Le nombre croissant d’applications des sources lasers de puissance favorise le développement de solutions techniques innovantes afin d’atteindre des performances inédites. Pour y parvenir, la technologie des lasers solides bénéficie des progrès considérables réalisés pour l’intégration et la montée en puissance des diodes lasers utilisées pour le pompage. Les milieux à gain doivent alors permettre une conversion efficace du rayonnement de pompage en rayonnement laser tout en limitant les phénomènes thermiques et les effets induits par la puissance crête. Au cours de cette thèse, nous proposons d’étudier deux concepts différents afin de dépasser les principaux écueils des systèmes émettant dans le proche infrarouge (1 µm). Dans le cadre d’une collaboration regroupant le Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents, le Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique et l’entreprise Fibercryst, nous avons développé et caractérisé des fibres cristallines dopées Ytterbium élaborées par la technique de croissance micro-pulling down. Cette géométrie combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis d’obtenir des performances laser prometteuses pour la réalisation de systèmes alliant forte énergie, forte puissance moyenne et forte puissance crête. La seconde partie de ce travail de thèse est consacrée à l’étude du concept de pompage direct de cristaux dopés Néodyme dans les niveaux émetteurs. Cette voie, permettant de réduire à l’extrême l’échauffement dans le milieu, est fortement prometteuse pour l’amélioration des performances des systèmes laser utilisant des cristaux dopés Néodyme / The development of innovative technical solutions in high power laser systems is supported by the increasing number of applications. For their realization, solid-state lasers benefit from considerable progress in the integration and the power scaling of high-brightness laser diodes used as pump sources. Gain medium must guaranty an efficient conversion of pump radiation in laser radiation while also preventing the generation of deleterious thermal phenomena and while limiting effects induced by high peak power. In this thesis, two different concepts were studied in order to overcome the major pitfalls of systems emitting in the near infrared (1 µm). The first part of this work was realized in collaboration with the Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents and the company Fibercryst. We have developed and characterized Ytterbium doped crystal fibers elaborated by the micro-pulling down growing technique. This geometry combines the properties of bulk crystals and the advantages of doped fibers. We achieved promising laser performance for the realization of systems of high energy, high average power and high peak power. The second part of this thesis is devoted to studying the concept of direct in-band pumping of Neodymium doped crystals. Thanks to drastic reduction of heating processes inside the laser medium, this solution could allow power scaling of lasers systems based on Neodymium doped gain media

Les fibres monocristallines d'oxyde de lutécium et aluminium (Lu3Al5O12 - LuAG), non dopées ou intentionnellement dopées au cérium, élaborées par la technique de micro-pulling down sont de sérieuses candidates pour le développement de nouvelles générations de calorimètres à scintillation. Cependant, cette technique de croissance est complexe et nécessite une étude approfondie pour améliorer les propriétés optiques de ces fibres. Après avoir ajusté la température de croissance, les paramètres principaux étudiés furent la concentration en Cerium, la vitesse de croissance et l'orientation du cristal (fixé par le germe). Les meilleurs résultats ont été obtenus en combinant une vitesse de croissance relativement lente (0,25 mm/min), une teneur en Ce assez faible (~0.01 at.%) et une orientation <111> du cristal de LuAG. Ces fibres optimisées, de diamètre 1 ou 2 mm et de longueur atteignant 22 cm, présentaient une surface plus lisse et une densité de défauts et/ou cracks réduite. Dans les meilleurs cas, les mesures d'atténuation lumineuse ont montré une longueur d'atténuation pouvant dépasser 30 cm. Ces fibres se sont montrées également plus résistantes aux radiations / Single crystalline Cerium doped and undoped lutetium aluminum garnet fibers (Lu3Al5O12 - LuAG) grown by the micro-pulling-down technique show promising results for the development of future calorimeters due to its high scintillation properties. But this growth technique is complex and requires deep investigation for improving further the light properties of the grown fiber. After adjusting the growth temperature, the three main parameters studied were the cerium concentration, the growth rate, and the crystal orientation (fixed by the see). Best results were obtained by a combination of relatively low pulling speed (0.25mm/min), diluted cerium content of ~0.01 at.% and <111> oriented LuAG seed. These optimized fibers, which could be of 1 or 2 mm diameter and up to 22 cm long, showed a much smoother surface and reduced cracks and/or defects. In the best cases, light attenuation measurements indicated enhanced attenuation length which could be higher than 30 cm. Moreover, these fibers were found to display improved radiation hardness

