FR3139955A1 - Amplificateur laser fibré comprenant un dispositif de pompe latérale. - Google Patents
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Abstract
TITRE : Amplificateur laser fibré comprenant un dispositif de pompe latérale. La présente invention concerne un amplificateur optique fibré, comprenant une fibre optique amplificatrice (1), comprenant un cœur dopé (11), au moins une gaine optique (12, 13) et un revêtement externe (14), l’amplificateur optique comprenant également au moins un dispositif de pompe latérale (2), comprenant une fibre optique de pompe (21) assemblée à la fibre optique amplificatrice (1) au niveau d’une zone de jonction (20). Selon l’invention, le revêtement externe (14) est réalisé dans un matériau à forte conductivité thermique, recouvre l’essentiel du périmètre de la fibre optique amplificatrice (1) au niveau des segments (101, 102) de cette fibre qui entourent la zone de jonction (20), et recouvre une partie de ce périmètre au niveau du segment (103) de cette fibre comprenant la zone de jonction (20), afin que le revêtement externe (14) s’étende sans interruption sur la fibre optique amplificatrice (1). Figure d’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne les amplificateurs laser. Elle concerne en particulier les amplificateurs laser fibrés, dans lesquels un faisceau lumineux est amplifié au cours de sa propagation dans une fibre optique amplificatrice.
De façon particulière, l’invention concerne de tels amplificateurs laser fibrés comprenant un dispositif de pompe latérale
Les amplificateurs laser fibrés sont des dispositifs optiques bien connus de l'homme du métier, dans lesquels un rayonnement lumineux est amplifié au cours de sa propagation le long d’une fibre optique amplificatrice.
Les fibres optiques amplificatrices sont généralement composées d'au moins un cœur entouré d'une gaine optique. Le cœur est le plus souvent constitué d’une matrice de silice qui est dopée, généralement par des ions de terres rares, afin de constituer un milieu amplificateur optique. Ce cœur de la fibre optique est destiné à guider et à amplifier le faisceau lumineux à amplifier.
Le cœur est généralement entouré d'une gaine optique (généralement désignée par le terme anglais «cla d ding »), qui est souvent constituée de silice dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du cœur qu'elle entoure. Ce saut d'indice maintient avantageusement le faisceau lumineux à amplifier dans le cœur, sans qu’il puisse s’échapper dans la gaine optique.
La gaine optique est elle-même apte à guider un faisceau lumineux le long de la fibre optique amplificatrice. Un flux lumineux dit « de pompe » est introduit dans cette gaine optique. En circulant le long de la gaine optique, ce flux lumineux de pompe est amené à traverser le cœur dopé, dans lequel ses photons sont absorbés par les ions de dopage du cœur, qui passent alors dans un état excité. Ces ions de dopage excités du cœur permettent alors l'amplification du faisceau lumineux à amplifier circulant dans le cœur.
La gaine optique entourant le cœur de la fibre optique doit assurer le guidage du flux lumineux de pompe. Pour cela, cette gaine optique peut être entourée par une autre gaine optique, dite gaine optique externe, dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de la gaine optique entourant le cœur, afin que le saut d'indice empêche le flux lumineux de pompe de s'échapper de la gaine optique entourant le cœur.
Il est également possible que la gaine optique entourant le cœur, ou une gaine optique externe entourant la gaine optique entourant le cœur, soit entourée par un revêtement externe, qui peut par exemple être un revêtement réfléchissant contribuant à maintenir le flux lumineux de pompe dans la fibre optique amplificatrice. Dans de nombreux cas, ce revêtement externe 14 est formé de polymères. Il permet généralement de réaliser la protection de la fibre optique amplificatrice contre des sollicitations mécaniques.
De plus en plus, les amplificateurs laser fibrés sont utilisés pour obtenir des faisceaux laser de forte puissance. Ils peuvent pour cela être inclus dans une cavité laser, ou être utilisés pour amplifier un faisceau laser produit précédemment dans une cavité.
