Tableau d'honneur de la FÉSP / Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur le développement de combinateurs de signal permettant de réaliser la combinaison incohérente de lasers à fibre monomodes de haute puissance. L'objectif principal est de comprendre l'influence des différents paramètres de conception d'un combinateur sur le facteur de qualité de faisceau obtenu à sa sortie. D'abord, une première section aborde la propagation des faisceaux laser en espace libre. On y présente comment calculer le facteur de qualité de faisceau en fonction d'un profil de champ électrique donné. Une seconde section s'attarde ensuite aux fibres optiques et introduit les principales notions nécessaires à la compréhension de ces travaux. Une troisième section porte sur l'utilisation de fibres optiques effilées en tant qu'adaptateurs modaux. On y expose comment faire varier les propriétés des modes en utilisant des composants effilés. L'analyse théorique des combinateurs de signal est ensuite effectuée. Des simulations numériques sont réalisées afin de déterminer l'influence des principaux paramètres de conception sur la qualité de faisceau obtenue en sortie d'un combinateur. Le facteur de rétrécissement des fibres optiques, la longueur de la zone de rétrécissement et les propriétés de la fibre multimode utilisée sont analysés en détail. La valeur optimale de chacun de ces paramètres est déterminée pour le cas où 7 fibres de type (15-125-0.10) sont utilisées pour former le combinateur. Il est démontré que la limite théorique de qualité de faisceau d'une telle configuration est de M2 = 2:8. Une dernière section porte sur la fabrication de combinateurs de signal en laboratoire. Une série de combinateurs à 7 fibres d'entrée dont le facteur de qualité de faisceau moyen est de M2 = 3:95 a été fabriquée. Ces combinateurs sont caractérisés par des pertes d'insertion situées entre 0.9% et 1.3 % et leurs propriétés thermiques démontrent qu'ils pourraient être utilisés pour combiner une puissance totale de 6 kW.

La technologie des lasers à gaz Argon et Hélium Cadmium ionisés est obsolète et leurs production est abandonnée. Etant donné le vaste champ des applications basées sur les longueurs d’onde (488 nm, 325 nm) générées par cette technologie, il apparait essentiel d’imaginer une solution alternative. Les travaux exposés dans ce manuscrit traitent de l’étude des solutions apportées par la conversion en fréquence des lasers à fibre dopées ytterbium fonctionnant sur leur transition 3 niveaux à 976 nm. Les conditions d’obtention d’un effet laser sur cette transition particulière où section efficace d’émission et d’absorption sont confondues sont tout d’abord explicitées. Ensuite, nous présentons le développement d’une source laser continue monofréquence à 976 nm permettant de générer plus de 35W en limite de diffraction (M²<1.1). Le doublement en fréquence de cette source fondamentale à 976 nm dans des cristaux à alternance de polarisation (PPsLT) conduit à générer plus de 4W à 488 nm (bleu) en simple passage avec un niveau de bruit d’intensité extrêmement bas (0,05%rms sur la gamme 100Hz – 10MHz).Puis, nous relatons la démonstration de plus de 760 mW à la longueur d’onde ultraviolette de 325,3 nm à partir d’une laser à fibre impulsionnel nanoseconde (5ns ; 100 kHz) triplé en fréquence dans deux étages de cristaux non linéaires (LBO 20mm type I puis type II) délivrant près de 7,6 W soit une énergie de 73μJ et une puissance crête de 14,3kW à la longueur d’onde fondamentale de 976 nm et une puissance de 2,8 W à 488 nm à la seconde harmonique. L’efficacité de conversion de l’IR vers l’UV est donc de 10%. Enfin, nous rapportons la génération de plus de 2 W à 325,3 nm en régime picoseconde (15ps ; 20MHz) par triplement en fréquence (cascade de deux LBO) d’un laser à fibre générant une puissance moyenne de 16 W à 976 nm soit une énergie de 0,8 μJ et une puissance crête de 52kW. Ce qui représente une efficacité de conversion de 12%. / Gas laser technology (Ar ion and HeCd lasers) is now largely obsolete, with new production rapidly disappearing. Given the vast application domain based around these wavelengths (488nm, 325 nm…), it seems extremely important to develop alternative solutions. The work presented in this thesis covers the study of relevant solutions via