Le nombre croissant d‟applications des sources lasers de puissance favorise le développement de solutions techniques innovantes afin d‟atteindre des performances inédites. Pour y parvenir, la technologie des lasers solides bénéficie des progrès considérables réalisés pour l‟intégration et la montée en puissance des diodes lasers utilisées pour le pompage. Les milieux à gain doivent alors permettre une conversion efficace du rayonnement de pompage en rayonnement laser tout en limitant les phénomènes thermiques et les effets induits par la puissance crête. Au cours de cette thèse, nous proposons d‟étudier deux concepts différents afin de dépasser les principaux écueils des systèmes émettant dans le proche infrarouge (1 μm). Dans le cadre d‟une collaboration regroupant le Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents, le Laboratoire Charles Fabry de l‟Institut d‟Optique et l‟entreprise Fibercryst, nous avons développé et caractérisé des fibres cristallines dopées Ytterbium élaborées par la technique de croissance micro-pulling down. Cette géométrie combinant les propriétés des cristaux massifs et les avantages des fibres en verre nous a permis d‟obtenir des performances laser prometteuses pour la réalisation de systèmes alliant forte énergie, forte puissance moyenne et forte puissance crête. La seconde partie de ce travail de thèse est consacrée à l‟étude du concept de pompage direct de cristaux dopés Néodyme dans les niveaux émetteurs. Cette voie, permettant de réduire à l‟extrême l‟échauffement dans le milieu, est fortement prometteuse pour l‟amélioration des performances des systèmes laser utilisant des cristaux dopés Néodyme.

L’intérêt des systèmes laser UV compacts à solide ne cesse de s’accroître du fait de leurs nombreuses applications dans différents domaines : stockage optique d’information, micro-usinage, médecine, biologie, science des matériaux ... Cependant, dans les cristaux de type oxyde, l’obtention d’une lumière laser UV ne peut se faire que par conversion de fréquences d’un laser émettant dans le domaine infra-rouge. Dans ces conditions, les efforts de recherche s’orientent vers des cristaux à base de borates du fait de leurs performances, de leur transparence dans l’ultraviolet et de leur résistance à l’endommagement laser. Dans ce cadre, nous avons étudié trois matériaux à base de borate : Bi2ZnB2O7 (BZBO), LaBGeO5 (LBGO) et BaCaBO3F (BCBF). Des fibres cristallines de borate de zinc et bismuth BZBO ont été élaborées par la technique de la micro-goutte pendante dans différentes conditions afin de tenter de résoudre le problème de la coloration orange-rouge des fibres obtenues lors de travaux antérieurs. La croissance directe des fibres de LBGO à partir du liquide s’est révélée pratiquement impossible à cause de sa viscosité trop importante. La recherche d’un flux a donc été entreprise afin de diminuer la viscosité et permettre d’obtenir des cristaux de bonne qualité et de dimensions exploitables. Pour cela, le diagramme de phases LBGO-LiF a été étudié ainsi qu’une partie de la coupe isopléthique La2O3-LaBGeO5 dans le système ternaire La2O3-B2O3-GeO2 afin d’étudier les possibilités de « self flux ». Le tirage des fibres BCBF étant très difficile, la technique de la micro-goutte pendante n’est pas une méthode appropriée, dans sa version actuelle, pour la croissance de ce matériau / The growing interest in compact all-solid state laser sources based on non-linear optical crystals emitting in the UV range is explained by their numerous applications such as photolithography, marking, micromachining, cutting or surgery. The only way to generate an ultraviolet laser light from an oxide crystal is by frequency conversion of a near-infrared source. In these conditions, the research works focus towards borate crystals due to their performance, transparency and resistance to laser damage. In this context, we have studied three borate materials: Bi2ZnB2O7 (BZBO), LaBGeO5 (LBGO) and BaCaBO3F (BCBF). Several BZBO crystal fibers were pulled under different conditions by micro-pulling down technique, in order to solve the problem of the orange-red color of the obtained fibers in previous works. The direct growth of LBGO fibers from the melt is impossible because of its excessive viscosity. It was then necessary to find a flux to reduce viscosity and provide crystals with good quality and usable dimensions. So, the LBGO-LiF phase diagram was studied and also the isoplethal section La2O3- LaBGeO5 in the La2O3-B2O3-GeO2 ternary system to examine the possibility of "self-flux". The growth of BCBF fiber being very difficult, the micro-pulling down technique is not appropriate, in its present version, for the growth of this material