Cette utilisation d’amplificateurs laser fibrés pour obtenir des faisceaux laser de forte puissance se heurte cependant à des difficultés limitant la puissance du faisceau lumineux obtenu.
Ainsi, l’amplification optique dans un amplificateur laser fibré génère des effets non linéaires, bien connus de l'homme du métier, qui sont fortement préjudiciables pour la qualité du faisceau lumineux amplifié ou de sa finesse spectrale. Ces effets non linéaires augmentent fortement avec la longueur de la fibre optique amplificatrice. Ils imposent donc aux amplificateurs laser fibrés de ne mettre en œuvre qu’une longueur limitée de fibre optique amplificatrice. Une augmentation de la puissance d'amplification d’un amplificateur laser fibré ne peut donc pas être obtenue par un allongement sans limite de la fibre optique amplificatrice, mais impose au contraire d'augmenter la puissance d'amplification par unité de longueur de la fibre optique amplificatrice.
Pour obtenir une amplification de très forte puissance avec une longueur limitée de fibre optique amplificatrice, un flux lumineux de pompe de très forte puissance doit être introduit dans la gaine optique de la fibre optique amplificatrice.
De façon classique, le flux lumineux de pompe peut être introduit dans la gaine optique entourant le cœur de la fibre optique amplificatrice au niveau des extrémités de cette fibre optique amplificatrice. Un tel procédé de pompe ne permet cependant pas de répartir de façon homogène l’énergie du flux lumineux de pompe le long de la fibre optique amplificatrice, et nécessite l’introduction d’une puissance optique très forte dans certains points de la fibre optique amplificatrice.
Pour améliorer l’homogénéité de cette répartition, il a été proposé de réaliser l’introduction du flux lumineux de pompe dans une fibre optique amplificatrice par au moins un dispositif de pompe latérale, placé entre les deux extrémités de la fibre optique amplificatrice.
Un tel dispositif de pompe latérale, qui peut être complémentaire de dispositifs de pompe situés aux extrémités de la fibre optique amplificatrice, comprend usuellement une fibre optique passive de pompe, qui conduit un flux optique de pompe. Cette fibre optique de pompe est assemblée, par exemple par soudage, à la gaine optique de la fibre optique amplificatrice, au niveau d'un segment de la fibre optique amplificatrice dont le revêtement externe a été retiré. Cet assemblage de la fibre optique de pompe à la gaine optique est réalisé de telle façon que le flux optique de pompe circulant dans la fibre optique de pompe passe dans la gaine optique de la fibre optique amplificatrice.
L’introduction d’un flux lumineux de pompe par un tel dispositif de pompe latérale est par exemple décrite dans les documents EP2618191B1 ou US2015/0007615A1.
L’augmentation de température dans un amplificateur laser, liée notamment à l’émission de chaleur lors de l’amplification optique, est connue comme un facteur limitant la puissance d'amplification dans une fibre optique amplificatrice. En effet cette augmentation de température peut entraîner une perte de qualité du faisceau lumineux amplifié, voire une destruction de l’amplificateur laser.
Dans les amplificateurs laser comprenant un ou plusieurs dispositifs de pompe latérale, les zones de jonction entre la fibre optique amplificatrice et les fibres optiques de pompes sont particulièrement sujettes aux élévations de température augmentant les risques de dégradation de la qualité du faisceau laser produit ou de destruction de l’amplificateur laser.
En effet, au niveau de ces zones de jonction, la fibre optique amplificatrice reçoit une puissance de pompe particulièrement importante, qui entraîne une excitation particulièrement forte des ions de dopage situés dans cette zone. Cette excitation, et la désexcitation qui s’ensuit, génèrent une quantité importante de chaleur.
Par ailleurs, la jonction entre une fibre de pompe et la fibre optique amplificatrice est traversée par une puissance optique très importante. Cette puissance optique est susceptible de générer un échauffement au niveau de toutes les impuretés ou irrégularités pouvant apparaître, notamment au niveau de la soudure entre les fibres.
