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Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1962. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaf [56]).

Th. 3e cycle--Génie chim., chim. phys. appl.--Grenoble--I.N.P., 1983. N°: D3 198.

Dans une ère basée sur les technologies, les techniques employées pour la fabrication des pièces de tout genre, que ce soit de l'usinage de précision ou du marquage jusqu'au nettoyage et traitement de surface, font intervenir les lasers. De ce fait, l'amélioration de ces lasers demeure un sujet d'actualité dans le domaine de la recherche et du développement en milieu académique et industriel. Depuis les dernières années, l'atteinte de nouveaux seuils de puissance pour les lasers à fibre, les plus communément utilisés en industrie, est limitée par des effets non linéaires tels que la diffusion Raman, l'instabilité du mode transverse, l'autofocalisation par effet Kerr, etc. Le but de ce projet de maîtrise est de développer un composant photonique ayant le potentiel de mitiger certains de ces effets non linéaires, le réflecteur de pompe, dont la fonction est de recycler la pompe résiduelle d'un laser à fibre de haute puissance opérant en régime continu. L'ajout de ce composant aux schémas de laser à fibre permet d'en réduire la longueur de la fibre de gain, ce qui, en plus de repousser le seuil des effets non linéaires, réduit également le coût global des systèmes laser à fibre. Une adaptation rotative de la méthode d'inscription classique des réseaux de Bragg par balayage du masque au laser à impulsions femtosecondes est présentée dans ce mémoire. Un système laser tout fibre émettant à 1080 nm pompé en copropagation par six diodes multimodes à 915 nm ayant une puissance totale de 774 W a été conçu. Un simulateur résolvant par la méthode de Fourier à pas alternés les équations non linéaires de Schrödinger de la propagation du signal a été utilisé pour calculer la longueur de fibre optimale dans le schéma laser seul et celui intégrant le réflecteur de pompe. Les quatre prototypes de réflecteur de pompe testés dans le laser ont amélioré l'efficacité, la puissance maximale atteinte et ils ont diminué la valeur du seuil laser par rapport à la cavité initiale. Avec le prototype le plus prometteur, l'efficacité maximale atteinte pour une cavité de 36.1 m était de 79.0 % et la puissance maximale de 608 W, ce qui représente un gain de respectivement 2.9 % et 22 W par rapport à la cavité sans réflecteur de pompe. La cavité a été raccourcie à 18.2 m, l'efficacité et la puissance maximale atteinte étaient de 69.5 % et 534 W, ce qui correspond à un gain de 5.6 % et 43 W. Un écart de seulement 74 W est obtenu soit 12 % de diminution de puissance, pour une diminution de près de 50 % de la longueur initiale de la fibre de gain. La diminution de la longueur de fibre de gain limite grandement l'élargissement spectral observé expérimentalement, tel que prévu. Il a également été démontré qu'un réseau inscrit plus large spectralement vers les hautes longueurs d'onde réfléchissait davantage les modes d'ordres supérieurs se trouvant à de grandes ouvertures numériques. / In an era that is based on technology, the techniques that are used to manufacture parts of all kinds, whether it be precision machining, marking to cleaning and surface treatment involve lasers. There by, improvement of these lasers remains a hot topic in the academic and industrial field of research and development. For the past few years, power scaling of most commonly used in industry high power fiber lasers are limited by non linear effects such as Raman scattering, transverse mode instability, self-focusing Kerr effect, etc. This master's project aims to develop a photonic component, the pump reflector, whose function is to recycle the residual pump power of a high power fiber laser in continuous-wave operation. The addition of this component to the laser scheme makes it possible to reduce the length of the gain fiber, which, in addition to pushing back the threshold of nonlinear effet and also reduces overall costs of fiber laser systems. A rotating adaptation of the classical fiber Bragg grating writing method using femtosecond laser pulses by phase mask scanning is presented in this work. An all-fiber laser system operating at 1080 nm in co-pumped configuration using six laser diodes at 915 nm with 774 W total power was designed. A simulator using a Fourier split-step method to solve the non linear Schrödinger equations that describe signal propagation was operated to calculate the optimal gain fiber length for the laser scheme alone and the one incorporating the pump reflector. The four tested prototypes in the laser have improved the laser efficiency slope, the maximum power and decreased the threshold value compared with the first cavity. With the most promising prototype, the laser efficiency slope reached 79.0 % and a maximum power of 608 W for the 36.1 m cavity which represents a gain of 2.9 % and 22 W respectively compared with the cavity without pump reflector. The cavity length was shortened to 18.2 m, the slope efficiency and the maximum power reached 69.51 % and 534 W. The maximum gain compared to the laser system alone was 5.6 % for the slope efficiency and 43 W for the maximum power. A difference of only 74 W is obtained, i.e. a 12 % reduction in power was observed by reducing the initial length of the gain fiber by 50 %. The reduction of the gain fiber length greatly limits spectral broadening; this was observed experimentaly, as expedected. It has also been demonstrated that a spectrally broader inscribed grating towards higher wavelengths reflected higher order modes present at high numerical apertures.

