Développement d'un oscillateur paramétrique optique monofréquence et réalisation d'un montage pour la spectroscopie infrarouge non linéaire
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The development of new optical sources is essential for spectroscopy and related applications : pollutant detection or optical diagnostics of reactive media. For such applications, various researches are conducted to provide optical sources that are tunable in the mid infrared domain because most of pollutants (COx, NOx, …) absorb in this spectral region. The aim of the study is twofold: realisation and characterisation of a single longitudinal mode Doubly Resonant Optical Parametric Oscillator (DROPO) tunable over the 3. 5µm-4. 5 µm spectral range and realisation of an optical bench for high repetition rate non linear spectroscopy. The study begins with the development of an entangled cavity DROPO pumped by a high repetition rate (10 kHz) Nd :YAG laser. Modeling the dynamic behavior of the DROPO shows that the performances of the source can be enhanced by adding a pump beam reflection, which is controlled in phase and in amplitude. The mid-infrared emitted radiation is single longitudinal mode (< 100 MHz) and continuously tunable over a large domain (120 GHz). Next, the DROPO is integrated in a compact optical bench (60 cm ´ 60 cm) in order to increase the available energy in the mid infrared domain while maintaining the spatial and spectral qualities of the beam. This bench is composed of a multipass laser amplifier, the DROPO and an Optical Parametric Amplifier (OPA). The optical bench delivers a 3-kW peak-power mid-IR beam. Finally, the source is implemented for low pressure absorption spectroscopy of N2O around 3,9 µm.
Abstract FR:
Le développement de nouvelles sources optiques est indispensable pour la spectroscopie et ses applications telles que la détection de polluants ou la caractérisation des milieux réactifs. Dans cette problématique, les sources accordables dans l’infrarouge moyen sont très recherchées car la plupart des polluants (COx, NOx, …) y ont des raies d’absorption. Cette étude a pour objet la mise en place d’une source optique : un Oscillateur Paramétrique Optique Doublement Résonnant (DROPO) monofréquence accordable entre 3,5 µm et 4,5 µm ainsi que la réalisation d’un montage pour la spectroscopie non linéaire à haute cadence. Le travail de thèse commence par le développement d’un DROPO à cavités imbriquées pompé par un laser Nd :YAG à haute cadence (10 kHz). Une modélisation du comportement dynamique du DROPO a permis d’optimiser son fonctionnement en introduisant un retour de pompe contrôlé en phase et en amplitude. Ainsi, le rayonnement émis dans l’infrarouge moyen est spectralement fin (< 100 MHz) et continûment accordable en fréquence sur de large domaine (120 GHz). Ensuite, le DROPO est intégré dans un montage compact (60 cm * 60 cm) afin d’accroître l’énergie dans l’infrarouge moyen tout en conservant les qualités spatiale et spectrale du faisceau. Ce montage composé d’un amplificateur laser multipassage, du DROPO et d’un Amplificateur Paramétrique Optique (OPA) permet d’obtenir un faisceau d’une puissance crête de 3 kW dans l’infrarouge moyen. Finalement, la source est utilisée pour enregistrer des raies d’absorption à basse pression sur la molécule de N2O à 3,9 µm.