Le présent projet de recherche porte sur l’étude d’un amplificateur à fibre à double
gaine codopée à l’erbium et l’ytterbium de haute puissance. Le but premier du projet est de
concevoir un outil de simulation capable de prédire adéquatement les performances
expérimentales de tels amplificateurs en régime continu.
Tout d’abord, un outil de simulation permettant de modéliser l’amplification de la
lumière dans une fibre optique est développé et implémenté numériquement avec le langage
de programmation C++. Ce modèle est conçu de façon générale et s’applique à tout type
d’amplificateur et de laser à fibre où la structure énergétique du dopant est connue. Ensuite,
la caractérisation expérimentale complète d’une fibre optique dopée est effectuée. Ces
mesures sont nécessaires pour déterminer les paramètres d’entrée des simulations. Des
mesures expérimentales sont également effectuées pour caractériser les performances d'un
amplificateur et de lasers à fibre erbium/ytterbium.
Dans la dernière partie du travail, nous comparons l’outil de simulation aux mesures
expérimentales d’amplification. Avant de considérer une fibre codopée à l’erbium et
l’ytterbium, nous avons préalablement validé notre modèle avec la littérature et avec le cas
simple d’un laser à fibre à double gaine dopée seulement à l’ytterbium. Notre modèle a
ensuite été développé précisément pour le système erbium/ytterbium suivant une structure
énergétique simple éliminant le nombre de paramètres à corréler. Ensuite, tel que justifié
dans notre mémoire, nous avons ajusté le taux de transfert entre l’ytterbium et l’erbium
pour obtenir une excellente corrélation entre les simulations et les résultats expérimentaux
d’amplificateur erbium/ytterbium de haute puissance. Nous avons constaté que la section
efficace d’émission de l’ytterbium prédite par la relation de McCumber est largement
surestimée dans l’erbium/ytterbium. Nous avons aussi vérifié que notre modèle ainsi ajusté
permet de prédire adéquatement les performances d’amplificateurs erbium/ytterbium dans
des configurations variées. / The main purpose of this project is to predict the behaviour of a high power double
cladding erbium/ytterbium fibre amplifier in continuous wave operation using a simulation
tool.
A software simulating the amplification of light in a doped optical fibre has been
developed and implemented numerically using the C++ computer language. This general
model is suitable for any amplifier or laser scheme with a given active ion. The doped
fibres used in the project have been characterized experimentally to determine the input
parameters for the simulation. Experiments have also been conducted to measure the
performance of such doped fibres in laser and amplifier configurations.
We subsequently focus on comparing experiments and simulations. We first
validate our software with results from scientific papers and with experimental data for the
simple case of an ytterbium doped fibre laser. A simulation model is then developed for an
erbium/ytterbium system using a simple energy level scheme reducing the number of
parameters to adjust. The transfer rate between ytterbium and erbium atoms is fitted using
experiments, which results in an excellent agreement between simulations and experiments.
The resulting simulation software is then able to predict experimentally the performance of
a high power double clad erbium/ytterbium amplifier in different configuration schemes. A
new fact arises from our investigation: the emission cross-section of ytterbium in an
erbium/ytterbium codoped fibre happens to be much smaller than that predicted by the
McCumber theory.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2006/23732 |
| Date | 07 1900 |
| Creators | Morasse, Bertrand |
| Contributors | Piché, Michel, De Sandro, Jean-Philippe |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | text/html, application/pdf |
| Rights | © Bertrand Morasse, 2006 |
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