Assemblage du laser

Étant donné la simplicité intrinsèque du design « sans » épissure, il y a peu de composants critiques à réaliser pour compléter l’assemblage. En effet, seulement une épissure d’injection des pompes est nécessaire pour avoir un laser fonctionnel. Toutefois, des raisons pratiques compliquent légèrement l’assemblage, puisqu’un câble de livraison et un éjecteur de pompe doivent être inclus dans le montage afin de protéger les différents équipements lors de l’émission laser.

5.2.1 Réseaux de Bragg inscrits

En tout premier lieu, une préparation optimale de la fibre optique doit être réalisée avant l’inscription des FBG par laser femtoseconde. Les étapes de dégainage et de nettoyage sont réalisées selon les procédés développés par TeraXion, avant que le module présenté à la Figure 5.1 ne soit transporté à l’Université Laval pour l’inscription des réseaux de Bragg dans la fibre de gain. Les spectres du HR-FBG en transmission et en réflectivité sont présentés à la Figure 5.2. Il est centré à 1079,24 nm et a une largeur de 3,43 nm (de 1077,52 nm à 1080,96 nm).

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Figure 5.2 : Réponse spectrale du HR-FBG après vieillissement à 410 °C pendant 40 minutes. On peut apercevoir en transmission (rouge) différents plateaux, qui correspondent à la réponse multimode du FBG. Le HR-FBG a été vieilli à 410 °C pendant 40 minutes au total, ce qui n’est pas exactement la recette qui a été développée précédemment (30 minutes à 400 °C). Lors des premiers tests, il a été remarqué qu’une faible portion du réseau avait un échauffement très grand lorsqu’un signal était transmis dans le cœur de la fibre. En fait, les HR-FBG inscrits étaient physiquement trop longs pour la zone efficace du four de vieillissement et il a donc fallu adapter le procédé pour vieillir deux positions successives pendant 20 minutes chacune dans le four. La pente thermique obtenue avec cette recette de vieillissement était sous la valeur critique en convection naturelle de 2,11 °C/W, soit à 1,5 °C/W.

Du côté du LR-FBG, aucun déplacement transversal n’est fait lors de l’inscription, ce qui génère un FBG de la largeur du faisceau laser femtoseconde incident, soit de 11 mm à 1/e2, de forme gaussienne. Le spectre du LR-FBG est présenté à la Figure 5.3. Il est centré à 1079.37 nm et a une largeur spectrale à mi-hauteur de 0,88 nm. À la Figure 5.4, un zoom sur l’axe de l’intensité est effectué pour mesurer plus précisément la réflectivité du LR-FBG, car cedernier est faiblement réfléchissant. On y voit aux courtes longueurs d’onde l’absorption de l’ytterbium dans

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la fibre, ainsi que les oscillations créées par le battement entre les différents modes propagés dans la fibre [81]. La réflectivité du LR est mesurée à (12 ± 1) %. La nature multimode de la fibre et l’absorption de l’ytterbium rend la caractérisation spectrale du LR en transmission difficile. Une fois inscrits et vieillis, les FBG doivent être conditionnés de manière appropriée afin d’être utilisables à haute puissance. Ainsi, ils sont nettoyés avant d’être placés minutieusement dans les sillons de refroidissement, puis ils sont fixés avec un polymère de bas indice qui est polymérisé par irradiation UV. En plus d’assurer un guidage optimal de la puissance pompe et de servir de fixation, le polymère crée un contact thermique fort et essentiel entre la fibre et la plaque de refroidissement, qui permet d’opérer la cavité laser à haute puissance en minimisant les risques de bris.

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Figure 5.3 : Réponse spectrale du LR-FBG en réflexion (bleu) et en transmission (rouge).

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5.2.2 Épissures

Pour injecter les pompes du côté du HR-FBG, une épissure quasi-parfaite entre la fibre du combinateur et la fibre de gain doit être réalisée étant donné la forte brillance du pompage requis. Ainsi, il est nécessaire d’injecter un signal à 1300 nm par la branche de sortie du combinateur et de détecter la puissance transmise à la sortie avec une photodiode. En procédant ainsi, il est possible d’utiliser une fusionneuse à arc électrique Fujikura FSM 100-P en mode d’alignement manuel pour optimiser le signal transmis de façon active et ainsi s’assurer de l’excellente qualité de l’épissure, en respectant la méthode présentée dans [51]. La réalisation de dégainages et de clives de très grande qualité est essentielle à la réussite de cette étape. À la sortie du laser, côté LR-FBG, une épissure entre la fibre de gain et une fibre passive est réalisée avec la même méthode qui permet d’acheminer la puissance vers le câble de livraison.

Par ailleurs, une difficulté de réalisation de ce type de cavité laser est qu’il est primordial que l’épissure d’injection des pompes soit le plus près possible du HR-FBG afin de limiter autant que possible la longueur du segment parasite de fibre, tel qu’illustré à la Figure 5.5. La longueur de ce segment de fibre doit être minimisée, car la fibre de gain sera très fortement pompée à cet endroit et il y aura de la puissance laser émise en direction inverse puisque le HR-FBG retournera une certaine partie de cette puissance. Ainsi, afin de ne pas nuire à l’efficacité laser et d’éviter les bris potentiels, il est important de ne pas créer une cavité laser parasite émettant en direction opposée, entre le HR-FBG et la branche externe du combinateur, tel qu’illustrée à la Figure 5.5. En plus de faire l’épissure d’injection des pompes aussi près que possible du réseau HR, la branche de sortie du combinateur est clivée à angle (11,5°) pour minimiser la réinjection de signal autant que possible et ainsi minimiser le gain de cette section pour éviter l’effet laser.

En raison de la courte longueur de fibre en jeu, les manipulations nécessaires à la réalisation des épissures sont très difficiles, car il faut installer la fibre dans les équipements tels que la fusionneuse à arc, le tout sans endommager ni contaminer le HR-FBG et sa fenêtre de dégainage. Qui plus est, la longueur minimale de fibre fait en sorte qu’il est impossible de simplement refaire une fusion qui aurait un échauffement trop élevée sans refaire tout le processus d’inscription de FBG, rendant l’assemblage du laser encore plus laborieux.

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Figure 5.5 : Schéma de laser sans épissure réalisé en laboratoire