WO2007028783A1 - Method for producing a power laser beam and device therefor - Google Patents

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WO2007028783A1
WO2007028783A1 PCT/EP2006/065979 EP2006065979W WO2007028783A1 WO 2007028783 A1 WO2007028783 A1 WO 2007028783A1 EP 2006065979 W EP2006065979 W EP 2006065979W WO 2007028783 A1 WO2007028783 A1 WO 2007028783A1
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laser beam
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Laurent Lombard
Arnaud Brignon
Jean-Pierre Huignard
Patrick Georges
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Thales
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    • H01S3/08018Mode suppression
    • H01S3/0804Transverse or lateral modes
    • H01S3/08045Single-mode emission

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a power laser beam, and to a device for implementing this method.
  • the photorefractive materials are not yet well optimized at the wavelength of 1, 5 microns (ocular safety zone).
  • the phenomenon of Brillouin phase conjugation in the fibers starts on a noise distributed randomly all along the fiber (spontaneous Brillouin emission). This random distribution of the noise has the effect of returning a conjugate wave which is strongly temporally modulated, which broadens the laser emission spectrally and renders the laser pulse unusable for a Lidar.
  • the present invention relates to a method of producing a power laser beam for producing a single-mode beam of high power (greater than 100 W) which is not affected by parasitic phenomena, in particular non-linear, and having a very small spectral width (less than a few MHz).
  • the present invention also relates to a device for producing a power laser beam, making it possible to obtain a beam having very good spectral and temporal characteristics, which device is the lightest and the least bulky possible.
  • the method according to the invention is characterized in that the laser beam of a master laser oscillator is amplified with the aid of an amplifying optical fiber with a large core, which is converted into a multimode laser beam thus amplified. in a monomode beam by Brillouin-effect two-wave mixing in a multimode fiber.
  • this mixing is carried out in a multimode gradient index fiber.
  • the power amplification device is of the type comprising a master oscillator followed by pre-amplification stages, and it is characterized in that it comprises, at the output of the preamplification stages, a power amplifying fiber.
  • multimode and a loop circuit comprising a circulator, a multimode optical fiber, a spatial filtering device and an output coupler device.
  • FIG. 1 is a simplified block diagram of a power laser source according to the invention.
  • FIGS. 2 to 4 are simplified block diagrams of variants according to the invention of the laser source of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a master oscillator 1 with its preamplifiers making it possible to reach a power (for example 1W) or an energy per pulse sufficient to be able to saturate the amplifier stage 2 which follows it.
  • the set of preamplifiers of the oscillator 1 is advantageously entirely made of doped amplifying optical fibers and may include, in a well known manner, optical isolators and spectral filters.
  • the beam is single-mode space.
  • the amplifier 2 consists of a very highly multimode optical fiber with a large heart (for example having a diameter greater than 100 microns) to avoid all nonlinear parasitic phenomena such as stimulated Brillouin scattering, as well as the optical damage of the fiber.
  • the amplified beam at the output of this last stage 2 is highly multimode spatial.
  • the optical energy is for example between 1 and 10 mJ.
  • the invention proposes to use a Brillouin effect two-wave mixing interaction in a multimode optical fiber with fundamental mode conservation, which is, according to a preferred embodiment of the invention, an index gradient optical fiber (hereinafter referred to as "Gl fiber”) for example.
  • Gl fiber index gradient optical fiber
  • SI fiber optical index jump fiber
  • SI fiber optical index jump fiber
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an optical circuit 3 performing in particular the multimode-monomode conversion and incorporating a fiber Gl referenced 4.
  • the circuit 3 is in the form of a loop essentially comprising, in addition to the fiber 4, a circulator 5 disposed at the output of the multimode amplifying fiber 2, a spatial filter 6 and an output coupler 7.
  • the circulator 5 comprises a first collimation lens 8 whose object focus is confused with the output of the amplifying fiber 2, a first polarizer 9, a Faraday rotator 10, a second polarizer 11 and a second collimation lens 12 whose focal point is coincidental with one of the ends of the fiber 4, end referenced 4A .
  • the polarizer 9 also serves as a splitter blade. Part of the beam that it receives from the lens 8 is sent to the rotator 10, and the other is sent to a half-wave plate 13 followed by a polarizer-separator 14 constituting the aforementioned coupler 7.
  • the spatial filter 6 comprises, for example, a first lens 16 at the focus of which is disposed a filtering hole 17, followed by another collimating lens 18 whose object focus coincides with the image focus of the lens 16.
  • the lens 18 is followed by a focusing lens 19 whose object focus coincides with the second end, referenced 4B, of the optical fiber 4.
  • the multimode beam coming from the large-core amplifying fiber 2 is injected into a fiber Gl 4 by means of lenses (8 and 12) after having passed through the rotator-shaped Faraday isolator.
  • the set of elements 8 to 12 constitutes a circulator.
  • the characteristics of the fiber Gl are chosen such that ON G
  • the length of the fiber G 1 is chosen to be large enough for the threshold of the Brillouin effect to be crossed in this fiber. This length can be, for example, several meters.
  • a remarkable property of the Brillouin effect in a long enough fiber Gl is that the wave (called Stokes wave), which is created in the fiber G1 in the direction of propagation opposite to that of the incident wave (the incident wave is that which enters the fiber 4 by its end 4A), is a unique mode of the fiber, while the incident wave is multimode.
  • the single mode which returns in the fiber 4 by its end 4B is not necessarily the Gaussian fundamental mode that one wishes but can be for example the LP11 mode, according to the conditions of coupling of the multimode beam incident in the fiber Gl. It is therefore a question of lowering the threshold of the mode that one chooses compared to the other modes.
  • the solution of the invention is to browse the loop 3 by the fundamental mode only using a spatial filter.
  • the Stokes wave is reflected by the polarizer 9 and, by means of the mirror 15 and the lens 19 is reinjected into the end 4B of the fiber G1.
  • said spatial filter constituted in this example by two lenses and a filtering hole, is inserted in the path of the Stokes wave.
  • the monomode Stokes wave injected at the end 4B of the fiber will then be amplified preferentially by the multimode incident wave. via a two-wave mixing process. This process can be very efficient and the multimode incident wave can transfer substantially all of its energy to the monomode Stokes wave thus created with a typical conversion rate that can be greater than 90%.
  • the advantage of the process described above is that it is completely self-adapted. Indeed, for a Brillouin two-wave mixing process, it is necessary that the wave that one wants to amplify is shifted in frequency by a quantity ⁇ v B with respect to the frequency v 0 of the incident wave. ⁇ v B is called Brillouin Shift and is about 15 GHz in a silica fiber.
  • ⁇ v B is called Brillouin Shift and is about 15 GHz in a silica fiber.