Enfin, la dissipation de l’énergie thermique est généralement moins efficace au niveau de cette zone de jonction entre la fibre optique amplificatrice et la fibre de pompe. En effet, cette jonction est faite sur un segment de la fibre optique amplificatrice qui est dénudé de son revêtement externe, généralement en matériaux polymères, qui participe à la dissipation de l’énergie thermique de la fibre optique amplificatrice.
Une telle zone de jonction entre une fibre optique amplificatrice et un dispositif de pompe latérale est donc particulièrement fragile et sensible à l’échauffement. En conséquence, ces dispositifs de pompe latérale sont rarement mis en œuvre pour l’amplification de faisceaux laser de très haute puissance.
La présente invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l’art antérieur.
En particulier, l’invention a notamment pour objectif de permettre l’obtention d’une amplification lumineuse de très haute puissance dans des amplificateurs laser fibrés.
Un objectif particulier de l’invention est de permettre d’augmenter la puissance de l’amplification lumineuse pouvant être obtenue par des amplificateurs laser fibrés équipés de dispositifs de pompe latérale.
Un autre objectif de l’invention est de réduire le risque de dégradation des qualités des faisceaux obtenus, du fait de la chaleur, ou de destruction par la chaleur des amplificateurs laser fibrés équipés de dispositifs de pompe latérale.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints à l’aide d’un amplificateur optique fibré, cet amplificateur comprenant une fibre optique amplificatrice, comprenant elle-même au moins un cœur dopé, au moins une gaine optique entourant le ou les cœurs, et un revêtement externe entourant la ou les gaines optiques, cet amplificateur optique comprenant au moins un dispositif de pompe latérale, comprenant lui-même une fibre optique de pompe assemblée à la gaine optique de la fibre optique amplificatrice, ou à au moins une de ces gaines optiques, au niveau d’une zone de jonction située entre les deux extrémités de la fibre optique amplificatrice, de façon à permettre le transfert dans la gaine optique, ou dans au moins l’une des gaines optiques, d’au moins une partie d’un flux lumineux de pompe se propageant dans la fibre optique de pompe. Selon l’invention, le revêtement externe est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de conductivité thermique supérieur à 1 W/m.K, et recouvre au moins 90% du périmètre de la fibre optique amplificatrice, au niveau d’un premier segment de ladite fibre optique amplificatrice, situé entre ladite zone de jonction et une première extrémité de ladite fibre optique amplificatrice, et au niveau d’un second segment de ladite fibre optique amplificatrice, situé entre ladite zone de jonction et une seconde extrémité de ladite fibre optique amplificatrice. Le revêtement externe recouvre également, selon l’invention, une partie du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice, au niveau du segment de ladite fibre optique amplificatrice comprenant la zone de jonction, et s’étendant entre le premier segment et le second segment de la fibre optique amplificatrice, de telle façon que le revêtement externe s’étende sans interruption entre les premier et second segments de la fibre optique amplificatrice.
Ainsi, le revêtement externe de la fibre optique amplificatrice peut réaliser efficacement une répartition et une dissipation de la chaleur générée dans la fibre optique amplificatrice, y compris au niveau de la zone de jonction, qui est une zone particulièrement sujette à des détériorations par la chaleur. Cette amélioration de la dissipation thermique au niveau de la zone de jonction permet avantageusement d’augmenter la puissance d’amplification de l’amplificateur optique fibré, sans augmenter les risques de détérioration de la fibre optique amplificatrice.
De préférence, le revêtement externe recouvre intégralement le périmètre de la fibre optique amplificatrice au niveau des premier et second segments de la fibre optique amplificatrice.
Cette situation correspond à la majorité des cas, dans lesquels le revêtement externe entoure la totalité du périmètre d’une fibre optique. L’invention peut cependant s’appliquer également à des situations dans lesquelles le revêtement externe ne recouvre pas totalement le périmètre de la fibre optique.
