12 (2004), pp. 6088-6092

[2] V.P. Gapontsev, D.V. Gapontsev, N.S. Platonov, et al., 2 kW CW ytterbium fiber laser with record diffraction limited brightness, in: CLEO Europe'05, paper CJ1-1-THU (2005)

[3] V. Philippov, J.K. Sahu, C. Codemard, et al., All-fiber 1.15 mJ pulsed eye-safe optical source, in: Proc. SPIE, vol. 5335, 2004

[4] J.D. Minelly, V. Stasyuk, J.P. de Sandro, et al., Yb free high energy double-clad Er fiber amplifier, in: OAA'04, paper OPD P4, 2004

[5] V. Philippov; C. Codemard; Y. Jeong et al. High-energy in-fiber pulse amplification for coherent lidar applications, Opt. Lett., Volume 29 (2004) no. 22

[6] G. Canat, G. Loas, Y. Jaouën, et al., 100 μJ generation using a narrow linewidth Er3+/Yb3+ doped fiber MOPA and its modeling, in: CLEO'05, paper JWB67, Baltimore, May 2005

[7] H.L. Offerhaus; N.G. Broderick; D.J. Richardson et al. High-energy single-transverse mode Q-switched fiber laser based on a multimode large-mode-area erbium-doped fiber, Opt. Lett., Volume 23 (1998), pp. 1683-1685

[8] F. Di Teodoro; M. Savage-Leuchs; M. Norsen High-power pulsed fibre source at 1567 nm, Electron. Lett., Volume 40 (2004), pp. 1525-1526

[9] M. Niklès; L. Thévenaz; P.A. Robert Brillouin gain spectrum characterization in single-mode optical fibers, J. Light. Technol., Volume 15 (1997) no. 10, pp. 1842-1851

[10] S. Le Floch; P. Cambon Theoretical evaluation of the Brillouin threshold and the steady-state Brillouin equations in standard single-mode optical fibers, J. Opt. Soc. Amer. A, Volume 20 (2003) no. 6, pp. 1132-1137

[11] G. Kulcsar; Y. Jaouën; G. Canat et al. Multiple-Stokes stimulated Brillouin scattering generation in pulsed high-power double-cladding Er3+–Yb3+ codoped fiber amplifier, IEEE Photon. Tech. Lett., Volume 15 (2003) no. 6, pp. 801-803

[12] G.T. Moore A model for diffraction-limited high-power multimode fiber amplifiers using seeded stimulated Brillouin scattering phase conjugation, IEEE J. Quant. Elec., Volume 37 (2001), pp. 781-789

[13] G. Canat, A. Durécu, Y. Jaouën, S. Bordais, R. Lebref, Fiber composition influence on Spontaneous Brillouin Scattering properties in double-clad fiber amplifiers, CLEO06, submitted for publication

[14] G. Canat; G.M. Williams; B. Cole; Y. Jaouën et al. Dynamics of high power erbium–ytterbium fiber amplifiers, J. Opt. Soc. Amer. B, Volume 22 (2005) no. 11, pp. 2308-2318

[15] G.G. Vienne; J.E. Caplen; D. Liang et al. Fabrication and characterization of Yb3+:Er3+ phosphosilicate fibers for lasers, J. Light. Technol., Volume 16 (1998), pp. 1990-2001

[16] J.A. Alvarez-Chavez, A.B. Grudinin, J. Nilsson, P.W. Turner, W.A. Clarkson, Mode selection in high power cladding pumped fiber lasers with tapered sections, in: CLEO'99, paper CWE7, 1999, pp. 247–248

[17] J.P. Koplow; D.A.V. Kliner; L. Goldberg Single-mode operation of a coiled multimode fiber amplifier, Opt. Lett., Volume 25 (2000), pp. 442-445

[18] J. Sakai; T. Kimura Bending loss of propagation modes in arbitrary-index profile optical fibers, Appl. Opt., Volume 17 (1978), p. 1499

[19] J. Nilsson, J.K. Sahu, Y. Jeong, et al., High power fiber lasers, in: OFC'05, paperOTuF1, 2005

Cité par Sources :

Commentaires - Politique