  • the Brillouin shift is automatically obtained because the wave reinjected at the end 4B of the fiber G1 is none other than the Stokes wave obtained by the stimulated Brillouin effect and thus affected by the Brillouin frequency shift. In the process described above, you only need to inject the fundamental mode into the loop.
  • the filter hole 17 must be very precisely placed and perfectly conjugated with the Fiber Gl. It is advantageous to replace the spatial filter formed by two lenses and a filtering hole of FIG. 1 by a single-mode fiber directly welded to the back of the fiber G 1 as shown in FIG.
  • the interest of the single-mode fiber is that it performs the filtering on the higher modes and especially that it is aligned very precisely with the Fiber Gl by means of a standard weld.
  • the input coupling of the single-mode fiber can be coarse: it reduces the efficiency but does not risk not to excite higher modes.
  • FIG. 3 Another improvement is to recycle the depolarized portion of the multimode indicative beam as shown in FIG. 3.
  • all the elements of the device of FIG. 2, which have the same reference numerals, have been taken up, and added to the polarizer 9 a mirror 23, and facing both the mirror 24 and the polarizer 11 a mirror 24, these two mirrors being arranged to reflect a component ("vertical" in this case) of the multimode beam of the way described below.
  • the multimode and depolarized beam from the large-core amplifying fiber is separated into two beams having orthogonal polarizations by means of the polarizer 9.
  • the horizontally polarized component (in the plane of the drawing for example) passes through the polarizer 9 and the Faraday RF rotator and is then injected into the fiber 4.
  • the vertically polarized component (perpendicular to the plane of the drawing in the example) is reflected by the polarizer 9 and is returned by means of the two mirrors 23, 24 on the polarizer 11 to be then also injected into the fiber 4.
  • the monomode Stokes wave is horizontally polarized throughout the fiber, and that we rely on the rapid depolarization modes of the Multimode incident wave so that both polarizations of the incident wave can interfere with the Stokes wave.
  • the horizontally polarized Stokes wave passes through the polarizer 11 and the rotator 10 and is reflected by the polarizer 9 in the direction of the half-wave plate 14. If a fraction of the Stokes wave were to be vertically polarized, the insertion a Faraday isolator between the two mirrors 23 and 24 would be necessary to avoid any return in the amplifying fiber which could damage the system.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the device of the invention.
  • This device of FIG. 4 comprises a master oscillator 25 and preamplifiers 26 whose output is followed by a multimode amplifying optical fiber 27.
  • the fiber 27 is connected to a circulator 28 to which is also connected an end of an optical fiber G 1 29.
  • the other end of the fiber 29 is connected to the output of the oscillator 25 by a frequency shift device 30.
  • Oscillator 25 and the preamplifiers 26 may be the same as those of all 1 of the previous embodiments.
  • the elements 27, 28 and 29 may be the same as the elements 2, 8 to 12, and 4, respectively.
  • the monomode wave injected at the rear of the fiber G 1 is not the Stokes wave but a fraction of the monomode wave coming directly from the master oscillator 25.
  • the monomode wave thus injected is then amplified by two-wave mixing by the Brillouin effect in the fiber Gl 29 by the intense and multimode beam obtained at the output of the amplifying fiber 27.
  • an offset must be introduced. in frequency on the single-mode beam injected at the rear of the fiber Gl 29. This offset must be equal to the Brillouin shift of the fiber G 1 used.
  • This frequency shift of about 10 to 15 GHz can be obtained by means of an electro-optical component such as a LJNb ⁇ 3 modulator for example. The accuracy of this shift is about 10 MHz at the wavelength of 1.5 ⁇ m.
  • This device of FIG. 4 is therefore not self-adaptive as was that of FIG. 3, but has the advantage of being able to very precisely control the energy or power of the single-mode beam that is injected as well as its temporal characteristics (pulse shape).
  • the device of FIG. 4 can be entirely made of optical fibers using optical fiber components such as those developed for telecommunication applications. On the other hand, if these components do not have sufficient laser flux resistance, the device can also be made in free space.
  • the optical fiber circulator 28 shown in FIG. 4 can for example be replaced by a Faraday isolator as in FIG. 3, and then formed of two polarizers (9, 11) and a Faraday rotator (10).
  • the recycling of the depolarized part of the multimode incident beam can also advantageously be realized in this variant, in the same way as in the device of FIG. 3. It should be noted that the reference monomode beam taken after the master oscillator 25 Figure 4 can also be taken after the pre-amplification stages 26 if a higher energy is needed on this beam.
  • This architecture can be sensitive to any variation in temperature, which would modify the value of the frequency offset. To get rid of this difficulty, it is possible to add adaptive control of the frequency offset by driving the electro-optical component by means of a feedback loop controlled by the power or energy of the single-mode output beam.
  • adaptive control of the frequency offset by driving the electro-optical component by means of a feedback loop controlled by the power or energy of the single-mode output beam.

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Abstract

The invention concerns a device for producing a power laser beam, characterized in that it comprises a master oscillator followed by preamplifying stages (1), a multimode amplifying fiber (2) and a loop circuit (3) including a circulator (8 to 12) and a multimode optic fiber (4), a spatial filtering device (6) and an output coupling device (14).

Description

PROCEDE DE PRODUCTION D'UN FAISCEAU LASER DE PUISSANCE ET DISPOSITIF DE MISE EN ŒUVRE METHOD FOR PRODUCING A POWER LASER BEAM AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE SAME
La présente invention se rapporte à un procédé de production d'un faisceau laser de puissance, ainsi qu'à un dispositif de mise en œuvre de ce procédé.The present invention relates to a method for producing a power laser beam, and to a device for implementing this method.