Il est à noter que, si les premier et second segments sont situés entre la zone de jonction et les extrémités de la fibre optique, ils ne s’étendent pas nécessairement jusqu’à ces extrémités. Ainsi, par exemple, quand l’amplificateur optique fibré comprend plusieurs dispositifs de pompe latérale, ces premier ou second segments peuvent être situés entre les zones de jonction de deux dispositifs de pompe latérale.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le revêtement externe est réalisé dans un matériau métallique.
Par « matériau métallique », on comprend un métal ou un alliage métallique. De tels revêtements externes métalliques de fibre optique sont connus, en eux-mêmes, de l’art antérieur, et les procédés permettant leur obtention sont bien maitrisés. Leur mise en œuvre sur la fibre optique amplificatrice de l’invention est particulièrement avantageuse, du fait de leur très bonne conductivité thermique qui permet une bonne dissipation de la chaleur.
Avantageusement, l’assemblage de la fibre optique de pompe à la gaine optique de la fibre optique amplificatrice est faite par soudage au niveau de la zone de jonction.
De préférence, le revêtement externe couvre au moins 50 % du périmètre de la fibre optique amplificatrice, au niveau du segment de la fibre optique amplificatrice comprenant la zone de jonction et s’étendant entre le premier segment et le second segment de la fibre optique amplificatrice.
Ainsi, avantageusement, le revêtement externe couvre au moins 50 % du périmètre de la fibre optique amplificatrice sur toute la longueur de la fibre optique amplificatrice.
La totalité de la longueur de la fibre optique amplificatrice est ainsi recouverte, sur une part significative de son diamètre, par un revêtement externe permettant la dissipation thermique.
De préférence, la surface de la section du cœur, ou la somme des surfaces des sections des cœurs, est supérieure à 400 µm².
De tels cœurs permettent avantageusement la propagation de faisceaux multimodes. A titre d’exemple, s’il n’y a qu’un seul cœur, il peut avantageusement présenter un diamètre supérieur à 30 μm.
Avantageusement, l’amplificateur optique fibré comprend au moins deux dispositifs de pompe latérale, chacun de ces dispositifs de pompe latérale étant assemblé à la fibre optique amplificatrice au niveau d’une desdites zones de jonction.
La multiplication de tels dispositifs de pompe latérale permet d’augmenter fortement l’amplification de l’amplificateur optique fibré. Il est ainsi avantageux, sur un amplificateur optique fibré, d’avoir au moins dix dispositifs de pompe latérale.
Avantageusement, ces zones de jonction sont réparties de façon régulière sur la longueur de la fibre optique amplificatrice.
Selon un mode de réalisation avantageux, la fibre optique amplificatrice présente au moins deux gaines optiques distinctes, une première gaine optique entourant le ou les cœurs et une gaine optique externe entourant la première gaine optique.
De préférence, la gaine optique externe est découpée au niveau de la ou des zones de jonction.
Une telle découpe de la gaine optique externe permet l’assemblage de la fibre optique de pompe à la première gaine optique entourant le ou les cœurs.
La découpe de la gaine au niveau de la zone de jonction peut avantageusement être réalisée par une ablation par laser. Cette ablation par laser peut également réaliser la découpe de la gaine optique externe, si nécessaire.
Ainsi, la présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un amplificateur optique fibré tel que décrit ci-dessus, qui comprend une étape d’ablation locale par laser du revêtement externe pour former la zone de jonction, sur une portion du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice ne couvrant pas plus de 50 % du périmètre de la fibre optique amplificatrice.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnée à titre de simple exemple figuratif et non limitatif, et accompagnée des figures parmi lesquelles :
- La
- La
La représente ainsi, de façon schématique, une vue de coupe dans un plan axial d’un segment d’un amplificateur laser fibré dans lequel un rayonnement lumineux est amplifié au cours de sa propagation le long d’une fibre optique amplificatrice 1. Cet amplificateur laser fibré peut être inclus dans une cavité laser, ou être utilisé pour amplifier un faisceau laser formé précédemment.