Dans une ère basée sur les technologies, les techniques employées pour la fabrication des pièces de tout genre, que ce soit de l'usinage de précision ou du marquage jusqu'au nettoyage et traitement de surface, font intervenir les lasers. De ce fait, l'amélioration de ces lasers demeure un sujet d'actualité dans le domaine de la recherche et du développement en milieu académique et industriel. Depuis les dernières années, l'atteinte de nouveaux seuils de puissance pour les lasers à fibre, les plus communément utilisés en industrie, est limitée par des effets non linéaires tels que la diffusion Raman, l'instabilité du mode transverse, l'autofocalisation par effet Kerr, etc. Le but de ce projet de maîtrise est de développer un composant photonique ayant le potentiel de mitiger certains de ces effets non linéaires, le réflecteur de pompe, dont la fonction est de recycler la pompe résiduelle d'un laser à fibre de haute puissance opérant en régime continu. L'ajout de ce composant aux schémas de laser à fibre permet d'en réduire la longueur de la fibre de gain, ce qui, en plus de repousser le seuil des effets non linéaires, réduit également le coût global des systèmes laser à fibre. Une adaptation rotative de la méthode d'inscription classique des réseaux de Bragg par balayage du masque au laser à impulsions femtosecondes est présentée dans ce mémoire. Un système laser tout fibre émettant à 1080 nm pompé en copropagation par six diodes multimodes à 915 nm ayant une puissance totale de 774 W a été conçu. Un simulateur résolvant par la méthode de Fourier à pas alternés les équations non linéaires de Schrödinger de la propagation du signal a été utilisé pour calculer la longueur de fibre optimale dans le schéma laser seul et celui intégrant le réflecteur de pompe. Les quatre prototypes de réflecteur de pompe testés dans le laser ont amélioré l'efficacité, la puissance maximale atteinte et ils ont diminué la valeur du seuil laser par rapport à la cavité initiale. Avec le prototype le plus prometteur, l'efficacité maximale atteinte pour une cavité de 36.1 m était de 79.0 % et la puissance maximale de 608 W, ce qui représente un gain de respectivement 2.9 % et 22 W par rapport à la cavité sans réflecteur de pompe. La cavité a été raccourcie à 18.2 m, l'efficacité et la puissance maximale atteinte étaient de 69.5 % et 534 W, ce qui correspond à un gain de 5.6 % et 43 W. Un écart de seulement 74 W est obtenu soit 12 % de diminution de puissance, pour une diminution de près de 50 % de la longueur initiale de la fibre de gain. La diminution de la longueur de fibre de gain limite grandement l'élargissement spectral observé expérimentalement, tel que prévu. Il a également été démontré qu'un réseau inscrit plus large spectralement vers les hautes longueurs d'onde réfléchissait davantage les modes d'ordres supérieurs se trouvant à de grandes ouvertures numériques. / In an era that is based on technology, the techniques that are used to manufacture parts of all kinds, whether it be precision machining, marking to cleaning and surface treatment involve lasers. There by, improvement of these lasers remains a hot topic in the academic and industrial field of research and development. For the past few years, power scaling of most commonly used in industry high power fiber lasers are limited by non linear effects such as Raman scattering, transverse mode instability, self-focusing Kerr effect, etc. This master's project aims to develop a photonic component, the pump reflector, whose function is to recycle the residual pump power of a high power fiber laser in continuous-wave operation. The addition of this component to the laser scheme makes it possible to reduce the length of the gain fiber, which, in addition to pushing back the threshold of nonlinear effet and also reduces overall costs of fiber laser systems. A rotating adaptation of the classical fiber Bragg grating writing method using femtosecond laser pulses by phase mask scanning is presented in this work. An all-fiber laser system operating at 1080 nm in co-pumped configuration using six laser diodes at 915 nm with 774 W total power was designed. A simulator using a Fourier split-step method to solve the non linear Schrödinger equations that describe signal propagation was operated to calculate the optimal gain fiber length for the laser scheme alone and the one incorporating the pump reflector. The four tested prototypes in the laser have improved the laser efficiency slope, the maximum power and decreased the threshold value compared with the first cavity. With the most promising prototype, the laser efficiency slope reached 79.0 % and a maximum power of 608 W for the 36.1 m cavity which represents a gain of 2.9 % and 22 W respectively compared with the cavity without pump reflector. The cavity length was shortened to 18.2 m, the slope efficiency and the maximum power reached 69.51 % and 534 W. The maximum gain compared to the laser system alone was 5.6 % for the slope efficiency and 43 W for the maximum power. A difference of only 74 W is obtained, i.e. a 12 % reduction in power was observed by reducing the initial length of the gain fiber by 50 %. The reduction of the gain fiber length greatly limits spectral broadening; this was observed experimentaly, as expedected. It has also been demonstrated that a spectrally broader inscribed grating towards higher wavelengths reflected higher order modes present at high numerical apertures.

