D. Bigourd, L. Lago et E. Hugonnot (CEA) A. Mussot, A. Kudlinski et M. Douay (PhLAM)cmdo.cnrs.fr/IMG/pdf/E_Hugonnot_Ampli_fibres.pdf · 2016. 4. 4. · E. Hugonnot CMDO 25/11/2010

1

Amplification Fibrée pour les pilotes des lasers de puissance

D. Bigourd, L. Lago et E. Hugonnot (CEA) A. Mussot, A. Kudlinski et M. Douay (PhLAM)

E. Hugonnot CMDO 25/11/2010

2E. Hugonnot CMDO 25/11/2010

• LMJ: 22 ensembles de 8 faisceaux nanosecondes

• PETAL: 1 faisceau picoseconde de 3.5kJ

Système deConversion de fréquence

et de Focalisation(SCF)

Transport

Mi4

Pilote

Section Amplificatric

e

Chambre

Schéma de détail

Système deConversion de fréquence

et de Focalisation(SCF)

Transport

Mi4

Pilote

Section Amplificatric

e

Chambre

Schéma de détail

Les lasers de puissance du CESTA

40 cm

40 cm

40 cm

40 cm

Section Amplificatrice

6kJ

3.2nm, 1.8ns

400x400 mm2

Pilote OPCPA

∆λ∆λ∆λ∆λ=8nm, ∆∆∆∆t=4.5ns

E>100mJ

40x40 mm 2

Compression

3.5kJ

500fs

Focalisation

1021W/cm 2


Vers Section Amplificatrice

MPA

Flash-pumpedNd:Glass rod

Diode-pumpedNd: Glass

PC

Amplificateur régénératif Amplificateur de puissance

AWG RF

AOMEOM PM YDFAYDFADFB

@1053nmYDFAYDFA

Source fibrée

Mise en Forme Spatiale active

Le pilote nanoseconde LMJ


Flash-pumpedNd:Glass rod

Diode-pumpedNd: Glass

PC

Amplificateur régénératif Amplificateur de puissance

Oscillateur femtoseconde

@1053nm

Etireur Öffner

AWG

AOMEOM YDFAYDFADFB

@1053nm

Source nanoseconde

MPA

2 LBO BBO

Doublage en fréquence

Source femtoseconde

Étages OPA

Pompens

Mise en Forme Spatiale active

OPCPA=CPA+OPA

Le pilote femtoseconde OPCPA de PETAL

E. Hugonnot, G. Deschaseaux, O. Hartmann and H. Coïc, Appl. Opt. 46, 8181 (2007)

S.A.


Intérêts des architectures fibrées

• Compacité, facilité d’utilisation, stabilité→→→→ amélioration de l’exploitabilité des pilotes

• Augmentation puissance moyenne →→→→ alignement, diagnostics, …

• Possibilité de réaliser des architectures modulaires

• Objectif: développement de « briques de base » pour la réalisation de pilotes (ns et fs) entièrement fibrés

• Premiers pas vers un driver laser entièrement fibréC. Labaune, D. Hulin, A. Galvanauskas and G. Mourou, Opt. Commun. 281, 4075 (2008)

Amplificateur Ybforte énergienanoseconde






Source nsMFT

MFSp


6

Amplification fibrée nanoseconde

DC-200/40-PZ-Yb

100 µm

DC-200/40-PZ-Yb

100 µm

Choix du milieu amplificateurForte énergie → fibre double gaine à gros cœurQualité de faisceau → fibre monomodeAmplification à 1053nm → dopage YtterbiumPolarisation linéaire →→→→ fibre PM ou PZCompacité, facilité d’utilisation, alignement→ fibre souple potentiellement intégrable

Objectif: évaluer les performances de l’amplification fibrée pour les pilotes ns


OI

AWG

F1

RF

OI

Signal

F2 AOMEOMPM YDFA1YDFA1DFB

@1053nmYDFA2YDFA2YDFA3YDFA3

• Mise en forme temporelle ajustable et taux de répéti tion variable

• Anti-Brillouin par modulation de phase 2 GHz

→→→→ Typiquement, impulsion mise en forme de 10nJ, 10ns@1 0 kHz

Source « type LMJ »

0

0,5

1

-10 -5 0 5 10

Temps (ns)

Pui

ssan

ce n

orm

alis

ée

0

0,5

1

-10 -5 0 5 10

Temps (ns)

Pui

ssan

ce n

orm

alis

ée

0

0,5

1

-10 -5 0 5 10

Temps (ns)

Pui

ssa

nce

nor

ma

lisée

0

0,5

1

-10 -5 0 5 10

Temps (ns)