D’une façon bien connue de l’homme du métier, la fibre optique amplificatrice 1 comprend un cœur 11 entouré d'une gaine optique 12. Le cœur 11 est, de façon connue en elle-même, constitué d’une matrice de silice qui est dopée par des ions de terres rares (par exemple, par des ions Ytterbium), afin de constituer un milieu amplificateur optique. Ce cœur de la fibre optique est destiné à guider le faisceau lumineux à amplifier 91. Dans le mode de réalisation représenté, ce cœur présente un diamètre de l’ordre de 50 μm.
Dans d’autres modes de réalisation, la fibre optique amplificatrice peut, de façon connue, présenter plusieurs cœurs. La présente invention s’applique de façon identique à de telles fibres optiques amplificatrices multicœurs.
Le cœur 11 est entouré d'une gaine optique 12 (généralement désignée par le terme anglais «cla d ding »), qui est, de façon connue en elle-même, constituée de silice dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du cœur 11 qu'elle entoure. Ce saut d'indice maintient avantageusement le faisceau lumineux à amplifier 91 dans le cœur 11, sans qu’il puisse s’échapper dans la gaine optique 12.
La gaine optique 12 est elle-même apte à guider un faisceau lumineux le long de la fibre optique amplificatrice 1. Un flux lumineux 92, dit « de pompe », est introduit dans cette gaine optique 12. En se propageant le long de la gaine optique 12, ce flux lumineux de pompe 92 est amené à traverser le cœur 11 dopé, dans lequel les photons sont absorbés par les ions de dopage du cœur 11, qui passent alors dans un état excité. Ces ions de dopage excités du cœur 11 permettent alors l'amplification du faisceau lumineux à amplifier 91 se propageant dans le cœur 11.
La gaine optique 12 entourant le cœur 11 de la fibre optique amplificatrice 1 doit assurer le guidage du flux lumineux de pompe 92. Pour cela, dans le mode de réalisation représenté, cette gaine optique 12 est entourée par une autre gaine optique, dite gaine optique externe 13, dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de la gaine optique 12 entourant le cœur 11, afin que le saut d'indice empêche le flux lumineux de pompe 92 de s'échapper de la gaine optique 12 entourant le cœur 11.
Dans le mode de réalisation représenté, la gaine optique externe 13 entourant la gaine optique 12 entourant le cœur 11 est entourée par un revêtement externe 14, qui évite toute fuite de flux lumineux en dehors de la fibre optique amplificatrice 1 et contribue à la protection de la fibre optique amplificatrice 1 contre des sollicitations mécaniques.
Selon l’invention, ce revêtement externe 14 est réalisé dans un matériau à forte conductivité thermique. Ce matériau présente ainsi un coefficient de conductivité thermique supérieur à 1 W/m.K, qui est supérieur à celui des matériaux polymères couramment utilisés pour les revêtements externes de fibres optiques. De préférence, ce coefficient de conductivité thermique est supérieur à 2 W/m.K. Il est particulièrement avantageux que ce coefficient de conductivité thermique soit supérieur à 30 W/m.K, ce qui est le cas pour la plupart des matériaux métalliques.
Ainsi, le revêtement externe 14 peut par exemple être réalisé dans un matériau métallique, ou dans un autre matériau à forte conductivité thermique, comme par exemple un matériau composite ou organique.
Il est particulièrement avantageux de réaliser ce revêtement dans un matériau métallique. De tels revêtements externes métalliques de fibres optiques sont connus, en eux-mêmes, de l’homme du métier. Ils sont notamment connus pour présenter une résistance mécanique et une résistance à la chaleur qui sont supérieures à celles des revêtements en polymères habituels. En plus de ces caractéristiques précédemment identifiées, les revêtements externes métalliques présentent une conductivité thermique bien supérieure à celle des revêtements polymères. Ils peuvent donc contribuer, de façon plus forte, à la répartition et à la dissipation de la chaleur de la fibre optique amplificatrice 1.