frequency conversion of Yb fiber lasers emitting on the three level transition at 976 nm. The necessary conditions for laser operation in this zone where absorption and emission peaks are superimposed are presented. Next, we present the development of a single mode, single frequency source at 976 nm giving a record 35W output power with diffraction limited performance (M2<1.1). Frequency doubling of the fundamental radiation in a PPSLT crystal allowed the generation of more than 4W of output at 488 nm in a single pass configuration with extremely low noise (0.05%RMS from 100Hz to 10MHz).Subsequently, 760 mW of output power was generated at 325 nm via frequency tripling of a multi-watt nanosecond source at 976 nm (5ns, 100 kHz). Type I and type II interactions in LBO were used in this case allowing us to demonstrate an overall conversion efficiency of 10% from IR to UV.Finally, we report on the generation of 2W of output power at 325 nm by frequency tripling of a 15 ps laser generating 16W at 976 nm, representing a pulse energy of 0.8μJ and a peak power of 52 kW (conversion efficiency of 12%).

Cette thèse est dédiée à l’étude de la génération de supercontinuum (SCG) deforte puissance moyenne dans le domaine spectral entre 2 mm et 5,5 mm. Un laser à fibredopée thulium (Tm3+) opérant dans un régime simultanément déclenché et à verrouillage demodes (QML) a été développé. En régime continu ce laser a délivré 70 W et en régime QML,26Wmoyens ont été obtenus pour des taux de répétition en QS de 180 kHz ou plus. L’énergiela plus élevée contenue dans une enveloppe QS a été évaluée à 166 mJ avec 66 mJ contenuedans la sous-impulsion à verrouillage de mode la plus énergétique. L’émission du laser àfibre correspondait toujours à un facteur de qualité M2 excellent, entre 1,1 et 1,2. La SCGcouvrant la plage spectrale de 2 mm à 5,5 mm a été réalisée en implémentant différentes fibresen cascade. Des supercontinua jusqu’à environ 4 mm ont été générés dans des fibres en fluorurepuis pour la plage spectrale complémentaire entre 4 mm et 5,5 mm, des fibres en chalcogénureont été utilisées.La puissance moyenne maximale de 7,8 W a été démontrée pour un supercontinuum dans unefibre en ZBLAN. Le spectre s’étend jusqu’à 4,2 mm. Au total, 69%/43%/30%/16,5% de lapuissance totale ont été mesurés au-delà de 2,15 mm/2,65 mm/3,1 mm/3,5 mm respectivement.La fibre en InF3 a permis d’atteindre une puissance moyenne de 0,8 W et le supercontinuums’étend jusqu’à 2,95 mm.Pour les essais d’élargissement spectral complémentaire, trois fibres en chalcogénure ont étéutilisées. L’élargissement spectral a été démontré pour toutes les fibres en chalcogénure.Jusqu’à 20 mW de puissance ont été obtenus avec une fibre As2Se3. Le spectre a été étendujusqu’à 4,9 mm. / This thesis reports about the investigation of high power supercontinuum (SC)generation between 2 mm and 5.5 mm. A Q-switched mode-locked (QML) thulium (Tm3+)-doped fiber laser has been developped to pump different nonlinear fibers. The fiber laserprovided in continuous wave regime an output power of 70 W. In QML operation, 26 W havebeen obtained with Q-switched repetition rates of 180 kHz or higher. The highest energy of theQS envelopes has been 166 mJ with 66 mJ contained in the most-energetic ML pulses, whichhave been surrounded by Gaussian-like pedestals with temporal widths around 2.5 ns. On topof these pedestals, very short temporal peaks with pulse durations around 15 ps appeared. Thehighest achieved peak power of a pedestal has been 25 kW. The beam parameter product M2of the fiber laser has been measured in different operational regimes and resulted always in anexcellent value around 1.2.The highest SC output power level from a ZBLAN fiber has been 7.8 W. In total, 69%/43%/30%/16.5% of the transmitted SC output radiation could be converted beyond the wavelengthof 2.15 mm/2.65 mm/3.1 mm/3.5 mm, respectively, with the broadest output spectrum from theZBLAN fiber exceeding 4.2 mm. The InF3 fiber provided a total output power of 0.8 W withan output spectrum up to 2.95 mm.Successful broadening of the wavelength-limited SC output from the ZBLAN fibers has beenachieved with all three investigated chalcogenide fibers with as much as 20 mW of outputpower by using an arsenic selenide fiber. The output spectrum exceeded 4.9 mm.

