Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente les principales techniques permettant de combiner des sources laser afin d’accroître leur puissance. En effet, il existe des méthodes adaptées pour additionner efficacement, c’est-à-dire avec les pertes les plus faibles possibles, les puissances de plusieurs sources laser. Les techniques de combinaison de lasers sont classées en deux grandes familles: les configurations incohérentes procédant par simple superposition de faisceaux, et les configurations cohérentes utilisant les interférences optiques entre faisceaux laser identiques pour les combiner. Toutes ces techniques sont décrites ici, ainsi que leur potentiel pour la montée en puissance des sources laser.
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This article presents the main techniques used to combine laser sources and increase their joint power. There are appropriate techniques to sum the powers from multiple laser sources efficiently, i.e. with low losses. Laser combining techniques fall into two main classes: incoherent setups based on simple overlap of laser beams, and coherent setups involving optical interferences between identical laser beams to combine them. All these techniques are described, and their potential to power-scale laser sources is assessed.
Auteur(s)
-
Pierre BOURDON : Chargé de mission « Laser de puissance pour la défense » Département d’Optique Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les lasers sont des sources de puissance lumineuse extrêmement intenses, utilisées couramment pour déposer de l’énergie à distance, que ce soit pour effectuer des mesures de paramètres physiques comme la distance, la vitesse d’un objet ou la concentration d’une molécule, ou pour interagir avec un matériau afin de modifier son état physique en le fondant ou le brûlant (par exemple pour la découpe de pièces métalliques par laser dans l’industrie automobile). Certaines applications militaires comme les armes laser utilisent un faisceau laser pour échauffer fortement une cible à distance dans le but de l’endommager ou même de la détruire. Quelle que soit l’application, la portée d’action du laser, la vitesse d’interaction ou la sensibilité et la précision pour les applications liées à la mesure peuvent être améliorées en utilisant des lasers plus puissants. Aussi cherche-t-on souvent à accroître la puissance émise par les sources laser.
Les lasers les plus puissants, les plus compacts et les plus efficaces aujourd’hui sont les lasers solides, ainsi appelés car le milieu générant la puissance lumineuse est sous forme solide : généralement un barreau cylindrique ou une plaque parallélépipédique. Les fibres optiques dopées constituent également des milieux solides de choix pour réaliser des sources laser compactes, robustes et efficaces. Cependant, ces milieux solides s’échauffent lorsqu’ils sont mis en œuvre, et leurs performances se dégradent si l’échauffement devient trop important, limitant ainsi leur montée en puissance. Dans les lasers à fibres où ces effets thermiques sont toutefois beaucoup moins limitants que dans les lasers solides à barreaux ou à plaques, des effets non linéaires viennent s’ajouter et limiter aussi la montée en puissance.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
Domaine : Électronique – Photonique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Laser, optique, électronique
Domaines d’application : Développement de sources laser et montée en puissance.
Contact : [email protected]
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
laser | coherence | combining
DOI (Digital Object Identifier)
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Sigles et symboles6. Glossaire
arme laser anti-structures ; anti-structure laser weapon
Système laser incluant un laser continu très forte puissance, multi-kilowatts, utilisé pour détruire ou endommager gravement, par échauffement de leur structure externe, des cibles distantes.
champ lointain ; far-field
Profil d’intensité d’un laser (ou plusieurs lasers dans le cas d’une combinaison) à une distance suffisamment grande de la sortie de la source d’émission pour que son profil spatial d’intensité lumineuse ait évolué jusqu’à stabilisation sous l’effet de la diffraction.
champ proche ; near-field
Profil d’intensité d’un laser (ou plusieurs lasers dans le cas d’une combinaison) juste en sortie de la source d’émission, avant que le faisceau laser ait pu se propager sur une distance suffisante pour voir son profil spatial d’intensité lumineuse évoluer sous l’effet de la diffraction.
cohérence ; coherence
Stabilité et unicité en longueur d’onde, polarisation et phase d’un faisceau laser.
combinaison cohérente ; coherent combining
Superposition additive par interférence de faisceaux laser partageant une même longueur d’onde et une même polarisation. Cela conduit à une nouvelle répartition de la puissance additionnée des sources laser dans les différents lobes de la figure d’interférence générée en champ lointain.
combinaison cohérente par contrôle actif de la phase ; coherent combining with active phase control
Combinaison de plusieurs lasers par interférences optiques, en contrôlant en temps réel leurs phases afin de maintenir en permanence des interférences constructives et une efficacité de combinaison maximale.
combinaison cohérente passive ; passive coherent combining
Couplage par un élément optique approprié de plusieurs milieux à gain laser afin de les forcer à s’auto-organiser pour additionner leurs puissances efficacement.
combinaison incohérente ; incoherent combining
Superposition additive de faisceaux laser sans interférence de ces faisceaux, donc sans modification de la répartition d’intensité lumineuse dans le faisceau.
combinaison spectrale ; spectral combining
Combinaison par multiplexage en longueur d’onde, c’est-à-dire par superposition spatiale à l’aide...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KLENKE (A.), BREITKOPF (S.), GOTTSCHALL (T.), EIDAM (T.), LIMPERT (J.), TÜNNERMANN (A.) - 4-channel coherently combined femtosecond fiber CPA system. - Conférence Photonics West 2013, p. 8601-8642 (2013).
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(2) - KIEL (D.H.) - Fiber lasers for surface Navy applications. - Conférence Photonics West 2010, p. 7580-7521 (2010).
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(3) - HANKLA (B.J.) - Navy laser weapon system (LaWS) prototype development and testing. - Conférence Photonics West 2011, p. 7915-7911 (2011).
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(4) - JUNG (M.) - The laser weapons program at Rheinmetall Combat Systems. - Research Meeting topic 2.3 « Laser and laser application », Institut Franco-Allemand de Saint-Louis (2013).
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(5) - MOHRING (B.), DIETRICH (S.), TASSINI (L.), PROTZ (R.), GEIDEK (F.), ZOZ (J.) - High-energy laser activities at MBDA Germany. - Proc. SPIE, 8733, 873304 (2013).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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...
Conférence SPIE – Photonics West : tous les ans à San Francisco http://spie.org/conferences-and-exhibitions/photonics-west
Conférence SPIE – Defense and Security : tous les ans aux États-Unis http://spie.org/conferences-and-exhibitions/defense--commercial-sensing
Conférence SPIE Europe –Security and Defense : tous les ans en Europe http://spie.org/conferences-and-exhibitions/security-and-defence
Conférence OSA – CLEO : tous les ans aux États-Unis http://www.cleoconference.org/home/
Conférence OSA – CLEO Europe : tous les deux ans (années impaires) en Allemagne http://www.cleoeurope.org/
Conférence OSA – CLEO Pacific Rim : tous les ans en Asie http://www.cleopacificrim.com/home/
Conférence OSA – ASSL : tous...
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