Un tel revêtement externe 14 peut par exemple être constitué par un métal tel que l’or, l’aluminium ou le cuivre, qui ont une conductivité thermique très forte (généralement supérieure à 200 W/m/K). Les procédés de fabrication de fibres optiques revêtues de tels revêtements externes métalliques sont connus de l’homme du métier.
Pour obtenir une amplification de très forte puissance, un flux lumineux de pompe 92 de très forte puissance est introduit dans la gaine optique 12 de la fibre optique amplificatrice 1.
Une partie de ce flux lumineux de pompe 92 peut être introduite dans la gaine optique 12 entourant le cœur 11 de la fibre optique amplificatrice 1 au niveau des extrémités de cette fibre optique amplificatrice 1, selon une technique classique bien connue de l’homme du métier.
Dans le mode de réalisation représenté, au moins une partie de ce flux lumineux de pompe se propageant dans la fibre optique amplificatrice 1 est introduite par un ou plusieurs dispositifs de pompe latérale 2.
Le segment d’amplificateur laser fibré qui est représenté par la montre un tel dispositif de pompe latérale 2, équipant la fibre optique amplificatrice 1. L’amplificateur fibré peut cependant comporter une pluralité de ces dispositifs de pompe latérale 2, par exemple répartis sur sa longueur, et peut également comporter des dispositifs de pompe aux extrémités de la fibre optique amplificatrice 1.
Le dispositif de pompe latérale 2 qui est représenté par la comprend une fibre optique de pompe 21, qui conduit un flux lumineux 93 produit par une diode électroluminescente 22. Cette fibre optique de pompe 21 est assemblée, par exemple par soudage, à la gaine optique 12 de la fibre optique amplificatrice 1, au niveau d'une zone de jonction 20 au niveau de laquelle le revêtement externe 14 de la fibre optique amplificatrice 1 a été retiré. Cet assemblage de la fibre optique de pompe 21 à la gaine optique 12 est réalisé de telle façon qu’au moins une partie du flux lumineux 93 se propageant dans la fibre optique de pompe 21 passe, au niveau de la zone de jonction 20, dans la gaine optique 12, pour y former le flux lumineux de pompe 92.
Dans le mode de réalisation représenté, la partie du flux lumineux 93 qui ne passe pas directement dans la gaine optique 12 et qui reste dans la fibre optique de pompe 21 est réfléchie par un miroir 23 placé à l’extrémité de la fibre optique de pompe 21. Elle peut alors passer dans la gaine optique 12 lors d’un deuxième passage au niveau de la zone de jonction 20.
L’assemblage du dispositif de pompe latérale sur la fibre optique amplificatrice 1 nécessite, de façon connue, de retirer le revêtement externe 14 au niveau d’une portion de cette fibre optique amplificatrice 1.
Dans les solutions de l’art antérieur, quand le revêtement externe est constitué de polymères, il est possible de découper ce revêtement externe, sur un tronçon de la fibre optique, pour le retirer et dénuder ainsi un tronçon entier de la fibre optique amplificatrice.
Il est cependant prévu, selon l’invention, de mettre en œuvre un procédé différent pour retirer le revêtement externe 14 au niveau d’une portion de la fibre optique amplificatrice 1. Ainsi, de façon avantageuse, le retrait du revêtement externe 14 n’est réalisée que sur la portion du périmètre de la fibre optique amplificatrice 1 sur laquelle doit être soudée la fibre optique de pompe 21, et non sur la totalité de ce périmètre.