Objectif: L'application d'un stress supraphysiologique (préconditionnement) induit une résistance cellulaire et tissulaire augmentée face à une agression secondaire. Des protéines appelées protéines de choc thermique (HSPs) sont exprimées physiologiquement suite à un stress qu'il soit de nature mécanique, chimique ou physique. Cette réponse, validée sur différents tissus mous, est évaluée ici en site osseux. Ce mécanisme de préconditionnement représente une nouvelle approche dans l'amélioration de la cicatrisation osseuse mettant en avant l'utilisation des capacités d'auto protection du tissu osseux. L'hypothèse de ce travail est qu'un stress thermique peut préserver le tissu osseux soumis secondairement à une irradiation aux rayons X. Pour valider cette hypothèse, cette étude nécessite:<br>- Le paramétrage du traitement laser requis en tant que moyen de chauffage pour induire le préconditionnement du tissu osseux.<br>- La détermination d'un protocole d'irradiation aux rayons X utilisé comme méthode quantifiable et reproductible de lésion secondaire<br>- Le développement d'un modèle d'étude de la vascularisation osseuse superficielle, indicateur de la réponse osseuse in vivo sur le long terme.<br>- La mise au point d'une technique d'immunohistochimie afin de caractériser les résultats obtenus lors de l'étude in vivo et de mettre en évidence la présence de HSP70 (forme inductible de HSP produite suite à un stress).<br><br>Matériels et Méthodes: Lors d'une étude préliminaire, le système laser est choisi et paramétré pour induire une augmentation contrôlée de la température osseuse.<br>Le protocole d'irradiation aux rayons X est défini pour créer une lésion osseuse localisée et pour limiter les effets secondaires au niveau des structures sous jacentes. Un modèle de chambre optique implantée sur le crâne de lapins est développé pour assurer le suivi longitudinal d'un même site osseux chez le même animal. Le réseau vasculaire superficiel est observé hebdomadairement pendant 12 semaines par la prise de photographies numériques. Un traitement informatique standardisé des images évalue la densité vasculaire, et différents critères morphologiques : longueur totale du réseau vasculaire, nombre de noeuds, et nombre de vaisseaux en fonction de leur diamètre. L'expérimentation in vivo est conduite sur 20 lapins divisés quatre groupes : groupe #1 : groupe contrôle (n=5); groupe #2: traitement laser (n=5); groupe #3 : irradiation par rayons X (n=5) ; groupe #4 : préconditionnement laser avant irradiation par rayons X (n=5).<br>L'analyse histologique et le marquage de HSP70 sont effectués sur des prélèvements osseux après la mise en place d'un protocole de fixation, décalcification et traitement immunohistochimique rigoureux.<br><br>Résultats: Un système diode-laser (815nm, 36J/cm² : un tir de 1.5W pendant 3 sec) est retenu pour le préconditionnement. L'irradiation aux rayons X consiste en dose unique de 18.75 Gy appliquée avec faisceau à rayons X de basse énergie.<br>Le réseau vasculaire est stable pour le groupe #1 et pour le groupe #2. Pour chaque critère observé, l'étude in vivo montre une chute significative pour les groupes #3 et #4 caractéristique de l'effet antiangiogénique des rayons X. Cependant, cette diminution vasculaire est limitée pour le groupe #4 vs. le groupe #3 et ceci en particulier pour les larges vaisseaux. L'analyse en histologie standard confirme ces résultats. Parallèlement, l'analyse immunohistochimique montre un marquage positif de HSP70 au niveau du réseau vasculaire osseux 18h après une irradiation laser.<br><br>Discussion: Le préconditionnement laser préserve la vascularisation osseuse superficielle des dommages induits par l'irradiation aux rayons X. Pour la première fois, cet effet cytoprotecteur est décrit en site osseux. Ainsi, notre étude montre que l'application laser utilisé comme méthode de chauffage localisée et reproductible, favorise la résistance aux effets antiangiogéniques des rayons X. Cet effet protecteur est observé in vivo au niveau vasculaire en particulier pour les vaisseaux les plus larges. Le marquage immunohistochimique confirme que le préconditionnement laser induit au niveau du réseau vasculaire osseux la production de HSP70, molécule chaperone décrite pour son action protectrice. Ce travail innovant offre la perspective d'accélérer et de favoriser la cicatrisation osseuse après une chirurgie programmée grâce à une mise en condition tissulaire.