Ces dernières années, des progrès considérables ont été obtenus dans le domaine des lasers à fibre optique, principalement grâce à la poussée des applications de télécommunications. Parallèlement, les lasers à fibres de forte puissance (> 100 W) ont été étudiés pour les applications industrielles. Les avantages des lasers à fibres sur les lasers état solide conventionnels (Nd :YAG par exemple) sont en effet nombreux : - Grande robustesse - le banc optique dans un laser à fibre est la fibre elle-même -> pas de problème de désalignement comme dans un laser classique,In recent years, considerable progress has been made in the field of fiber optic lasers, mainly due to the surge in telecommunications applications. At the same time, high power fiber lasers (> 100 W) have been studied for industrial applications. The advantages of fiber lasers on conventional solid state lasers (Nd: YAG for example) are indeed numerous: - High robustness - the optical bench in a fiber laser is the fiber itself -> no misalignment problem as in a classic laser,
Grande efficacité - par le guidage de la pompe et le recouvrement spatial entre la pompe et le signal amplifié, on peut obtenir des rendements électrique-optique jusqu'à deux fois plus importants que pour un laser solide pompé diodes. Meilleure répartition de la chaleur dans le milieu actif, ce qui réduit les problèmes liés à la gestion de la thermique Guidage du mode, ce qui permet d'obtenir un faisceau de grande qualité spatiale (faisceau monomode),High Efficiency - Through pump guidance and spatial overlap between the pump and the amplified signal, electrical-optical efficiencies up to twice as high as for a pumped solid diode laser can be achieved. Better distribution of heat in the active medium, which reduces the problems related to the management of thermal mode guidance, which allows to obtain a beam of high spatial quality (single mode beam),
Possibilité d'atteindre des gains considérables et de réaliser des amplificateurs efficaces,Ability to achieve significant gains and realize effective amplifiers,
Possibilité d'obtenir une émission à sécurité oculaire (1 ,5 μm) de très grande efficacité (fibres dopées Er), - Potentiellement bas coûtPossibility of obtaining an eye-safe emission (1, 5 μm) of very high efficiency (Er-doped fibers), - Potentially low cost
Ces avantages rendent les lasers à fibres optiques extrêmement attractifs pour les applications industrielles (découpe, usinage...) et optronique (Lidar, télémètres, illuminateur). Même si des résultats tout à fait remarquables ont déjà été validés avec des fibres monomodes, l'obtention de puissance encore plus grande va être rendue impossible par des problèmes de tenue au flux lumineux de la fibre monomode et l'apparition de phénomènes non linéaires parasites (effets Raman, Brillouin,...). Ces phénomènes parasites deviennent encore plus importants pour des systèmes Lidar dans lesquels la source laser fonctionne en régime impulsionnel, monomode spatial et mono-fréquence à grande finesse spectrale.These advantages make optical fiber lasers extremely attractive for industrial (cutting, machining ...) and optronic (Lidar, rangefinders, illuminator) applications. Even if quite remarkable results have already been validated with monomode fibers, obtaining even greater power will be made impossible by problems of resistance to the luminous flux of the single-mode fiber and the appearance of parasitic nonlinear phenomena (Raman effects, Brillouin, ...). These parasitic phenomena become even more important for Lidar systems in which the laser source operates in pulse mode, single-mode space and mono-frequency spectral finesse.
La réalisation de sources lasers à fibres optiques compactes pour les applications Lidar est par ailleurs de toute première importance pour les systèmes embarqués sur avions pour la détection de vortex et de turbulences, créés en particulier à proximité des pistes d'aéroports par des avions lors de leurs décollages et atterrissages (ce qui peut perturber les conditions de vol des avions qui les suivent et nécessite donc de les espacer fortement). Il y a donc aujourd'hui une réelle attente pour trouver des solutions innovantes permettant de s'affranchir de ces limitations.The development of compact optical fiber laser sources for Lidar applications is also of prime importance for aircraft-based systems for detecting vortices and turbulence, created especially near airport runways by aircraft during takeoffs and landings (which can disrupt the flight conditions of the planes that follow them and therefore require to space them strongly). So today there is a real wait to find innovative solutions to overcome these limitations.
On a déjà proposé l'utilisation des lasers de puissance à fibre amplificatrice à très grand cœur diamètre (>100 μm), très fortement multimode, en tant que dernier étage amplificateur. Le grand diamètre de la fibre permet de réduire l'intensité dans la fibre et d'éviter l'apparition des phénomènes non linéaires parasites. En revanche, le faisceau de sortie de la fibre est fortement multimode. Pour convertir le faisceau multimode en un faisceau monomode, il est possible d'utiliser des interactions non linéaires comme le mélange à deux ondes ou la conjugaison de phase. On connaît l'utilisation du mélange à deux ondes dans des matériaux photoréfractifs et la conjugaison de phase par diffusion Brillouin stimulée dans une fibre pour réaliser la conversion de mode. Mais ces deux techniques ne sont pas bien adaptées à l'application Lidar. En effet, les matériaux photoréfractifs ne sont pas encore bien optimisés à la longueur d'onde de 1 ,5 μm (zone de sécurité oculaire). Par ailleurs, le phénomène de conjugaison de phase Brillouin dans les fibres démarre sur un bruit réparti de façon aléatoire tout le long de la fibre (émission Brillouin spontanée). Cette répartition aléatoire du bruit a pour conséquence de renvoyer une onde conjuguée qui est fortement modulée temporellement, ce qui élargit spectralement l'émission laser et rend l'impulsion laser inutilisable pour un Lidar.It has already been proposed the use of power lasers fiber amplifying very large diameter (> 100 microns), very strongly multimode, as the last amplifier stage. The large diameter of the fiber makes it possible to reduce the intensity in the fiber and to avoid the appearance of parasitic non-linear phenomena. In contrast, the output beam of the fiber is highly multimode. To convert the multimode beam into a single-mode beam, it is possible to use nonlinear interactions such as two-wave mixing or phase conjugation. The use of the two-wave mixture in photorefractive materials and the stimulated Brillouin scattering phase conjugation in a fiber are known to achieve mode conversion. But these two techniques are not well adapted to the Lidar application. Indeed, the photorefractive materials are not yet well optimized at the wavelength of 1, 5 microns (ocular safety zone). Moreover, the phenomenon of Brillouin phase conjugation in the fibers starts on a noise distributed randomly all along the fiber (spontaneous Brillouin emission). This random distribution of the noise has the effect of returning a conjugate wave which is strongly temporally modulated, which broadens the laser emission spectrally and renders the laser pulse unusable for a Lidar.
La présente invention a pour objet procédé de production d'un faisceau laser de puissance permettant de produire un faisceau monomode de forte puissance (supérieure à 100 W) qui ne soit pas affecté de phénomènes parasites, en particulier non linéaires, et présentant une très faible largeur spectrale (inférieure à quelques MHz).The present invention relates to a method of producing a power laser beam for producing a single-mode beam of high power (greater than 100 W) which is not affected by parasitic phenomena, in particular non-linear, and having a very small spectral width (less than a few MHz).
La présente invention a également pour objet un dispositif de production d'un faisceau laser de puissance, permettant d'obtenir un faisceau ayant de très bonnes caractéristiques spectrale et temporelle, dispositif qui soit le plus léger et le moins encombrant possible.The present invention also relates to a device for producing a power laser beam, making it possible to obtain a beam having very good spectral and temporal characteristics, which device is the lightest and the least bulky possible.
Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'on amplifie le faisceau laser d'un oscillateur laser maître à l'aide d'une fibre optique amplificatrice à grand cœur, que l'on convertit le faisceau laser multimode ainsi amplifié en un faisceau monomode par mélange à deux ondes par effet Brillouin dans une fibre multimode. De façon avantageuse, ce mélange est effectué dans une fibre multimode à gradient d'indice.The method according to the invention is characterized in that the laser beam of a master laser oscillator is amplified with the aid of an amplifying optical fiber with a large core, which is converted into a multimode laser beam thus amplified. in a monomode beam by Brillouin-effect two-wave mixing in a multimode fiber. Advantageously, this mixing is carried out in a multimode gradient index fiber.
Le dispositif d'amplification de puissance conforme à l'invention est du type comportant un oscillateur maître suivi d'étages de préamplification , et il est caractérisé en ce qu'il comporte, à la sortie des étages de préamplification, une fibre amplificatrice de puissance multimode et un circuit en boucle comprenant un circulateur, une fibre optique multimode, un dispositif de filtrage spatial et un dispositif coupleur de sortie.The power amplification device according to the invention is of the type comprising a master oscillator followed by pre-amplification stages, and it is characterized in that it comprises, at the output of the preamplification stages, a power amplifying fiber. multimode and a loop circuit comprising a circulator, a multimode optical fiber, a spatial filtering device and an output coupler device.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel :The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which:
- la figure 1 est un bloc-diagramme simplifié d'une source laser de puissance conforme à l'invention, etFIG. 1 is a simplified block diagram of a power laser source according to the invention, and
- les figures 2 à 4 sont des blocs-diagrammes simplifié de variantes, conformes à l 'invention, de la source laser de la figure 1.FIGS. 2 to 4 are simplified block diagrams of variants according to the invention of the laser source of FIG. 1.
On a représenté sur la Figure 1 un oscillateur maître 1 avec ses préamplificateurs permettant d'atteindre une puissance (par exemple 1W) ou une énergie par impulsion suffisante pour pouvoir saturer l'étage amplificateur 2 qui le suit. L'ensemble des préamplificateurs de l'oscillateur 1 est avantageusement entièrement réalisé en fibres optiques amplificatrices dopées et peut inclure de façon bien connue en soi des isolateurs optiques et des filtres spectraux. A la sortie de l'ensemble 1 oscillateur maître+préamplificateurs, le faisceau est monomode spatial. L'amplificateur 2 est constitué par une fibre optique très fortement multimode avec un grand cœur (par exemple ayant un diamètre supérieur à 100 μm) pour éviter tous les phénomènes non linéaires parasites comme la diffusion Brillouin stimulée, ainsi que le dommage optique de la fibre. En revanche, le faisceau amplifié en sortie de ce dernier étage 2 est fortement multimode spatial. A la sortie de cette fibre 2, l'énergie optique est par exemple comprise entre 1 et 10 mJ. Afin de retrouver un faisceau monomode, nécessaire à la plupart des applications du type Lidar, l'invention propose d'utiliser une interaction de mélange à deux ondes par effet Brillouin dans une fibre optique multimode à conservation de mode fondamental, qui est, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une fibre optique à gradient d'indice (dite ci-après « fibre Gl ») par exemple. Il peut également être envisageable d'utiliser une fibre optique à saut d'indice (fibre SI) à la condition que le faisceau monomode soit capable de se propager sans déformation ni dépolarisation tout au long d'une telle fibre (ce que l'on peut obtenir, par exemple, lorsque cette fibre est maintenue parfaitement rectiligne). Pour simplifier les explications du fonctionnement des dispositifs des figures 1 à 3, on ne considérera ci-dessous qu'une fibre Gl, étant bien entendu que l'on pourra utiliser à sa place une fibre SI si l'on respecte la condition mentionnée ci- dessus. On a représenté en figure 1 un premier mode de réalisation d'un circuit optique 3 effectuant en particulier la conversion multimode-monomode et incorporant une fibre Gl référencée 4. Le circuit 3 se présente sous forme d'une boucle comportant essentiellement, outre la fibre optique 4, un circulateur 5 disposé à la sortie de la fibre amplificatrice multimode 2, un filtre spatial 6 et un coupleur de sortie 7. Dans le présent mode de réalisation, le circulateur 5 comporte une première lentille de collimation 8 dont le foyer objet est confondu avec la sortie de la fibre amplificatrice 2, un premier polariseur 9, un rotateur de Faraday 10, un deuxième polariseur 11 et une deuxième lentille de collimation 12 dont le foyer image est confondu avec une des extrémités de la fibre 4, extrémité référencée 4A. Le polariseur 9 fait également office de lame séparatrice. Une partie du faisceau qu'il reçoit de la lentille 8 est envoyée vers le rotateur 10, et l'autre est envoyée vers une lame demi-onde 13 suivie d'un polariseur-séparateur 14 constituant le coupleur 7 précité. A la suite du polariseur-séparateur 14, dans l'axe du faisceau provenant de la lame demi-onde 13, on dispose un miroir 15 qui renvoie la partie du faisceau issue du séparateur 14 dans la direction dudit axe vers le dispositif de filtrage spatial 6. Le filtre spatial 6 comporte, par exemple, une première lentille 16 au foyer image de laquelle est disposé un trou de filtrage 17, suivie d'une autre lentille de collimation 18 dont le foyer objet coïncide avec le foyer image de la lentille 16. La lentille 18 est suivie d'une lentille de focalisation 19 dont le foyer objet coïncide avec la deuxième extrémité, référencée 4B, de la fibre optique 4.FIG. 1 shows a master oscillator 1 with its preamplifiers making it possible to reach a power (for example 1W) or an energy per pulse sufficient to be able to saturate the amplifier stage 2 which follows it. The set of preamplifiers of the oscillator 1 is advantageously entirely made of doped amplifying optical fibers and may include, in a well known manner, optical isolators and spectral filters. At the output of the set 1 master oscillator + preamplifiers, the beam is single-mode space. The amplifier 2 consists of a very highly multimode optical fiber with a large heart (for example having a diameter greater than 100 microns) to avoid all nonlinear parasitic phenomena such as stimulated Brillouin scattering, as well as the optical damage of the fiber. On the other hand, the amplified beam at the output of this last stage 2 is highly multimode spatial. At the output of this fiber 2, the optical energy is for example between 1 and 10 mJ. In order to find a monomode beam, necessary for most Lidar type applications, the invention proposes to use a Brillouin effect two-wave mixing interaction in a multimode optical fiber with fundamental mode conservation, which is, according to a preferred embodiment of the invention, an index gradient optical fiber (hereinafter referred to as "Gl fiber") for example. It may also be possible to use an optical index jump fiber (SI fiber) provided that the single-mode beam is able to propagate without deformation or depolarization along such a fiber (what is can obtain, for example, when this fiber is kept perfectly straight). To simplify the explanations of the operation of the devices of FIGS. 1 to 3, only a fiber G 1 will be considered below, it being understood that it will be possible to use an IS fiber in its place if the condition mentioned therein is respected. - above. FIG. 1 shows a first embodiment of an optical circuit 3 performing in particular the multimode-monomode conversion and incorporating a fiber Gl referenced 4. The circuit 3 is in the form of a loop essentially comprising, in addition to the fiber 4, a circulator 5 disposed at the output of the multimode amplifying fiber 2, a spatial filter 6 and an output coupler 7. In the present embodiment, the circulator 5 comprises a first collimation lens 8 whose object focus is confused with the output of the amplifying fiber 2, a first polarizer 9, a Faraday rotator 10, a second polarizer 11 and a second collimation lens 12 whose focal point is coincidental with one of the ends of the fiber 4, end referenced 4A . The polarizer 9 also serves as a splitter blade. Part of the beam that it receives from the lens 8 is sent to the rotator 10, and the other is sent to a half-wave plate 13 followed by a polarizer-separator 14 constituting the aforementioned coupler 7. Following the polarizer-separator 14, in the axis of the beam coming from the half wave plate 13, a mirror 15 is provided which returns the portion of the beam from the separator 14 in the direction of said axis to the spatial filtering device 6. The spatial filter 6 comprises, for example, a first lens 16 at the focus of which is disposed a filtering hole 17, followed by another collimating lens 18 whose object focus coincides with the image focus of the lens 16. The lens 18 is followed by a focusing lens 19 whose object focus coincides with the second end, referenced 4B, of the optical fiber 4.
