R´ esultats exp´ erimentaux en pr´ esence de gain

Le but premier du contrˆole du front d’onde en entr´ee de fibre multi-cœurs est la r´ealisation d’un amplificateur. Nous avons donc ´etudi´e la validit´e de notre technique de correction en pr´esence de gain dans la fibre.

II.4.3.1 Influence du gain sur le faisceau objet

Nous avons commenc´e par ´etudier l’influence du gain sur la polarisation et la phase spatiale du faisceau objet. Le taux d’extinction de la polarisation a ´et´e mesur´e en fonction de la puissance de pompe. Le sch´ema exp´erimental est tr`es simple : on place sur le trajet du faisceau objet, apr`es la lame quart d’onde, une lame demi-onde, un polariseur de Glan et un puissance-m`etre. On tourne ensuite la lame demi-onde et on rel`eve les valeurs maximale (Pmax) et minimale

(Pmin) de la puissance. Le taux d’extinction de la polarisation est alors donn´e par P_Pmax_max−P_+Pmin_min.

L’´evolution du taux d’extinction de la polarisation en fonction de la puissance de pompe est donn´e en figure II.55. La lame quart d’onde n’a pas besoin d’ˆetre r´eajust´ee entre chaque mesure. Ces mesures ont ´et´e r´ealis´ees avec la source laser continue, pour une puissance de sonde incidente de 12,9 mW. Au maximum de la puissance de pompe, une puissance d’environ 1 W sur le faisceau objet amplifi´e est mesur´ee. Comme nous le verrons dans la suite, cette puissance

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Chapitre II - Contrˆole du front d’onde dans les fibres multimodes et multi-cœurs par

holographie num´erique

de sortie relativement faible peut s’expliquer par le fait que nous travaillons `a 1064 nm, alors que le pic de gain de l’ytterbium est plutˆot aux alentours de 1040 nm.

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 T a u x d ’e x ti n c ti o n ( % ) P u i s s a n c e d e p o m p e ( W )

Figure II.55: Mesure du taux d’extinction de la polarisation en fonction de la puissance de pompe.

On constate que quelque soit la puissance de pompe, on peut r´ecup´erer une polarisation lin´eaire en sortie de fibre, avec un taux d’extinction moyen d’environ 85 %. Ceci permet de s’assurer que la d´epolarisation est tr`es faible dans cette fibre, et qu’elle ne d´epend pas de la puissance de pompe. Un autre param`etre tr`es important pour la correction de front d’onde par holographie dynamique est le maintien du profil de phase spatiale en pr´esence de gain. En effet, une modification du front d’onde avec le gain indiquerait la pr´esence d’un gain diff´erent sur les supermodes excit´es et impliquerait, de mani`ere similaire `a la fibre multimode `a saut d’indice, une incapacit´e `a corriger la phase du faisceau objet. Pour v´erifier que notre technique de correction est possible, nous avons relev´e les hologrammes obtenus sur la cam´era CCD 1 pour trois valeurs de puissance de pompe diff´erentes. Les r´esultats sont donn´es en figure II.56.

Figure II.56: Hologramme en fonction de la puissance de pompe. Les carr´es rouge indiquent la position des vortex optiques.

Les carr´es rouges indiquent la pr´esence de vortex optiques dans l’onde objet. La position de ces d´efauts de phase change tr`es peu avec la puissance de pompe, ce qui indique que la phase spatiale du faisceau corrig´e n’est pas ou peu modifi´ee en pr´esence de gain. De plus, la r´epartition d’intensit´e du faisceau objet reste ´egalement la mˆeme. La stabilit´e de l’intensit´e et de la phase avec la puissance de pompe montre alors que la d´ecomposition modale ne change pas. Cette exp´erience confirme que la fibre multi-cœurs est un bon candidat pour l’amplification d’un faisceau dont le front d’onde est g´en´er´e par holographie dynamique.

II.4.3.2 R´esultats exp´erimentaux avec la source laser continue V´erification de la conjugaison de phase

Partie II.4 - Correction par holographie dynamique dans une fibre multi-cœurs `a cœurs coupl´es 87

v´erifier le bon fonctionnement de la conjugaison de phase. Des franges d’interf´erences entre le faisceau corrig´e et le faisceau sonde sont obtenues, mais `a puissance de pompe maximale cette fois-ci (cf. figure II.57)

Figure II.57: Franges d’interf´erences entre le faisceau corrig´e en champ proche et le faisceau sonde `a puissance de pompe maximale. Gauche : correction sans pression. Centre : pression exerc´ee sur la fibre en arrˆetant la correction. Droite : la pression est maintenue et la correction fonctionne.

Comme dans le cas passif (sans gain), on v´erifie que la correction active fonctionne et permet de corriger des d´efauts de phase de type vortex optique, visible sur l’image centrale. Nous pouvons donc passer en r´egime impulsionnel pour ´etudier l’amplification des impulsions corrig´ees.

II.4.3.3 R´esultats exp´erimentaux en r´egime impulsionnel

Le principal int´erˆet du contrˆole de la phase est l’utilisation en r´egime impulsionnel o`u les puissances crˆetes atteintes peuvent exciter des effets non-lin´eaires. Nous avons donc r´eutilis´e la source impulsionnelle pr´ec´edemment d´ecrite pour r´ealiser un amplificateur dont le front d’onde inject´e est corrig´e.