La modulation de la phase d'un signal optique à l'intérieur d'une fibre optique peut être obtenue par l'application d'un stress mécanique sur la fibre. Ce stress peut être une tension ou une compression axiale ou encore un stress latéral. Contrairement à une tension ou à une compression purement axiale, l'application d'un stress latéral introduit une biréfringence dans la fibre optique, soit un retard de phase différent pour les polarisations x et y. Une modulation rapide et précise d'un stress latéral peut être obtenue en fixant la fibre sur un actuateur fait d'un matériau piézoélectrique ou magnétostrictif. Cependant, le lien entre l'actuateur et la fibre, généralement un collage, peut mener à des problèmes de stabilité et de tenue en température. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un moyen simple, efficace et stable pour moduler directement la phase du signal se propageant dans une fibre optique. Le saut de phase induit est biréfringent et peut être modulé à des fréquences supérieures à 300 kHz. Le modulateur de phase développé est fait d'une épissure mécanique en alliage à mémoire de forme couplée à un actuateur piézoélectrique. La fibre s'insère facilement dans le modulateur de phase et aucun collage n'est nécessaire entre celui-ci et l'actuateur. Ce modulateur de phase a été utilisé pour réaliser un laser DFB (Distributed Feedback) pouvant être opéré en régime continu, en régime déclenché et en régime de modulation de puissance. De plus, la biréfringence du saut de phase induit permet de choisir une émission polarisée linéairement en x ou en y, selon la tension appliquée à l'actuateur piézoélectrique. Le laser peut également émettre en alternance des impulsions polarisées linéairement en x et en y. Le temps de vie de la cavité a pu être obtenu de la période des oscillations de relaxation. De plus, pour amener une solution à une autre problématique, des connexions haute puissance ont été mises au point entre des fibres de silice et des fibres de verre fluoré, en utilisant l'épissure en alliage à mémoire de forme développée par notre partenaire industriel Phasoptx.

Nous décrivons dans un premier temps la conception, la fabrication et l'optimisation d'un laser à fibre mode-locked. Ce laser génère une impulsion solitonique de 350 femtosecondes toutes les 32 nanosecondes. Une géométrie de cavité en anneau unidirectionnelle assure l'auto démarrage du régime mode-locked qui repose sur un effet de rotation non-linéaire de polarisation. Nous procédons ensuite à une étude comparative de plusieurs techniques optiques de filtrage visant à altérer le train d'impulsions généré par le laser selon des critères précis. Nous étudions en particulier différentes méthodes de multiplication du taux de répétition basées sur la technologie des réseaux de Bragg. L'atout principal de ces filtres est leur grande polyvalence. En effet, ils permettent de modifier sur mesure l'amplitude ainsi que la phase d'un train d'impulsions. Nous listons les avantages et les inconvénients de chaque méthode de multiplication du taux de répétition. Nous sélectionnons ensuite la plus performante et la mieux adaptée au signal issu de notre laser. La combinaison d'un laser mode-locked passif et de filtrages optiques nous permet d'atteindre des taux de répétition extrêmes, sans faire intervenir de composant électronique rapide. Nous démontrons ainsi un facteur de multiplication maximal de 10240 permettant d'atteindre une cadence de 320 GHz et potentiellement de dépasser le térahertz. Nous montrons aussi les possibilités offertes par l'optique non-linéaire en matière de filtrage, en particulier pour lisser la phase d'un signal. Nous présentons nos résultats sur la construction et l'optimisation d'un miroir non-linéaire fibre permettant également la duplication d'une source laser sur plusieurs fréquences. Finalement, nous étudions les performances de la source avant et après la multiplication du taux de répétition, en terme de bruit d'amplitude et de synchronisation temporelle.