Dans le dispositif de la figure 1 , le faisceau multimode issu de la fibre amplificatrice à grand cœur 2 est injecté dans une fibre Gl 4 au moyen de lentilles (8 et 12) après être passé au travers de l'isolateur de Faraday formé du rotateur de Faraday (10) et des deux polariseurs (9 et 11). L'ensemble des éléments 8 à 12 constitue un circulateur. Les caractéristiques de la fibre Gl (ouverture numérique ONQI et diamètre de cœur DQI) sont choisis tels que ONG|χ DGI > ONampX Damp, où ONamp est l'ouverture numérique de la fibre amplificatrice 2 et Damp son diamètre. La longueur de la fibre Gl est choisie suffisamment grande pour que le seuil de l'effet Brillouin soit franchi dans cette fibre. Cette longueur peut être, par exemple, de plusieurs mètres.In the device of FIG. 1, the multimode beam coming from the large-core amplifying fiber 2 is injected into a fiber Gl 4 by means of lenses (8 and 12) after having passed through the rotator-shaped Faraday isolator. Faraday (10) and two polarizers (9 and 11). The set of elements 8 to 12 constitutes a circulator. The characteristics of the fiber Gl (numerical aperture ONQ I and core diameter DQ I ) are chosen such that ON G | χ D G I> ONampX D am p, where ON am p is the numerical aperture of the amplifying fiber 2 and D am p its diameter. The length of the fiber G 1 is chosen to be large enough for the threshold of the Brillouin effect to be crossed in this fiber. This length can be, for example, several meters.
Une propriété remarquable de l'effet Brillouin dans une fibre Gl suffisamment longue est que l'onde (dite onde Stokes), qui est créée dans la fibre Gl dans le sens de propagation inverse de celui de l'onde incidente (l'onde incidente est celle qui entre dans la fibre 4 par son extrémité 4A), est un mode unique de la fibre, alors que l'onde incidente est multimode. En revanche, le mode unique qui revient dans la fibre 4 par son extrémité 4B n'est pas forcément le mode fondamental gaussien que l'on désire mais peut être par exemple le mode LP11 , suivant les conditions de couplage du faisceau multimode incident dans la fibre Gl. Il s'agit donc de baisser le seuil du mode que l'on choisit par rapport aux autres modes. La solution de l'invention consiste à faire parcourir la boucle 3 par le mode fondamental uniquement en utilisant un filtre spatial. L'onde Stokes est réfléchie par le polariseur 9 puis, au moyen du miroir 15 et de la lentille 19 est réinjectée dans l'extrémité 4B de la fibre Gl. Pour n'injecter que le mode fondamental et ne favoriser que ce dernier, ledit filtre spatial, constitué dans le présent exemple de deux lentilles et d'un trou de filtrage, est inséré sur le trajet de l'onde Stokes. L'onde Stokes monomode injectée à l'extrémité 4B de la fibre va ensuite être amplifiée préférentiellement par l'onde incidente multimode via un processus de mélange à deux ondes. Ce processus peut être très efficace et l'onde incidente multimode peut transférer pratiquement toute son énergie à l'onde Stokes monomode ainsi créée avec un taux de conversion typique pouvant être supérieur à 90 %. Pour extraire l'onde monomode de système, il suffit d'insérer sur le trajet de l'onde Stokes une lame demi-onde (13) et un polariseur (14). Le réglage du rapport partie transmise/partie réfléchie de la lame demi-onde permet d'ajuster la fraction de l'onde qui est extraite hors du système (faisceau de sortie 20) et la fraction qui est réinjectée dans la boucle 3. Une étude théorique montre qu'une ré-injection d'environ 10 % de la puissance totale de l'onde Stokes peut être suffisante pour un fonctionnement optimal.A remarkable property of the Brillouin effect in a long enough fiber Gl is that the wave (called Stokes wave), which is created in the fiber G1 in the direction of propagation opposite to that of the incident wave (the incident wave is that which enters the fiber 4 by its end 4A), is a unique mode of the fiber, while the incident wave is multimode. On the other hand, the single mode which returns in the fiber 4 by its end 4B is not necessarily the Gaussian fundamental mode that one wishes but can be for example the LP11 mode, according to the conditions of coupling of the multimode beam incident in the fiber Gl. It is therefore a question of lowering the threshold of the mode that one chooses compared to the other modes. The solution of the invention is to browse the loop 3 by the fundamental mode only using a spatial filter. The Stokes wave is reflected by the polarizer 9 and, by means of the mirror 15 and the lens 19 is reinjected into the end 4B of the fiber G1. In order to inject only the fundamental mode and to favor only the latter, said spatial filter, constituted in this example by two lenses and a filtering hole, is inserted in the path of the Stokes wave. The monomode Stokes wave injected at the end 4B of the fiber will then be amplified preferentially by the multimode incident wave. via a two-wave mixing process. This process can be very efficient and the multimode incident wave can transfer substantially all of its energy to the monomode Stokes wave thus created with a typical conversion rate that can be greater than 90%. To extract the single-mode system wave, simply insert on the Stokes wave path a half-wave plate (13) and a polarizer (14). Adjusting the ratio transmitted part / reflected part of the half-wave plate makes it possible to adjust the fraction of the wave that is extracted out of the system (output beam 20) and the fraction that is fed back into the loop 3. A study theoretical shows that a re-injection of about 10% of the total power of the Stokes wave can be sufficient for optimal operation.
