LE DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL ET LES OUTILS DE CARACTÉRISATION

Dispositif expérimental : diode de pompe et cavité utilisée

La diode de pompe Nous avons choisi une diode fibrée de puissance. La lumière émanant d’une barrette d’émetteurs élémentaires (de dimension totale 1 µm Notons au passage que la brillance n’est pas toujours le paramètre qui compte : par exemple dans les architectures de pompage de type « disque mince » (où le cristal a une épaisseur de quelques centaines de microns seulement) [Giesen 94], la brillance a moins d’importance puisque la pompe ne diverge pas à l’intérieur du disque mince. Nous avons été amenés à utiliser deux diodes de pompe différentes au cours de cette étude2 . La diode Optopower3 (maintenant Spectra Physics semiconductor lasers) est une diode de puissance nominale 10 Watts (à 976 nm), que l’on récolte à la sortie d’une fibre de 250 µm de diamètre de cœur, et d’ouverture numérique O.N. = 0.22. La diode LIMO (HLU15F200-980 de LIMO GmbH, Allemagne) émet quant à elle une puissance nominale de 15 Watts (à 976 nm) en sortie d’une fibre de 200 µm de diamètre de cœur, et d’ouverture numérique O.N. = 0.22. Cette deuxième diode est donc, d’après l’éq. II.1, 2.4 fois plus brillante que la première.

La cavité 

. Description Nous avons utilisé une cavité linéaire à 3 miroirs (dite « cavité en V »), comme le montrent le schéma II.1.2 et la photo II.2. Le miroir M1 est un miroir plan dichroïque (fourni par la société Layertec GmbH) hautement réfléchissant entre 1020 et 1200 nm (on notera HR 1020-1200 nm dans la suite), et traité antireflet jusqu’à 980 nm environ. Ces miroirs sont délicats à réaliser car les deux longueurs d’onde limite (980 et 1020 nm) sont très proches. Le miroir M2 est un miroir de repli plan-concave (ou un ménisque), de rayon de courbure R (qui vaut 100 ou 200 mm). Il est également dichroïque HR 1020-1200 HT 980 nm (voir après). Le miroir M3 est le miroir de sortie, il est plan. Nous disposons d’un jeu de miroirs de sortie de transmissions 0.5 – 1 – 2 – 4 – 6 – 8 -10 -20 – 30 – 40 – 50 %, à une longueur d’onde centrale de 1047 nm, et sur un intervalle spectral de 100 nm environ. Le choix de la meilleure transmission du miroir de sortie fait partie de la démarche d’optimisation des performances.

Pourquoi utilise-t-on une cavité à trois miroirs plutôt qu’une simple cavité plan-concave ?

On peut évoquer trois raisons : n Tout retour direct de lumière issue de la diode dans sa propre jonction peut être fatal (on estime généralement que si 10 % du flux est redirigé dans la jonction, il y a risque de claquage). Si l’on avait utilisé une cavité plan-concave par exemple, le miroir sphérique, qui aurait également fait office de coupleur de sortie, aurait nécessairement été réfléchissant à 980 nm. Puisque le cristal n’absorbe pas 100 % de la pompe, les risques de retour ne sont pas négligeables. On utilise donc un miroir de repli qui a le même traitement dichroïque que le miroir M1 (HT 980 ; HR 1020-1200 nm) : cela permet en outre de mesurer très facilement la puissance absorbée en présence d’effet laser (voir § II.2) ; o Comme le montre la figure II.1.2 une cavité à trois miroirs offre trois distances ajustables à l’utilisateur (dénommées l0, l1, l2). Cela permet une grande flexibilité si l’on est amené à modifier la taille du faisceau de cavité soit sur le cristal, soit sur l’un des miroirs ; p Enfin, la présence d’un bras collimaté entre M2 et M3 permet l’insertion dans la cavité d’éléments qui n’ont pas de puissance dioptrique (prisme, filtre de Lyot, lame à faces parallèles pour mesurer le gain), sans modifier par ailleurs les propriétés de la cavité. Le cristal est fixé dans un support de cuivre qui le maintient par trois de ses faces (voir photos I.1 & I.2 page 16). Pour augmenter la qualité du contact thermique, on insère le plus souvent une feuille d’indium entre le cristal et le cuivre. L’évacuation de la chaleur est assurée par de l’eau maintenue à une température constante (15°C), qui circule en circuit fermé dans le bloc de cuivre (ainsi que dans la diode). Les aspects liés au refroidissement seront traités plus en détail dans la seconde partie, au § I.2.5.