Les travaux décrits dans ce mémoire portent sur l’étude d’un laser à fibre impulsionnel accordable en longueur d’onde. La majorité des lasers accordables actuels utilisent des pièces mécaniques pour réaliser la sélection de la longueur d’onde laser. Le schéma décrit dans ce mémoire est basé sur un contrôle purement électronique de la fréquence d’émission ; la fréquence laser est accordée en insérant une ligne dispersive dans une partie de la cavité à l’air libre et en opérant le laser en régime de synchronisation modale active. Le modulateur d’amplitude produisant la synchronisation modale est activé par un train d’impulsions électriques ; la cadence de ces impulsions règle la fréquence de l’émission laser. La ligne dispersive est constituée d’une paire de réseaux de diffraction qui introduisent une dispersion anomale importante. Le milieu laser est une fibre dopée à l’erbium qui fournit un gain sur une plage spectrale s’étalant de 1500 nm à 1600 nm. Des dispositifs interférométriques ont été insérés dans la partie à l’air libre afin de simuler une modulation périodique du délai et des pertes pour un trajet dans la cavité en fonction de la fréquence laser. Nous avons déterminé la relation entre la puissance laser et la puissance pompe ainsi que la sensibilité à l’alignement de la paire de réseaux. Le laser a été accordé sur une plage continue allant de 1524 nm à 1564 nm. Des caractéristiques de la cavité ont été analysées, dont la dispersion induite par la paire de réseaux ainsi que la forme et la durée des impulsions émises. Le réglage du signal de modulation électrique permet une accordabilité rapide de la fréquence laser et l’ajustement de la durée des impulsions entre 40 et 100 ps. En insérant un interféromètre de Gires-Tournois, nous avons constaté l’impact d’une modulation du délai en fonction de la fréquence optique sur l’accordabilité du laser. L’accordabilité n’est plus continue, mais elle ressemble à un escalier comportant des sauts plutôt réguliers. Cette modulation a aussi un impact négatif sur la puissance crête, la forme et la durée de l’impulsion qui ne sont plus stables dans le temps. Nous présenterons une solution qui corrige ces instabilités par une optimisation du signal électrique de modulation, dont la durée doit descendre à quelques centaines de picosecondes ou moins.