L'avantage du processus décrit ci-dessus est qu'il est complètement auto-adapté. En effet, pour un processus de mélange à deux ondes Brillouin, il faut que l'onde que l'on veut amplifier soit décalée en fréquence d'une quantité δvB par rapport à la fréquence v0 de l'onde incidente. δvB est appelé décalage Brillouin et est d'environ 15 GHz dans une fibre en silice. Ici, le décalage Brillouin est automatiquement obtenu car l'onde réinjectée à l'extrémité 4B de la fibre Gl n'est autre que l'onde Stokes obtenue par l'effet Brillouin stimulé et donc affectée du décalage en fréquence Brillouin. Dans le processus décrit ci-dessus, il faut n'injecter que le mode fondamental dans la boucle. Cela signifie qu'il faut placer très précisément le trou de filtrage 17 et le conjuguer parfaitement avec la Fibre Gl. On peut avantageusement remplacer le filtre spatial formé de deux lentilles et d'un trou de filtrage de la Figure 1 par une fibre monomode directement soudée à l'arrière de la fibre Gl comme le montre la figure 2.The advantage of the process described above is that it is completely self-adapted. Indeed, for a Brillouin two-wave mixing process, it is necessary that the wave that one wants to amplify is shifted in frequency by a quantity δv B with respect to the frequency v 0 of the incident wave. δv B is called Brillouin Shift and is about 15 GHz in a silica fiber. Here, the Brillouin shift is automatically obtained because the wave reinjected at the end 4B of the fiber G1 is none other than the Stokes wave obtained by the stimulated Brillouin effect and thus affected by the Brillouin frequency shift. In the process described above, you only need to inject the fundamental mode into the loop. This means that the filter hole 17 must be very precisely placed and perfectly conjugated with the Fiber Gl. It is advantageous to replace the spatial filter formed by two lenses and a filtering hole of FIG. 1 by a single-mode fiber directly welded to the back of the fiber G 1 as shown in FIG.
Dans la figure 2, les mêmes éléments que ceux de la figure 1 ont été affectés des mêmes références numériques. Ces mêmes éléments sont ceux référencés 1 à 5 et 7 à 15 ainsi que la lentille 19 qui suit directement le miroir 15. Au foyer image de la lentille 19, on dispose une extrémité d'une fibre optique monomode 21 dont l'autre extrémité est soudée (soudure 22) à l'extrémité 4B de la fibre 4.In Figure 2, the same elements as those of Figure 1 have been assigned the same reference numbers. These same elements are those referenced 1 to 5 and 7 to 15 and the lens 19 which directly follows the mirror 15. At the image focus of the lens 19, there is an end of a monomode optical fiber 21 whose other end is welded (welded 22) to the end 4B of the fiber 4.
L'intérêt de la fibre monomode est qu'elle effectue le filtrage sur les modes supérieurs et surtout qu'elle est alignée très précisément avec la Fibre Gl au moyen d'une soudure standard. Le couplage en entrée de la fibre monomode peut quant à lui être grossier: cela diminue l'efficacité mais ne risque pas d'exciter des modes supérieurs.The interest of the single-mode fiber is that it performs the filtering on the higher modes and especially that it is aligned very precisely with the Fiber Gl by means of a standard weld. The input coupling of the single-mode fiber can be coarse: it reduces the efficiency but does not risk not to excite higher modes.
Une autre amélioration consiste à recycler la partie dépolarisée du faisceau indicent multimode comme le montre la figure 3. Dans le dispositif de cette figure 3, on a repris tous les éléments du dispositif de la figure 2, qui ont les mêmes références numériques, et on a ajouté face au polariseur 9 un miroir 23, et face à la fois au miroir 24 et au polariseur 11 un miroir 24, ces deux miroirs étant disposés pour réfléchir une composante (« verticale » dans le cas présent) du faisceau multimode de la façon décrite ci-dessous.Another improvement is to recycle the depolarized portion of the multimode indicative beam as shown in FIG. 3. In the device of this FIG. 3, all the elements of the device of FIG. 2, which have the same reference numerals, have been taken up, and added to the polarizer 9 a mirror 23, and facing both the mirror 24 and the polarizer 11 a mirror 24, these two mirrors being arranged to reflect a component ("vertical" in this case) of the multimode beam of the way described below.
Dans cette architecture de la figure 3, le faisceau multimode et dépolarisé issu de la fibre amplificatrice à grand cœur est séparé en deux faisceaux ayant des polarisations orthogonales au moyen du polariseur 9. La composante polarisée horizontalement (dans le plan du dessin par exemple) passe au travers du polariseur 9 et du rotateur de Faraday RF puis est injectée dans la fibre 4. La composante polarisée verticalement (perpendiculairement au plan du dessin dans l'exemple) est réfléchie par le polariseur 9 et est renvoyée au moyen des deux miroirs 23, 24 sur le polariseur 11 pour être ensuite également injectée dans la fibre 4. Il convient de noter que l'onde Stokes monomode est polarisée horizontalement tout au long de la fibre, et que l'on compte sur la dépolarisation rapide des modes de l'onde incidente multimode pour que les deux polarisations de l'onde incidente puissent interférer avec l'onde Stokes. L'onde Stokes polarisée horizontalement passe au travers du polariseur 11 et du rotateur 10 et est réfléchie par le polariseur 9 en direction de la lame demi-onde 14. Si une fraction de l'onde Stokes venait à être polarisée verticalement, l'insertion d'un isolateur de Faraday entre les deux miroirs 23 et 24 serait nécessaire pour éviter tout retour dans la fibre amplificatrice qui risquerait d'endommager le système.In this architecture of FIG. 3, the multimode and depolarized beam from the large-core amplifying fiber is separated into two beams having orthogonal polarizations by means of the polarizer 9. The horizontally polarized component (in the plane of the drawing for example) passes through the polarizer 9 and the Faraday RF rotator and is then injected into the fiber 4. The vertically polarized component (perpendicular to the plane of the drawing in the example) is reflected by the polarizer 9 and is returned by means of the two mirrors 23, 24 on the polarizer 11 to be then also injected into the fiber 4. It should be noted that the monomode Stokes wave is horizontally polarized throughout the fiber, and that we rely on the rapid depolarization modes of the Multimode incident wave so that both polarizations of the incident wave can interfere with the Stokes wave. The horizontally polarized Stokes wave passes through the polarizer 11 and the rotator 10 and is reflected by the polarizer 9 in the direction of the half-wave plate 14. If a fraction of the Stokes wave were to be vertically polarized, the insertion a Faraday isolator between the two mirrors 23 and 24 would be necessary to avoid any return in the amplifying fiber which could damage the system.