La , qui montre une représentation en perspective de la portion de l’amplificateur optique fibré représentée par la , montre une telle découpe 140 dans le revêtement externe 14. On peut y distinguer, sur la portion représentée de la fibre optique amplificatrice 1, trois segments successifs. Au niveau d’un premier segment 101 de la fibre optique amplificatrice 1, situé de l’un des côté de la zone de jonction 20 (soit entre cette zone de jonction 20 et une première extrémité de la fibre optique amplificatrice 1), le revêtement externe 14 recouvre intégralement la fibre optique amplificatrice 1. De même, au niveau d’un second segment 102 de la fibre optique amplificatrice 1, situé de l’autre côté de la zone de jonction 20 (soit entre cette zone de jonction 20 et une seconde extrémité de la fibre optique amplificatrice 1), le revêtement externe 14 recouvre intégralement la fibre optique amplificatrice 1. En revanche, le segment 103 de la fibre optique amplificatrice 1, qui s’étend entre le premier segment 101 et le second segment 102, correspond à la partie de la fibre optique amplificatrice 1 sur laquelle est formée la découpe 140 dans le revêtement externe. Ce segment 103 comprend donc la zone de jonction 20, qui est formée dans la découpe 140 du revêtement externe 14. Au niveau de ce segment 103, le revêtement externe 14 ne recouvre qu’une partie du périmètre de la fibre optique amplificatrice 1. Ce revêtement externe n’est cependant pas retiré intégralement au niveau de la zone de jonction 20, de telle sorte qu’il s’étend sans interruption entre le premier segment 101 et le second segment 102 de la fibre optique amplificatrice.
Ainsi, avantageusement, le revêtement externe 14 entourant la fibre optique amplificatrice 1 se poursuit de façon continue sur la fibre optique amplificatrice 1. En effet, ce revêtement externe 14 entoure complètement cette fibre optique amplificatrice 1 des deux côtés de la zone de jonction 20 du dispositif de pompe latérale 2 sur cette fibre optique amplificatrice 1, et couvre une partie du périmètre de cette fibre optique amplificatrice 1, au niveau de cette zone de jonction 20. De préférence, au niveau de cette zone de jonction 20, le revêtement externe 14 couvre ainsi entre 50 % et 80 % du périmètre de la fibre optique amplificatrice 1
Le retrait du revêtement externe 14, sur la portion du périmètre de la fibre optique amplificatrice 1 sur laquelle doit être soudée la fibre optique de pompe 21, peut avantageusement être fait par une ablation par laser de ce revêtement externe 14, qui est avantageusement limitée à la zone sur laquelle doit être réalisée la jonction. Pour cela, un laser est focalisé sur la surface à ablater et les photons viennent par échauffement arracher la matière. Le déplacement du point focal détermine la surface à ablater.
Une telle ablation par laser du revêtement externe 14 présente l’avantage de pouvoir être réalisée efficacement, indépendamment de la matière composant le revêtement externe. Ainsi, elle peut retirer, de façon efficace, des revêtements, tels que certains revêtements métalliques, qui adhèrent fortement à la fibre optique qu’ils entourent, et qui ne peuvent pas être retirés facilement par une opération mécanique de dénudage.
A l’occasion ce cette ablation du revêtement externe 14, il peut être prévu de découper également la gaine optique externe 13, quand la fibre optique amplificatrice 1 comprend une telle gaine optique externe 13, afin de permettre le soudage de la fibre optique de pompe 21 directement sur la gaine optique 12 entourant le cœur 11.
La présence du revêtement externe 14 de façon continue, sur au moins une partie du périmètre de la fibre optique amplificatrice 1, permet une répartition et une dissipation de l’énergie thermique bien plus efficace que dans les solutions antérieures de pompes latérales de fibres amplificatrices.
Cette solution selon l’invention permet donc d’augmenter de façon importante la puissance de pompe injectée dans la fibre optique amplificatrice 1, et donc la puissance d’amplification de cette fibre optique amplificatrice 1. Le revêtement externe, préférentiellement continu sur toute la longueur de la fibre, permet ainsi une répartition et une dissipation de la chaleur qui limite fortement le risque de dégradation du faisceau lumineux due à l’élévation locale de température et le risque de destruction de l’amplificateur optique fibré par une élévation excessive de température. Cette bonne dissipation de température autorise l’introduction d’une puissance de pompe très forte, par des dispositifs de pompe latérale 2, qui permettent une répartition homogène de l’énergie de pompe sur la longueur de la pompe.
L’utilisation de la solution selon l’invention permet donc de repousser les limites gênant la production de faisceaux laser de très forte puissance par des fibres optiques amplificatrices.