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Glass fibres are by far the most extensively used fibre reinforcement in thermosetting composites because of their excellent cost-performance ratio. However, glass fibres have some disadvantages such as non- renewability and problems with ultimate disposal at the end of a materials lifetime since they cannot be completely thermally incinerated. The possibility of replacing E-glass fibres with hemp fibres as reinforcement in sheet moulding compounds (SMC) is examined in this thesis. The composites are manufactured with existing SMC processing techniques and similar resin formulation as used in the commercial industry. An attempt is made to enhance/optimise the mechanical properties of hemp/polyester composites. For this the fibre-matrix interface is modified via chemical modifications with alkaline and silane treatments. Influence of hemp fibre volume fraction, calcium carbonate (CaCO3)filler content and fibre-matrix interface modification on the mechanical properties of hemp fibre-mat-reinforced sheet moulding compounds (H-SMC) is studied. The results of H-SMC composites are compared to E-glass fibre-reinforced sheet moulding compounds (G-SMC). In order to get a better insight in the importance of these different parameters for the optimisation of composite performance, the experimental results are compared with theoretical predictions made using modified micromechanical models such as Cox-Krenchel and Kelly- Tyson for random short-fibre-reinforced composites. These models are supplemented with parameters of composite porosity to improve the prediction of natural fibre composite tensile properties. The influence of impact damage on the residual exural strength of the H-SMC composites is investigated to improve the understanding of impact response of natural fibre reinforced composites. The result of penetration and absorbed energies during non-penetrating impact of H-SMC composites are investigated and compared to values for G-SMC. A simple mechanistic model has been developed for H-SMC composites and is used to get an insight into the impact behaviour of these composite as well as to provide a guideline to compare the experimental results with theoretically calculated data. The fracture toughness properties in terms of the critical-stress-intensity factor KIc, and critical strain energy release rate, GIc, of H-SMC and G-SMC composites are studied using the compact tension (CT) method. It was shown that fracture toughness of H-SMC composites is significantly lower than that of glass fibre reinforced composites (G- SMC). However, results show that with an optimum combination of fibre volume fraction, (CaCO3) filler and surface treatment of the hemp fibres can result in H-SMC composites that have fracture toughness properties that can be exploited for low to medium range engineering applications. It is recommended that to further improve the fracture toughness properties of these natural fibre reinforced composites more research needs to be devoted to the optimization of the fibre-matrix interface properties and ways of reducing porosity content in these composites. Finally, environmental impact of H-SMC composite with conventional G-SMC composite for automotive and non-automotive applications was compared. The composites were assumed to be made in a traditional SMC manufacturing method. Two different types of performance requirements; i.e. stiffness and strength were investigated for both the non-automotive and automotive parts. Two different disposal scenarios: landfill and incineration of the SMC product at the end of life was considered. The LCA results demonstrate that the environmental impact of H-SMC composites is lower than the reference G-SMC composites. G-SMC composites have a significantly higher environmental impact on climate change, acidification and fossil fuels than H-SMC composites. Where as H-SMC composites have a much higher impact on land use and ecotoxicity than G-SMC composites.