Pui

ssa

nce

nor

ma

lisée


DM

OI

AWG

F1

RF

OI

Signal

F2

OI λ/2

Pré-ampli

DC-105/11-PM-Yb

AOMEOMPM YDFA1YDFA1DFB

@1053nm

LL

YDFA2YDFA2YDFA3YDFA3

L

L

Diode de Pompe @976nm

AOM

Préamplification µJ

DC-105/11/PM-Yb

50µm

DC-105/11/PM-Yb

50µm50µm

L. Lago, A. Mussot, M. Douay and E. Hugonnot, JOSA B 27, 2231 (2010)

En cours d’intégration (adaptateur de mode, combineur)


DM

OI

AWG

F1

RF

OI

Signal

F2

OI λ/2

Pré-ampli

λ/2 OI λ/2 L L

DC-200/40-PZ-Yb

DM Sortie

DC-105/11-PM-Yb

Amplicateur


@1053nm

LL


F3

LL

L



AOM

Amplification mJ

L. Lago, D. Bigourd, A. Mussot, M. Douay and E. Hugonnot, soumis (2010)


• Soudure embout

• Préparation au CESTA avec le soutien de la PLF (Alph anov)

DC-200/40-PZ-Yb

100 µm

DC-200/40-PZ-Yb

100 µm

Préparation fibre


• Calcul num érique basé sur les équations de taux

• Algorithme de contre réaction (m éthode de Gauss-Newton)

• Validation expérimentale avec préamplificateur

850 900 950 1000 1050 1100 11500

1000

2000

3000

Absorption Emission

Cro

ss-s

ectio

ns (10-

27 m

2 )

Wavelength (nm)

0 1 2 3 4 50

10

20

30

40

(a)

Simulation Experiments 0.6 W 0.6 W 0.8 W 0.8 W 1.0 W 1.0 W

Gai

n (d

B)

Fiber Length (m)

Pump Power

0 1 2 3 4 535

40

45

50

55

(b)

Pump PowerSimulation Experiments

0.6 W 0.6 W 0.8 W 0.8 W 1.0 W 1.0 W

O

SN

R (

dB)

Fiber Length (m)

Dimensionnement amplification

−=n

nn

nn dx

xd

nxL

)1(

!2

1)(

20

0,5

1

0 5 10 15 20 25 30

Temps (ns)

Puis

sanc

e no

rm.

Sortie inversée

Fit polynômes de l’impulsion de départ

Fonction amplification

Calcul d’erreur point à point

Ajustement des coefficients de polynôme en fonction de

l’erreur

IN

OUT

Écart à l’objectif ?

0

0,5

1

0 5 10 15 20 25 30

Temps (ns)

Pui

ssan

ce n

orm

.

0

0,5

1

0 5 10 15 20 25 30

Temps (ns)

Pui

ssan

ce n

orm

.


Préamplification µJ

L. Lago, A. Mussot, M. Douay and E. Hugonnot, JOSA B 27, 2231 (2010)

0 500 1000 15000

5

10

15

20

25

Simulation Experiment

(a)

Ene

rgy

(µJ)

Launched Pump Power (mW)0 500 1000 1500

40

42

44

46

48

50

Simulation Experiment

(b)

OS

NR

(dB

)

Launched Pump Power (mW)

1010 1020 1030 1040 1050 1060 1070 1080-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 Experiment Simulation Experiment with ASE filter

Nor

mal

ized

Inte

nsity

(dB

)

Wavelength (nm)-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

0,0

0,5

1,0

Experiment In Experiment Out Simulation In Simulation Out

(b)

Pow

er (

a.u.

)Time (ns)

10µJ@10kHz


0 2 4 6 8 100,0

0,5

1,0

1,5

2,0

1 mm

Pul

se E

nerg

y (m

J)

PRF (kHz)

-15 -10 -5 0 5 10 15

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Pow

er (

a.u.

)

Time (ns)

Amplification mJ

1000 1050 1100-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Inte

nsity

(dB

)Wavelength (nm)

10 kHz 1 kHz

L. Lago, D. Bigourd, A. Mussot, M. Douay and E. Hugonnot, soumis (2010)

15 W de pompeCalcul de précompensation

CW

pulsé


DM

OI

AWG

F1

RF

OI

Signal

F2

OI λ/2

Pré-ampli

λ/2 OI λ/2 L L

DC-200/40-PZ-Yb

DM Sortie

DC-105/11-PM-Yb

Amplicateur


@1053nm

LL


F3

LL

L



AOM

Amplification mJ,ns,kHz

• Réalisation d’un MOPA de haute énergie dans la gamme ns

• 0.43mJ@10kHz, forme temporelle parfaitement contrôlée

• 1.51mJ@1kHz, OSNR>50dB mais SPM et déformation pulse

Perspectives• rod-type, combinaison de faisceaux, pulse stacking, …

• Utilisation pour amplification dans le domaine femto seconde

15

Amplification fibrée femtoseconde

Objectif: réaliser un amplificateur fibré à fort contraste dans le domaine femtoseconde

IRCICA

DMOI λ/2

Preamplifier

λ/2 OI λ/2 L L

DC-200/40-PZ-Yb

DM Output

DC-105/11-PM-Yb

Power Amplifier

LL

F3

LL

L

Pump Diode @976nm

Pump Diode @976nm

Etireur Oscillateur fs


Pourquoi vouloir un fort contraste?