Claims (11)
- Amplificateur optique fibré,
ledit amplificateur comprenant une fibre optique amplificatrice (1), comprenant- au moins un cœur dopé (11),
- au moins une gaine optique (12, 13) entourant ledit ou lesdits cœurs (11), et
- un revêtement externe (14) entourant ladite ou lesdites gaines optiques (12, 13),
c aractérisé en ce queledit revêtement externe (14)- est réalisé dans un matériau présentant un coefficient de conductivité thermique supérieur à 1 W/m.K,
- recouvre au moins 90% du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1), au niveau d’un premier segment (101) de ladite fibre optique amplificatrice (1), situé entre ladite zone de jonction (20) et une première extrémité de ladite fibre optique amplificatrice (1), et au niveau d’un second segment (102) de ladite fibre optique amplificatrice (1), situé entre ladite zone de jonction (20) et une seconde extrémité de ladite fibre optique amplificatrice (1),
- recouvre une partie du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1), au niveau d’un segment (103) de ladite fibre optique amplificatrice (1) comprenant ladite zone de jonction (20), et s’étendant entre ledit premier segment (101) et ledit second segment (102) de ladite fibre optique amplificatrice (1), de telle façon que ledit revêtement externe (14) s’étende sans interruption entre lesdits premier segment (101) et second segment (102) de ladite fibre optique amplificatrice (1).
- Amplificateur optique fibré selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit revêtement externe (14) recouvre intégralement le périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1) au niveau desdits premier segment (101) et second segment (102) de ladite fibre optique amplificatrice (1).
- Amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement externe (14) est réalisé dans un matériau métallique.
- Amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’assemblage de ladite fibre optique de pompe (21) à ladite gaine optique (12) de ladite fibre optique amplificatrice (1) est faite par soudage au niveau de ladite zone de jonction (20).
- Amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement externe (14) couvre au moins 50 % du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1), sur toute la longueur de ladite fibre optique amplificatrice (1).
- Amplificateur optique fibré selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface de la section dudit cœur (11), ou la somme des surfaces des sections desdits cœurs, est supérieure à 400 µm².
- Amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux dispositifs de pompe latérale (2), chacun desdits dispositifs de pompe latérale (2) étant assemblé à ladite fibre optique amplificatrice (1) au niveau d’une desdites zones de jonction (20).
- Amplificateur optique fibré selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites zones de jonction (20) sont réparties de façon régulière sur la longueur de ladite fibre optique amplificatrice (1).
- Amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fibre optique amplificatrice (1) présente au moins deux gaines optiques (12, 13) distinctes, une première gaine optique (12) entourant ledit ou lesdits cœurs (11) et une gaine optique externe (13) entourant ladite première gaine optique (12).
- Amplificateur optique fibré selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite gaine optique externe (13) est découpée au niveau de ladite ou desdites zones de jonction (20).
- Procédé de fabrication d’un amplificateur optique fibré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ablation locale par laser dudit revêtement externe (14) pour former ladite zone de jonction (20), sur une portion du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1) ne couvrant pas plus de 50 % du périmètre de ladite fibre optique amplificatrice (1).
Priority Applications (2)
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| FR2209335 | 2022-09-19 | ||
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|---|---|
| FR3139955A1 true FR3139955A1 (fr) | 2024-03-22 |
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| US20150007615A1 (en) | 2013-07-02 | 2015-01-08 | Valentin Gapontsev | High Power Fiber Laser System with Side Pumping Arrangement |
| EP2618191B1 (fr) | 2012-01-20 | 2016-05-11 | LASER ZENTRUM HANNOVER e.V. | Agencement de couplage pour transfert de rayonnement électromagnétique non axial |
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2022
- 2022-09-19 FR FR2209335A patent/FR3139955A1/fr active Pending
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2023
- 2023-09-19 WO PCT/EP2023/075854 patent/WO2024061934A1/fr unknown
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024061934A1 (fr) | 2024-03-28 |
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