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[THESE avec FINANCEMENT] Nouvelle génération de lidars atmosphériques par combinaison cohérente d'amplificateurs à semiconducteurs

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  • Thèse et post-doc
  • Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau)
  • Laboratoire Charles Fabry, Lasers

Présentation détaillée du projet doctoral

Les enjeux environnementaux nécessitent des besoins de surveillance accrus de l'atmosphère pour connaître la répartition des aérosols, la proportion de différents gaz… Dans ce contexte, il est essentiel d'étudier de nouvelles approches pour la réalisation de sources laser adaptées aux besoins des lidars dédiés à l'analyse de l'atmosphère. Les diodes laser pourraient constituer une solution bien adaptée, du fait de leur efficacité électrique-optique, leur compacité et leur robustesse. Toutefois, la puissance crête extraite des composants disponibles aujourd'hui reste insuffisante pour les besoins des lidars atmosphériques. Nous proposons d’étudier une architecture de combinaison cohérente d'amplificateurs à semiconducteur en régime impulsionnel et d'évaluer le potentiel de cette nouvelle configuration pour les lidars.

La combinaison cohérente consiste en la superposition, par interférences constructives, des faisceaux issus de plusieurs sources laser en phase. Cette technique permet d'augmenter la puissance laser disponible sans dégrader les autres propriétés des faisceaux, en particulier leur spectre et leur profil spatial. Dans le domaine des lasers à semiconducteur, cela présente un intérêt tout particulier pour dépasser les limites des composants individuels. Au Laboratoire Charles Fabry, nous travaillons sur ce sujet depuis plusieurs années, au travers de collaborations avec des industriels et des laboratoires européens spécialisés dans la conception, et la réalisation et la modélisation de ces composants.

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons d’étudier des amplificateurs à section évasée, qui délivrent des puissances élevées dans des faisceaux proches de la limite de diffraction. Nous évaluerons le fonctionnement dynamique de ces amplificateurs en régime impulsionnel (puissance, phase, profil spatial,…). Nous développerons un dispositif expérimental de combinaison cohérente de ces composants dans une architecture d'interféromètre Mach-Zehnder à 2 ou 4 bras. Nous étudierons les performances du dispositif réalisé en relation avec les besoins spécifiques des lidars atmosphériques.

Objectifs et contexte

Démontrer le potentiel de la combinaison cohérente d'amplificateurs à semiconducteur pour de nouvelles applications, en particulier les lidars, en étendant les gammes de fonctionnement des dispositifs actuels (spectre, régime temporel)

Le groupe Lasers du Laboratoire Charles Fabry travaille depuis plusieurs années autour de la combinaison cohérente de lasers et d'amplificateurs, en collaboration avec des partenaires industriels et académiques européens spécialisés dans la conception, la réalisation et la modélisation de tels composants.

Ce travail est mené dans le cadre d’une collaboration avec le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (CEA, Saclay).

Financement assuré par le CNRS dans le cadre de l'appel à projet 80Prime 2020

Plus d'informations sur ce sujet :

T.Y. Fan, IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 11(3), 56 (2005)
P. Albrodt et al, Optics Express 27(20), pp 27891-27901 (2019)
S. Spuler et al., Atmos. Meas. Tech., 8, 1073–1087 (2015)

Contact :

Gaëlle LUCAS-LECLIN, gaelle.lucas-leclin@institutoptique.fr

Début de la thèse :

1er octobre 2020

Date limite de candidature :

1er Mai 2020

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