On a représenté en figure 4 un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif de la figure 4 comporte un oscillateur maître 25 et des préamplificateurs 26 dont la sortie est suivie d'une fibre optique amplificatrice multimode 27. La fibre 27 est reliée à un circulateur 28 auquel est également reliée une extrémité d'une fibre optique Gl 29. L'autre extrémité de la fibre 29 est reliée à la sortie de l'oscillateur 25 par un dispositif de décalage en fréquence 30. A la sortie 31 du circulateur 28, on recueille un faisceau laser monomode amplifié. L'oscillateur 25 et les préamplificateurs 26 peuvent être les mêmes que ceux de l'ensemble 1 des modes de réalisation précédents. De même, les éléments 27, 28 et 29 peuvent être les mêmes que les éléments 2, 8 à 12, et 4, respectivement.FIG. 4 shows another embodiment of the device of the invention. This device of FIG. 4 comprises a master oscillator 25 and preamplifiers 26 whose output is followed by a multimode amplifying optical fiber 27. The fiber 27 is connected to a circulator 28 to which is also connected an end of an optical fiber G 1 29. The other end of the fiber 29 is connected to the output of the oscillator 25 by a frequency shift device 30. At the output 31 of the circulator 28, an amplified single-mode laser beam is collected. Oscillator 25 and the preamplifiers 26 may be the same as those of all 1 of the previous embodiments. Similarly, the elements 27, 28 and 29 may be the same as the elements 2, 8 to 12, and 4, respectively.
Selon le mode de réalisation de la figure 4, l'onde monomode injectée à l'arrière de la fibre Gl n'est pas l'onde Stokes mais une fraction de l'onde monomode issue directement de l'oscillateur maître 25. L'onde monomode ainsi injectée est ensuite amplifiée via mélange à deux ondes par effet Brillouin dans la fibre Gl 29 par le faisceau intense et multimode obtenu en sortie de la fibre amplificatrice 27. Pour que le mélange à deux ondes puisse fonctionner, il faut introduire un décalage en fréquence sur le faisceau monomode injecté à l'arrière de la fibre Gl 29. Ce décalage doit être égal au décalage Brillouin de la fibre Gl utilisée. Ce décalage en fréquence d'environ 10 à 15 GHz peut être obtenu au moyen d'un composant électro-optique comme un modulateur LJNbθ3 par exemple. La précision de ce décalage est d'environ 10 MHz à la longueur d'onde de 1 ,5 μm.According to the embodiment of FIG. 4, the monomode wave injected at the rear of the fiber G 1 is not the Stokes wave but a fraction of the monomode wave coming directly from the master oscillator 25. The monomode wave thus injected is then amplified by two-wave mixing by the Brillouin effect in the fiber Gl 29 by the intense and multimode beam obtained at the output of the amplifying fiber 27. In order for the two-wave mixture to function, an offset must be introduced. in frequency on the single-mode beam injected at the rear of the fiber Gl 29. This offset must be equal to the Brillouin shift of the fiber G 1 used. This frequency shift of about 10 to 15 GHz can be obtained by means of an electro-optical component such as a LJNbθ 3 modulator for example. The accuracy of this shift is about 10 MHz at the wavelength of 1.5 μm.
Ce dispositif de la figure 4 n'est donc pas auto-adaptatif comme l'était celui de la figure 3, mais présente l'avantage de pouvoir contrôler très précisément l'énergie ou la puissance du faisceau monomode que l'on injecte ainsi que ses caractéristiques temporelles (forme d'impulsion). Le dispositif de la figure 4 peut être entièrement réalisé en fibres optiques en utilisant des composants à fibres optiques tels que ceux développés pour les applications de télécommunication. En revanche, si ces composants n'ont pas une tenue au flux laser suffisante, le dispositif peut également être réalisé en espace libre. Le circulateur 28 en fibres optiques représenté sur la figure 4 peut par exemple être remplacé par un isolateur de Faraday comme sur la figure 3, et alors formé de deux polariseurs (9, 11) et d'un rotateur de Faraday (10). Le recyclage de la partie dépolarisée du faisceau incident multimode peut également avantageusement être réalisé dans cette variante, de la même façon que dans le dispositif de la figure 3. II est à noter que le faisceau monomode de référence prélevé après l'oscillateur maître 25 de la figure 4 peut également être prélevé après les étages de pré-amplification 26 si une énergie plus importante est nécessaire sur ce faisceau.This device of FIG. 4 is therefore not self-adaptive as was that of FIG. 3, but has the advantage of being able to very precisely control the energy or power of the single-mode beam that is injected as well as its temporal characteristics (pulse shape). The device of FIG. 4 can be entirely made of optical fibers using optical fiber components such as those developed for telecommunication applications. On the other hand, if these components do not have sufficient laser flux resistance, the device can also be made in free space. The optical fiber circulator 28 shown in FIG. 4 can for example be replaced by a Faraday isolator as in FIG. 3, and then formed of two polarizers (9, 11) and a Faraday rotator (10). The recycling of the depolarized part of the multimode incident beam can also advantageously be realized in this variant, in the same way as in the device of FIG. 3. It should be noted that the reference monomode beam taken after the master oscillator 25 Figure 4 can also be taken after the pre-amplification stages 26 if a higher energy is needed on this beam.
Cette architecture peut être sensible à toute variation en température, qui modifierait la valeur du décalage en fréquence. Pour s'affranchir de cette difficulté, il est possible d'ajouter un contrôle adaptatif du décalage en fréquence en pilotant le composant électro-optique au moyen d'une boucle de contre-réaction contrôlée par la puissance ou l'énergie du faisceau de sortie monomode. On va donner ci-dessous les paramètres importants de deux exemples de réalisation du dispositif de l'invention.This architecture can be sensitive to any variation in temperature, which would modify the value of the frequency offset. To get rid of this difficulty, it is possible to add adaptive control of the frequency offset by driving the electro-optical component by means of a feedback loop controlled by the power or energy of the single-mode output beam. The important parameters of two exemplary embodiments of the device of the invention will be given below.