Les réseaux de Bragg occupent une place importante dans le secteur des composants optiques fibrés. En effet, ils permettent de filtrer et contrôler la lumière qui voyage à travers les réseaux de télécommunication. Ils réalisent cette tâche en réfléchissant une partie du signal autour d’une longueur d’onde appelée longueur d’onde de Bragg. Traditionnellement, leur fabrication se fait par irradiation d’une fibre de silice à un faisceau laser UV. Dans ce cas, l’écriture est limitée à la silice en raison des mécanismes de photosensibilité propre à la matrice de ce verre et qui sont malheureusment nécessaires à l’inscription des réseaux. Dans certains cas, ceci peut être problématique. En effet, pour le développement de sources lasers tout-fibres, une application technologique d’importance, il est d’usage que la cavité soit basée sur une fibre à composition exotique qui ne possèdent pas nécessairement les mêmes mécanismes de photosensibilité que la silice. Le développement récent de sources lasers ultrarapides et ultraintenses présente une solution à ce problème. En effet, en utilisant des impulsions femtosecondes, il est maintenant possible de prendre avantage d’une multitude d’effets non linéaires, qui eux sont universels, afin de générer la photosensibilité souhaitée. À ce jour, la plupart des travaux se sont réalisés grâce à des impulsions de 800 nmen longueur d’onde. Or, il s’avère qu’utiliser une longueur d’onde plus courte comporte certains avantages. Premièrement, ceci permet l’accès à des longueurs d’onde Bragg plus faibles. Ceci pourrait être utile dans le développement de sources lasers émettant dans le visible. Par ailleurs, des impulsions à plus haute énergie génèrent davantage d’effets nonlinéaires ce qui, théoriquement, se traduit pas une plus grande photosensibilité du milieu. Pour ces raisons, une longueur d’onde d’inscription de 400 nm a été choisie pour la réalisation de ces travaux. Par ailleurs, la technique d’écriture par balayage d’un masque de phase a été utilisée pour fabriquer les réseaux. Cette technique, qui n’avait jamais encore été étudiée pour l’écriture femtoseconde à 400 nm, est basée sur l’interférence des deux premiers ordres de diffraction d’un masque de phase. De plus, il est possible de balayer la fibre de façon longitudinale et transversale grâce à une platine de translation et un actuateur piézoélectrique de manière à maximiser la réflectivité du réseau et contrôler ses caractéristiques spectrales. Grâce à ce montage, l’écriture à 1 [mu]m dans une fibre de silice a été optimisée. Dans les conditions de focalisation de notre expérience, il faut, pour d’obtenir un taux d’écriture maximal, que la distance fibre-masque soit entre 1,7 nm et 3 mm, que l’énergie des impulsions soit entre 250 et 400 [mu]J et que la vitesse de déplacement de la platine soit la plus faible possible (v = 1 mm/min est généralement utilisée). Par ailleurs, nous avons montré que le recuit thermique de réseaux inscrits dans de la fibre de silice non photosensibilisée, hydrogénée et deutérisée résorbent leurs pertes sans pour autant sacrifier leurs performances. Le profil des filaments a également été caractérisé grâce à des mesures de réfractométrie en champ proche. Sans balayage transversal, nous avons constaté que les filaments traversant la fibre était en régime unique. Dans le cas avec balayage à une fréquence de 20 Hz, nous avons montré que la zone de changement d’indice, bien qu’étendue, était non uniforme. Des simulations numériques et des mesures de tensions aux bornes de l’actuateur piézoélectrique, nous a montré que pour assurer l’uniformité, il fallait respecter un rapport fréquence piézoélectrique sur vitesse de déplacement de la platine ne dépassant pas 0,01 avec une fréquence piézoélectrique ne dépassant pas 1 Hz. Finalement, l’uniformité est aussi affecter par l’amplitude de balayage transversale par rapport au rayon de la fibre en raison de l’effet de la courbure de la fibre. Pour éviter une déformation trop importante, il est de mise que ce rapport soit en deçà de 0,1. Un autre aspect des travaux à porter sur l’écriture de réseaux à pas courts pour le visible. En utilisant un masque de phase uniforme de pas [lambda] = 655 nm, il a été possible d’inscrire un réseau de deuxième ordre à 480 nm. Les pertes importantes causées par la présence de nombreuses bandes d’absorption associées aux centres de couleurs ont été résorbées à un niveau de 8,8 %. Finalement, des contributions aux projets respectifs de mes collègues Vincent Fortin et Jérôme Leclerc-Perron soit le développement d’un laser Raman dans le verre fluoré et celui d’un laser pulsé tout-fibre pour l’infrarouge ont été faites en inscrivant des réseaux pour leur cavité laser.

