20 Février – Soutenance de thèse - Gabriel Amiard-Hudebine
14 h Amphi 2 - bâtiment A9 (Université de Bordeaux / campus de Talence)
Développement de sources lasers nanosecondes et picosecondes et applications.
Cette thèse est séparée en deux études distinctes. La première partie rapporte l'étude, la réalisation et les applications d'une chaîne amplificatrice laser nanoseconde compacte pour l'allumage de turbomoteurs. Soucieux de proposer des moteurs plus performants et respectueux des contraintes environnementales imposées par la législation, les motoristes cherchent à étendre le domaine d’allumage de leurs moteurs vers les basses pressions et basses températures tout en garantissant un allumage avec une richesse de mélange air/kérosène la plus basse possible. Ceci permettrait notamment de rallumer un moteur en vol. Cependant, la technologie d’allumage actuelle reposant sur les bougies à arc arrive à ses limites, et parmi les techniques non conventionnelles de substitution, l’allumage laser par claquage non résonant reposant sur des sources infrarouges compactes est particulièrement prometteur. Cette partie de la thèse décrit d’abord l’étude d’une chaîne amplificatrice laser délivrant à une cadence de 100 Hz des impulsions nanosecondes d’une énergie de 10 mJ puis les améliorations apportées pour accroître cette énergie jusqu’à 20 mJ. Les résultats obtenus sur chacun des étages amplificateurs sont validés par un modèle numérique qui permet de prendre en compte le régime transitoire de construction du gain dans un milieu amplificateur à pompage quasi continu. Cette partie de thèse propose aussi une modélisation numérique de la formation d’une lentille thermique dynamique résultant d’un pompage quasi continu à l’intérieur d’un milieu amplificateur. Enfin cette partie de thèse rend compte de deux campagnes d’essais sur le banc MERCATO au sein de l’ONERA. Lors de ces essais, cette source a été capable d’allumer pour la première fois un injecteur aéronautique dans des conditions de pressions et de température représentatives d’un allumage en haute altitude. Par ailleurs cette source nanoseconde valida un allumage à température et pression ambiantes avec la même richesse qu’une bougie à arc classique. En conséquence, la preuve fût faite que l’allumage laser par claquage non résonnant est une alternative sérieuse et prometteuse à la bougie à arc.
La deuxième partie de ce manuscrit porte sur l’étude d’un oscillateur paramétrique optique (OPO) utilisant un cristal de niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN) pompé par une source laser picoseconde. La pompe est un oscillateur laser fibré dopé ytterbium à blocage de mode passif en régime de dispersion normal capable de délivrer à une cadence de 108 MHz des impulsions centrées à 1035 nm ayant une puissance moyenne de 4 W et d’une durée de 1 ps. Cette durée peut être réduite à 380 fs en ajoutant un module de compression en sortie de ce laser composé de deux miroirs chirpés. L’OPO décrit dans ce manuscrit est destiné à compléter l’arsenal spectroscopique de la plateforme de spectroscopie moléculaire COLA du Laboratoire d’onde et matière d’Aquitaine. Cet OPO permet de convertir des impulsions pompe de 1 ps centrées à 1035 nm sur une gamme spectrale allant de 1,4 µm à 1,8 µm avec un taux de conversion pompe-signal de 30 %. Les impulsions générées par cet OPO sont systématiquement caractérisées spectralement et temporellement. Cette étude porte enfin sur un phénomène original permettant de générer des impulsions signal de courte durée et (quasi) limitée par transformée de Fourier à partir d’impulsions pompe présentant du chirp temporel. Cette autocompression est obtenue en ajustant le synchronisme des impulsions pompe et signal. L’OPO est ainsi capable de générer des impulsions signal ayant une durée de 220 fs ou 75 fs à partir d’impulsions pompe de 1 ps ou 380 fs. Bien que cette compression se fasse au détriment de la puissance moyenne de 20 à 40 %, le gain en puissance crête est de l’ordre d’un facteur trois.ns
