Composition modale d'un faisceau laser

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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Institut d'Optique et Mécanique de Précision

Abstract

Nowadays, many applications, industrial or medical, need laser beams with specific transverse intensity profiles: for instance, we can quote laser machining, optical trapping and guiding of cold atoms. The aim of this thesis is the shaping and characterization of laser beams by modal composition, these techniques are achieved via the using of both amplitude and phase diffractive optical elements. In the first chapter, modal weights coefficients of a such transverse laser modes presented in an incoherent mixture are determined, we used a mathematical method based on least squares, this technique allowed us to characterize Laguerre- Gaussian and Hermite-Gaussian laser beams. The idea is based on study of the variation of the transmission diffracted by different apertures such as (circular aperture, opaque ring, half plane). In the second chapter, we have considered the study of a single-pass diffraction, by considering the diffractive properties of the two apertures (opaque ring and diaphragm) when the collimated incident laser beam is an LG00 or an LG01, several energetic and geometric magnitudes are studied. this chapter is considered as a pre-study of the third one, in order to mitigate the problem posed in the latter. In the third chapter, we have reached the ability to generate a flat-top in intra-cavity containing (opaque ring and a circular aperture), that maintain his shape during propagation from the near field to the far field, by applying a robust method based on the decomposition on Laguerre-Gaussian polynomials (LGpl). Finally, in the fourth chapter, we have shown how a simple binary diffractive optical element that, together with an aperture and lens, results in enhanced focusing. We explain this by a careful analysis of the spherical aberrations (defocus, primary, and high-order spherical aberration) generated by DOE

Description

Aujourd’hui, de nombreuses applications, tant industrielles que médicales, nécessitent des faisceaux lasers possédant un profil d’intensité transverse spécifique : en particulier, on peut citer l’usinage laser, le piégeage et guidage optique d’atomes froids. Cette thèse a pour objectif de caractériser et de faire une mise en forme des faisceaux lasers par une composition modale, à l'aide des éléments optiques diffractifs d'amplitude ou de phase. Dans le premier chapitre, nous parvenons à déterminer les poids de chaque mode transverse d’un faisceau laser multimode dont le mélange est incohérent par l'utilisation d'une méthode mathématique basée sur le calcul des moindres carrés, cela nous a permis de caractériser en quelque sorte les faisceaux de type Laguerre Gauss et Hermite Gauss. L’idée est basée sur l’étude des variations de puissance transmise par une pupille (diaphragme, anneau opaque, demiplan opaque) pour pouvoir remonter a la pondération modale d'un tel mélange incohérent. Dans le deuxième chapitre, nous avons considéré l'étude simple passage, en faisant le point sur les propriétés diffractives des deux pupilles (anneau opaque et diaphragme) lorsque le faisceau incident collimaté est un LG00 ou LG01, nous avons étudié plusieurs grandeurs géométrique et énergétique. Ce chapitre est une étude préliminaire au troisième chapitre, afin de cerner plus précisément le problème posé dans ce dernier. Dans le troisième chapitre, nous avons montré qu’on peut générer un flat-top en intra-cavité (contenant un anneau opaque et un diaphragme) qui demeure invariant du champ proche au champ lointain, en appliquant une méthodrobuste basée par la décomposition sur les polynômes de Laguerre-Gauss LGpl. Finalement, dans le quatrième chapitre, nous avons montré qu'un simple élément optique diffractif binaire en combinaison avec un diaphragme sont capables d'améliorer la propriété de focalisation d'une lentille. L'interprétation de ce résultat, a été achevée par une analyse très précise des aberrations sphériques (défocus, primaire, secondaire, tertiaire), générées par l'élément de phase binaire.

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