Le présent projet de recherche porte sur les lasers à fibre de haute puissance opérés en régime continu. L’objectif premier est la conception et la réalisation d’un laser de 400 W de puissance de sortie utilisant une fibre dopée à l’ytterbium. La grande variété de lasers fabriqués au cours de ces travaux a permis l’étude des effets thermiques, des limitations en puissance et du comportement de la raie spectrale d’émission. L’étude comprend des simulations numériques caractérisant le comportement des lasers à fibre opérés en régime continu. Différentes configurations de lasers ont été expérimentées à une puissance de signal de 100 W. Les échanges de chaleur dans les fibres à double gaines ont été analysés pour contourner les difficultés engendrées par la grande puissance de ces lasers. Le concept de résistance de contact est amené pour expliquer l’élévation de température des fibres actives. Les travaux ont abouti à la réalisation de lasers monomodes de plus de 350 W de puissance de sortie, et cela, limités uniquement par la disponibilité des pompes. Parce que la photodégradation est la principale difficulté des lasers à fibre de puissance, plusieurs compromis, notamment sur le choix technologique des composants, ont été nécessaires pour atteindre les objectifs de puissance et de qualité de faisceau. Un outil pour prédire l’élargissement spectral des lasers à fibre de haute puissance a été développé. Il est montré que le mélange à quatre ondes élargit la raie d’émission de ces lasers. L’élargissement du spectre de sortie, selon une fonction de la puissance, a été vérifié expérimentalement dans diverses configurations d’oscillateur. / This research project focuses on high power fiber lasers operated in the continuous regime. The main objective is the implementation of a 400-W fiber laser using ytterbium- doped double clad fiber. The wide variety of high power fiber lasers assembled during this work has enabled the study of the thermal effects, the power limitations and the behavior of the output spectrum. The study includes simulations that characterize the behavior of fiber lasers operated in the continuous regime. Different laser configurations were tested at a signal power of 100 W. The heat transfer in double clad fibers was analyzed to circumvent the difficulties caused by the important amount of heat generated by these lasers. The concept of contact resistance is brought in to explain the temperature rise of active fibers. This was necessary for the realization of single-mode fiber lasers with over 350W of output power. The output power was only limited by the availability of pumps. Several compromises were necessary to achieve the high output power and the diffraction-limited beam quality. Thus, the photodarkening of the ytterbium doped fiber is still an issue for this kind of lasers. A tool to predict the spectral broadening of high power fiber lasers has been developed. It is shown that four-wave mixing broadens the outpu t spectrum of these lasers as a function of output power. The broadening of the output spectrum has been experimentally verified by the implementation of various lasers with different configurations. A theoretical model is presented, which shows a good agreement with experimental data.

Ce manuscrit présente une étude du bruit d'amplitude des lasers à fibres et à semiconducteurs émettant à 1550 nm. Les modèles théoriques permettant d'étudier le comportement des lasers solides à deux, trois et quatre niveaux ainsi que celui des lasers à semiconducteurs sont présentés. Ils permettent de prévoir le bruit d'amplitude théorique des structures et montrent comment, à partir des mesures du RIN des lasers il est possible de remonter aux caractéristiques fondamentales des lasers. La technique de mesure du bruit d'amplitude utilisée au laboratoire est détaillée. Elle permet avec une très grande sensibilité de mesurer des bruits d'amplitude aussi faibles que -170 dB.Hz−1 pour 1 mW (0 dBm) détecté sur une plage de fréquences allant de 100 kHz à 22 GHz. Nous avons utilisé cet outil performant afin de caractériser différentes structures lasers, en particulier aux lasers à fibre DFB. Des structures originales fabriquées à l'Université Laval à Québec permettent un fonctionnement simultané de plusieurs canaux séparés de 50 GHz dans une structure ultra compacte. Nous avons montré que les différents modes longitudinaux de ces structures <br />étaient indépendants et analogues aux modes de lasers à fibre monomondes. L'étude du transfert de bruit <br />par injection optique a aussi été menée tant théoriquement qu'expérimentalement. Une étude des spectres optiques de laser à semi-conducteurs DFB à permis d'étudier le transfert d'impureté spectral, notamment du point de vue du bruit, pour les lasers soumis à injection optique. Nous avons mis en évidence la réduction des bruits aux basses fréquences du laser esclave lorsque leurs origines n'étaient pas optiques. L'étude théorique a mis en évidence un transfert du bruit d'amplitude aux fréquences correspondant à la fréquence de relaxation du laser maître.