V´erification de la conjugaison de phase

La premi`ere ´etape du processus de correction reste toujours la mˆeme : la v´erification de la conjugaison de phase avec l’exp´erience de la pression. Le fait qu’on utilise cette fois-ci une source impulsionnelle rend peu pratique l’observation des franges d’interf´erences entre la sonde et le faisceau corrig´e. Pour pallier ceci, nous avons ´evalu´e un pseudo-rapport de Strehl (cf. I.1.3) sur le champ lointain. Ce rapport est calcul´e de la mani`ere suivante : le profil d’intensit´e en champ proche est mesur´e et on calcule num´eriquement sa transform´ee de Fourier en supposant une phase spatiale plate. On obtient alors un champ lointain id´eal correspondant au cas o`u tous les cœurs sont en phase. Ce champ lointain calcul´e est compar´e au champ lointain mesur´e. Pour pouvoir effectuer cette comparaison, les deux images doivent avoir la mˆeme taille (en nombre de pixels). On r´e´echantillonne donc le champ calcul´e pour qu’il ait la mˆeme taille que le champ mesur´e. Cette taille est mesur´ee entre les lobes secondaires de diffraction qui apparaissent du fait de la disposition hexagonale des cœurs de la fibre. Une image exp´erimentale de “recalage” est donc n´ecessaire. Un exemple de ce type d’image est donn´e en figure II.58.

Figure II.58: Image de champ lointain de la fibre multi-cœurs utilis´ee pour corriger la taille du champ lointain calcul´ee. Les lobes secondaires servant au recalage sont encadr´es en rouge. Leur intensit´e ´etant beaucoup plus faible que celle du lobe central, celui est satur´e pour les faire apparaˆıtre.

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Chapitre II - Contrˆole du front d’onde dans les fibres multimodes et multi-cœurs par

holographie num´erique

Les r´esultats obtenus `a puissance de pompe maximale sont pr´esent´es en figure II.59.

Correction active ON Correction active

OFF Correction active ON

Pas de pression Pression sur la fibre Pression sur la fibre

Champ proche Champ lointain mesur´e Champ lointain calcul´e Rapport de Strehl 65 % 29 % 59 %

Figure II.59: Mesure du rapport de Strehl `a puissance de pompe maximale pour la fibre multi-cœurs amplificatrice.

Les profils d’intensit´e obtenus en champ proche dans les cas corrig´es sont proches d’un super- mode fondamental avec un cœur central fort et des cœurs p´eriph´eriques avec moins d’intensit´e. Cependant, les profils d’intensit´e ne sont pas centr´es sur le cœur central. Puisque la correction par holographie dynamique g´en`ere n´ecessairement le conjugu´e du faisceau sonde, cela signifie que le faisceau sonde n’´etait pas centr´e sur le cœur central de la fibre. Dans le cas o`u une pression est appliqu´ee sans correction, le fait que le champ lointain soit bi-lobe atteste que les diff´erents cœurs ne sont pas en phase et la valeur relativement faible du rapport de Strehl confirme ceci. Lorsque la correction active fonctionne, le rapport de Strehl est am´elior´e d’un facteur 2.

Caract´eristique en puissance

Comme avec la source continue, nous avons relev´e la caract´eristique en puissance de l’amplifica- teur (cf. figure II.60). Les profils d’intensit´e en champ proche et en champ lointain sont donn´es pour trois valeurs de puissance de pompe diff´erentes. La puissance inject´ee dans l’amplificateur est cette fois-ci de 700 µW.

Partie II.4 - Correction par holographie dynamique dans une fibre multi-cœurs `a cœurs coupl´es 89

Figure II.60: Puissance et gain sur le faisceau corrig´e en r´egime impulsionnel.

Un gain maximal de 23 dB a ´et´e obtenu, correspondant `a une puissance moyenne de 170 mW. Les profils d’intensit´e en champ lointain montrent que la correction du front d’onde est main- tenue sur toute la plage de gain. Le gain obtenu est relativement modeste pour une fibre dop´ee ytterbium. Ceci peut en partie s’expliquer par le fait que le faisceau amplifi´e a une longueur d’onde de 1064 nm, alors que le maximum du gain de la fibre est plutˆot situ´e autour de 1040 nm, comme le montre le spectre d’ASE relev´e en fin de fibre et repr´esent´e en figure II.61.

1 0 0 0 1 0 2 0 1 0 4 0 1 0 6 0 1 0 8 0 1 1 0 0 1 1 2 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 In te ns ité (d B) L o n g u e u r d ’ o n d e ( n m )

Figure II.61: Spectre d’´emission spontan´ee amplifi´ee en sortie de fibre multi-cœurs `a puissance de pompe maximale.

On constate ainsi une diff´erence d’environ 10 dB entre l’intensit´e ´emise `a 1040 nm et celle ´emise `

a 1064 nm. Cette d´emonstration de principe montre donc qu’un contrˆole du front d’onde en r´egime impulsionnel dans une fibre multi-cœurs est possible et permet une amplification d’un faisceau avec un profil monomode spatial en sortie sur une plage de gain sup´erieure `a 20 dB.