1. Système fonctionnant à 1 ,5 μm utilisant des fibres dopées erbium, ytterbium pour application Lidar embarquée (détection de vortex et de turbulences) :1. System operating at 1.5 μm using erbium doped fibers, ytterbium for embedded Lidar application (detection of vortices and turbulence):
- Caractéristique du faisceau en sortie de l'ensemble « Oscillateur maître + pré-amplis fibres » : énergie 100 μJ durée d'impulsion : 400 ns faisceau monomode spatial et spectral polarisé- Characteristic of the beam at the output of the "master oscillator + fiber pre-amps" assembly: energy 100 μJ pulse duration: 400 ns single-mode spectral and polarized spectral beam
- Caractéristique du faisceau en sortie de l'amplificateur à fibre optique (fibre double cœur, diamètre du cœur dopé 100 μm, diamètre du cœur de pompe : 400 μm, longueur environ 3 m) : énergie 2 mJ durée d'impulsion : 300 ns multimode spatial et monomode spectral dépolarisé- Characteristic of the output beam of the optical fiber amplifier (double-core fiber, diameter of the 100 μm doped core, diameter of the pump core: 400 μm, length about 3 m): energy 2 mJ pulse duration: 300 ns spatial multimode and depolarized spectral monomode
- Caractéristiques de la fibre Gl : diamètre de cœur : 100 μm longueur : quelques dizaines de m- Characteristics of the fiber Gl: core diameter: 100 μm length: a few tens of meters
- Caractéristiques du faisceau en sortie du système : énergie 1 mJ (rendement total du système de conversion environ 50 %) durée d'impulsion : 300 ns monomode spatial et spectral polarisé- Characteristics of the beam at the output of the system: energy 1 mJ (total efficiency of the conversion system approximately 50%) pulse duration: 300 ns spatial monomode and spectral polarized
2. Système continu fonctionnant à 1 μm utilisant des fibres dopées ytterbium pour applications industrielles : - Caractéristiques du faisceau en sortie de l'ensemble «Oscillateur maître + pré-amplis en fibres optiques » : puissance 1W continue monomode spatial et spectral polarisé2. Continuous system operating at 1 μm using ytterbium doped fibers for industrial applications: - Characteristics of the output beam of the "master oscillator + fiber optic pre-amps" assembly: 1W continuous power polarized single-mode and spectral power
- Caractéristiques du faisceau en sortie de l'amplificateur à fibre (fibre double cœur, diamètre du cœur dopé 100 μm, diamètre du cœur de pompe : 800 μm, longueur environ 3 m) : puissance en sortie : 400W (pour environ 1 ,2 kW de pompe) multimode spatial et monomode spectral dépolarisé- Characteristics of the output beam of the fiber amplifier (dual-core fiber, diameter of the 100 μm doped core, diameter of the pump core: 800 μm, length approximately 3 m): output power: 400 W (for approximately 1, 2 pump kW) multimode spatial and single-mode spectral depolarized
- Caractéristiques de la fibre Gl : diamètre de cœur : 100 μm longueur : 30 m- Characteristics of the fiber Gl: core diameter: 100 μm length: 30 m
- Caractéristiques du faisceau en sortie du système : puissance 200 W continu (rendement total du système de conversion environ 50 %) monomode spatial et spectral polarisé - Characteristics of the beam at the output of the system: power 200 W continuous (total efficiency of the conversion system approximately 50%) polarized spatial and spectral monomode

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'un faisceau laser de puissance, caractérisé en ce que l'on amplifie le faisceau laser d'un oscillateur laser maître (1) à l'aide d'une fibre optique amplificatrice à grand cœur (2) , que l'on convertit le faisceau laser multimode ainsi amplifié en un faisceau monomode par mélange à deux ondes par effet Brillouin dans une fibre multimode (4).A method of producing a power laser beam, characterized in that the laser beam of a master laser oscillator (1) is amplified by means of a large-core amplifying optical fiber (2), that the multimode laser beam thus amplified is converted into a monomode beam by two-wave mixing by Brillouin effect in a multimode fiber (4).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le mélange à deux ondes par effet Brillouin est effectué dans une fibre multimode à gradient d'indice.2. Method according to claim 1, characterized in that the two-wave Brillouin effect mixture is performed in a multimode index gradient fiber.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le mélange à deux ondes par effet Brillouin est effectué dans une fibre multimode à saut d'indice.3. Method according to claim 1, characterized in that the Brillouin effect two-wave mixing is performed in a multimode index jump fiber.
4. Dispositif de production d'un faisceau laser de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte un oscillateur maître suivi d'étages de préamplification (1), une fibre amplificatrice de puissance multimode (2) et un circuit en boucle (3) comprenant un circulateur (8 à 12, 28), une fibre optique multimode (4, 29), un dispositif de filtrage spatial (6, 30) et un dispositif coupleur de sortie (14, 28).4. A device for producing a power laser beam, characterized in that it comprises a master oscillator followed by pre-amplification stages (1), a multimode power amplifying fiber (2) and a loop circuit (3). comprising a circulator (8 to 12, 28), a multimode optical fiber (4, 29), a spatial filtering device (6, 30) and an output coupler device (14, 28).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fibre optique multimode du circuit en boucle est du type à gradient d'indice.5. Device according to claim 4, characterized in that the multimode optical fiber of the loop circuit is of the index gradient type.
6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fibre optique multimode du circuit en boucle est du type à saut d'indice.6. Device according to claim 4, characterized in that the multimode optical fiber of the loop circuit is of the index jump type.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le filtre spatial comporte un trou de filtrage (17) et des lentilles de collimation (16, 18). 7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the spatial filter comprises a filter hole (17) and collimation lenses (16, 18).
8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le filtre spatial est constitué par une fibre optique monomode (21) soudée (22) à l'une des extrémités de la fibre multimode du circuit en boucle.8. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the spatial filter is constituted by a monomode optical fiber (21) welded (22) at one end of the multimode fiber of the loop circuit.
9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le circulateur comporte un rotateur de Faraday (10) disposé entre deux polariseurs (9, 11 ).9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the circulator comprises a Faraday rotator (10) disposed between two polarisers (9, 11).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte à l'entrée de la boucle un dispositif (23, 24) de recyclage de la partie dépolarisée du faisceau multimode provenant de la fibre amplificatrice.10. Device according to claim 9, characterized in that it comprises at the entrance of the loop a device (23, 24) for recycling the depolarized portion of the multimode beam from the amplifying fiber.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de recyclage comporte deux miroirs disposés chacun face à un des polariseurs du dispositif de recyclage.11. Device according to claim 10, characterized in that the recycling device comprises two mirrors each disposed facing one of the polarizers of the recycling device.
12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la boucle comporte un circulateur- coupleur de sortie (28), une fibre optique multimode (29), et un dispositif de filtrage spatial (30).12. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the loop comprises an output pump-coupler (28), a multimode optical fiber (29), and a spatial filtering device (30).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de filtrage spatial comporte un dispositif de décalage en fréquence (30) reliant l'oscillateur maître ou les préamplificateurs à la fibre optique multimode de la boucle. 13. Device according to claim 12, characterized in that the spatial filtering device comprises a frequency shift device (30) connecting the master oscillator or the preamplifiers to the multimode optical fiber of the loop.
PCT/EP2006/065979 2005-09-06 2006-09-04 Method for producing a power laser beam and device therefor WO2007028783A1 (en)

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