Ces travaux concernent le développement d’un amplificateur à fibre optique souple, microstructurée, double-gaine, dopée ytterbium (Yb), et monomode à large coeur, dans la gamme d’impulsion nanoseconde, multi-kiloHertz et milliJoule, pour l’injection de chaînes lasers de puissance. L’architecture amplificatrice est mise en oeuvre dans une configuration MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) à plusieurs étages. Un modèle numérique de l’amplification sur fibre double-gaine dopée Yb, incluant l’émission spontanée amplifiée, a été développé pour étudier le comportement de ce type d’amplificateur fibré et procéder au dimensionnement du dispositif expérimental. Afin de s’affranchir du processus de saturation par le gain, un algorithme de contre-réaction permettant de déterminer numériquement la forme temporelle optimale a été associé au modèle. Nous avons obtenu des résultats expérimentaux en bon accord avec les simulations numériques, et avec les performances suivantes : une énergie de 0.5 mJ par impulsion à une fréquence de répétition dans la gamme de 1 kHz à 10 kHz, sur des impulsions à spectre étroit centré à la longueur d’onde 1053 nm, à profil temporel super-gaussien d’ordre 20 de durée 10 ns, avec un rapport signal-sur-bruit optique supérieur à 50 dB et un taux de maintien de la polarisation à 20 dB. Le profil spatial en sortie de système est monomode (M²=1.1). Ce dispositif peut également délivrer des énergies jusqu’à 1.5 mJ. Nous avons ensuite mis à profit ces performances pour l’amplification d’impulsions à dérive de fréquence, et avons obtenu une énergie par impulsion de 0.7 mJ sur une durée de 570 fs, à une fréquence de répétition de 10 kHz. / This work concerns the development of a double-clad ytterbium-doped single-mode microstructured flexible fiber-based amplifier, in the nanosecond, multi-kiloHertz and milliJoule regime, for large-scale laser facilities seeding. We have used a multi-stage master oscillator power amplifier fibered architecture. A numerical model of ytterbium-doped double-clad fiber-based amplification, including amplified spontaneous emission, was developed in order to study the behaviour of such amplifier and to correctly design the experimental set-up. This model was completed by a feed-back algorithm to numerically predict the optimal temporal shape to compensate the gain saturation process. We demonstrated experimental results in good agreement with numerical simulations, with the following performances: 0.5 mJ pulse energy, at a frequency repetition from 1 kHz to 10 kHz, with a narrow bandwidth spectrum centred at 1053 nm wavelength, with 10 ns pulse duration on a perfect super-Gaussian temporal profile, an optical signal-to-noise ratio better than 50 dB and a polarization extinction ratio of 20 dB. We checked that the beam quality was diffraction limited, with an M² measurement of 1.1. Moreover, the system can deliver energies up to 1.5 mJ. Then, we took the advantage of such results to amplify chirped pulses. We demonstrated 0.7 mJ pulse energy, with 570 fs duration at 10 kHz repetition frequency.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la réponse aux radiations d'amplificateurs à fibre optiques dopées Er 3+ et Yb3+. Ces dispositifs fonctionnant à 1,5 µm ont été conçus pour des applications spatiales et l'évaluation de leurs performances revêt d’une importance capitale dans un tel environnement hostile. Deux traitements, le chargement en H2 et le co-dopage au Ce du cœur de la fibre, ont été étudiés comme solutions de durcissement aux radiations. Une étude spectroscopique a permis d’approfondir la connaissance des mécanismes physiques de base responsables de la dégradation de ces composants et par conséquent de proposer des solutions de durcissement. La thèse est organisée en trois parties. La Partie I présente une description générale des fibres dopées aux ions de Terres Rares (TR), avec l'introduction des concepts de base de la physique de tels éléments et leur interaction avec la matrice hôte (verre phosphosilicate). L'état de l'art concernant les effets des rayonnements sur les fibres dopées aux TR est également présenté. La Partie II décrit les échantillons et les techniques expérimentales utilisées. La Partie III décrit les principaux résultats dont les tests, en configuration active, démontrent que le co-dopage au Ce ainsi que le chargement en H2 ont un rôle-clé dans la limitation des pertes induites par rayonnement. L'analyse spectroscopique de la matrice vitreuse (Raman) et des ions TR (par mesures de luminescence stationnaire et résolue en temps) mettent en exergue un fort effet de durcissement, conduisant à une préservation de l'efficacité du système physique en opération / This thesis is devoted to the study of the radiation response of optical amplifiers based on Er/Yb doped fibers. These devices operating at 1.5 µm are conceived for space applications and contextually the evaluation of their performance in such harsh environment becomes of crucial importance. Two treatments, the H2-loading and the Ce-doping of the fiber core, are investigated as radiation hardening solutions. A spectroscopic study has been associated, in order to improve the knowledge of the physical mechanisms responsible for the signal degradation and the action of the hardening solutions. The thesis is organized in three parts. Part I deals with a general description of the Rare-Earth (RE)-doped fibers, with the introduction of some basic concepts of the RE-ion physics and their interaction with the host matrix material (phosphosilicate glass). The state-of-art of the radiation effects on the optical fibers, particularly the RE- doped fibers, is also overviewed. Part II describes the samples (fiber fabrication, geometry and chemical compositions), and the used experimental techniques, including a short discussion on the related theoretical background. Part III describes the main results; firstly, the active tests, performed on the RE-doped fiber as part of an optical amplifier, demonstrate that the Ce-codoping and H2-load have a key-role in the limitation of the radiation induced losses. Then, the spectroscopic analysis of the phosphosilicate glass (Raman study) and of the RE-ions (stationary and time-resolved luminescence) show a stabilization effect due to the two treatments, leading to a preservation of the high efficiency of the physical system under study