Vieillissement des fibres

Il est important de prendre en considération le vieillissement des fibres dans la conception d’une chaine laser destinée à fonctionner quotidiennement. Nous avons en effet constaté que la qualité des fibres que nous utilisons se dégrade de différentes manières au cours du temps.

Un des premiers facteur de vieillissement est le photonoircissement. Il s’agit d’une augmentation anormalement importante du taux d’absorption du coeur actif de la fibre. Ce phénomène concerne généralement des fibres fortement pompées. Dans ce cas, les ions Ytterbium présents dans la matrice de Silice migrent vers le centre de la fibre en augmentant ainsi leur concentration locale. La vitesse de ce processus accélère avec le pompage, et le dopage de la fibre [92]. Expérimentalement, nous avons observé ce problème sur les fibres 40/200µm utilisées dans les préamplificateurs. En effet, au cours des trois dernières années, il a fallu changer deux fois la fibre du premier préamplificateur, une fois celle du second, et une fois celle du troisième, car leurs performances ne cessaient ne diminuer. Cependant, précisons qu’il existe aujourd’hui des méthodes pour inverser ce processus de photonoircissement, en exposant notamment une fibre photonoircie à de la lumière ultraviolette ou visible [93].

D’autre part, après avoir constaté une baisse importante de la puissance, et une forte dégrada- tion de la qualité du mode amplifié en sortie d’une des fibres barreaux 80/200µm que nous utilisions très régulièrement (Ancien Femto+), nous avons observé les faces de cette fibre au microscope. Il apparait, sur la face placée du côté de la pompe (voir figure 2.50(a)), une structure hexagonale anormale localisée dans le coeur de la fibre, et bien en dehors de son axe. En changeant la profon-

(a) (b)

FIGURE2.50 – Observation au microscope du vieillissement de la fibre Ancien Femto+ la plus utilisée. Photo de la face se trouvant en routine : (a) du côté de la pompe, (b) côté du signal.

deur de champ du microscope, pour observer non plus la face de la fibre mais l’intérieur de celle-ci, nous constatons que l’image de cette structure devient peu à peu floue jusqu’à disparaître complète- ment. Cependant, en réalisant un polissage de cette face, nous n’avons observé aucun changement, ce qui laisse penser que cette structure s’étend sur une certaine profondeur. De plus, la photo de la face placée du côté du signal visible sur la figure 2.50(b), ne montre quant à elle aucune structure similaire, et prouve bien que ce phénomène est certainement liée au pompage de la fibre.

Pour essayer de mieux diagnostiquer le problème, nous avons placé une caméra CCD à la sortie de cette amplificateur à forte puissance comme illustré sur la figure 2.51. Ceci afin de mesurer le profil spatial du faisceau dans différentes configurations.

Diode Limo 200W λ/2 λ/4 Lame 50/50 à 1030nm 2W 1W 3ième _{étage de} préamplification fibre barreau 80/200µm Caméra CCD Face côté signal Face côté pompe

FIGURE2.51 – Montage optique destiné à l’observation du profil spatial sortant de l’amplificateur à forte puissance. La fibre barreau est tournée tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre, de façon à observer l’influence de la face « structurée » sur le profil spatial.

La figure 2.52(a) représente le profil d’ASE observé lorsqu’aucun signal n’est injecté dans la fibre. Nous constatons qu’il présente 6 lobes satellites formant une étoile autour d’un faisceau central plus intense, et de petite taille. Afin de comparer, nous avons inversé les faces de la fibre de manière à avoir le côté où se trouve la structure anormale du côté du signal. Le résultat est alors flagrant :

(a) (b)

(c) (d)

FIGURE2.52 – Etude du vieillissement de la fibre Ancien Femto+ : profils d’intensité mesurés à la sortie de l’amplificateur à forte puissance. (a) ASE, face « structurée » placé du côté pompe. (b) ASE, face « structurée » placée du côté signal. (c) Signal amplifié, face « structurée » placée du côté pompe. (d) Signal amplifié, face « structurée » placée du côté signal. L’échelle est la même sur les quatre figures.

nous voyons sur la figure 2.52(b) que le profil d’ASE retrouve une taille et une forme hexagonale normale.

Par la suite, les mêmes acquisitions ont été reproduites en injectant le signal dans l’amplificateur à forte puissance. La figure 2.52(c) montre le profil observé lorsque la face « structurée » de la fibre est placée du côté de la pompe. A nouveau, se présente une forme composée d’un faisceau central et de 6 lobes satellites. Cette observation est très semblable à celle de la figure 2.52(a). Nous pensons que ces deux profils sont le résultat d’une diffraction du signal amplifiée (et de l’ASE) sur la structure anormale, située dans ces deux cas, du côté de la pompe.

De plus, sur la figure 2.52(d) montrant le profil lorsque la face « structurée » est placée du côté du signal, nous voyons un petit faisceau au centre entouré d’une couronne moins intense. Pareillement, cette forme peut s’expliquer par la diffraction du faisceau sur la « structure » située à l’entrée de la fibre, empêchant l’injection correcte du signal donnant lieu à un profil spatial monomode.

Pour finir, nous avons clivé la fibre sur environ 1cm du côté où la face était structurée. Après avoir refusionné et poli cette face à l’arc électrique, nous avons vérifié son aspect au microscope (voir figure 2.53(a)). La structure hexagonale persiste encore un peu, cependant elle est bien moins

(a)

(b) (c)

FIGURE 2.53 – Clivage de la fibre pour diminuer les effets du vieillissement. (a) Photo de la face « structurée » après retrait d’un centimètre de longueur par clivage, puis refusion et polissage à l’arc électrique. (b) Profil d’ASE mesuré du côté de la pompe. (c) Profil d’ASE mesurée du côté opposé à la pompe.

visible. Après avoir remis en place la fibre barreau sur le montage optique de telle sorte que la face toujours légèrement « structurée » soit du côté pompe, nous avons remesuré le profil d’ASE à la sortie de l’amplificateur (voir figure 2.53(b)), ainsi qu’à l’entrée (voir figure 2.53(c)). Chacun d’eux présente à nouveau une forme hexagonale habituelle pour ce type de fibre.