Section Amplificatrice

6kJ

3.2nm, 1.8ns

400x400 mm2

Pilote OPCPA

∆λ∆λ∆λ∆λ=8nm, ∆∆∆∆t=4.5ns

E>100mJ

40x40 mm 2

Compression

3.5kJ

500fs

Focalisation

1021W/cm 2

1020-1021 W/cm 2

Ionisation ≥1011 W/cm 2

→→→→ Utilisation de la technique OPCPA


PompeSynchronisation

Cristaux Non lineaires

χχχχ(2)

∼ ns

EtireurOscillateur fs Compresseur

ComplémentairePompe résiduelle

Phénomène instantanéPas d’ASE

C. Dorrer, ICUIL 2010

OPCPA

Amplification paramétrique d’impulsions à dérive en fréquenceA. Dubietis et al. Opt. Comm 88 , 437 (1992); I.N. Ross et al. Opt. Comm 144 , 125 (1997)


PompeSynchronisation

Cristaux Non lineaires

χχχχ(2)

∼ ns



OPCPA dans une fibre optique: FOPCPA


PompeSynchronisationχχχχ(3)

∼ ns




Mélange à 4 ondesFOPA

20E. Hugonnot CMDO 25/11/201020 oct. 2010JNOG 2010-Besançon

ωi ωωs ωp

signal

pump

idler∆Ω∆Ω

Condition d’accord de phase :

(κ =0, pour un gain max)

Avec un accord de phase linéaire :

pl Pk γκ 2+∆=

)(2)()( pisl kkkk ωωω ⋅−+=∆

Conservation de l’énergie : isp ωωω +=⋅2

M. E. Marhic, Cambridge university press, 2008

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

Dis

pers

ion

ps/n

m/k

m

Wavelength (nm)-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 800

5

10

15

20

25

30

35

40

λs - λp (nm)

Gai

n (d

B)

0=∆ lk

02 =+∆ Pkl γGain

exponentiel

Gain parabolique

Pp=5WL=200mγ=12W-1.km-1

FOPA: un processus non linéaire d’ordre 3


Proposition (pas de démonstration expérimentale)M. Hanna, F. Druon, P. Georges, Opt. Exp. , 14, 2783, 2006

Première réalisation expérimentale C. Caucheteur, D. Bigourd, E. Hugonnot, P. Szriftgiser, A. Kudlinski, M. Gonzalez-

Herraez, A. Mussot, Opt. Lett. , 35, 1786 (2010)


Longueur d’onde telecom (1.55 µm), domaine picoseconde, pompage CW


IRCICA

FOPCPA à 1 µm

• Passage à 1 µm →→→→ Nécessité d’utiliser une fibre microstructuréepour ajuster la courbe de dispersion qui entre en compte directement dans les conditions d’accord de phase.


D. Bigourd, L. Lago, A. Mussot, A. Kudlinski,J.F. Gleyze, E Hugonnot Opt. Lett. , 35 3480 (2010)

Pompeλλλλp=1065 nmPRF=10 kHz∆τ∆τ∆τ∆τ=10ns (FWHM)Pc=7W

Signalλλλλs=1053 nmPRF=77.76 MHz∆λ∆λ∆λ∆λ=16nm (au pied)∆τ∆τ∆τ∆τ=9ns (au pied)

FOPCPA à 1 µm





FOPCPA à 1 µm

Pompe FOPCPA

• MOPA Yb ns• DFB →→→→ Diode accordable





FOPCPA à 1 µm


Impulsion de 660 fs- Rétrécissement spectral par le gain (300 fs ↔ 5nm)- Dispersion (β3) de la fibre- Désaccord entre étireur/compresseur.

Gain supérieur à 30 dB sur 8 nm

FOPCPA à 1 µm


• Modélisation et optimisation performances en cours→→→→ grande influence de la longueur de la fibre

• Réalisation d’un système tout fibré→→→→ étirement par réseau de Bragg fibré chirpé (CFBG)→→→→ amplificateur nanoseconde forte énergie

FOPCPA à 1 µm: perspectives

Wavelength (nm)

Leng

th(m

)

Wavelength (nm)

Leng

th(m

)

28

Conclusion

Source nsMFT

MFSp


Fibres microstructurées → fort potentiel d’évolution des pilotes ns et fs

Brique de base → MOPA à fibres monomodes LMA dopées Ytterbium

Documents

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