Par Samuel Gouin, Product Line Manager - FBG Components, indie's Photonics BU
Le marché des lasers ultrarapides a connu d'énormes changements au cours des 10 à 15 dernières années. À l'époque, seules quelques entreprises étaient en mesure d'offrir les spécifications requises en matière de durée d'impulsion, d'énergie et de qualité pour les applications industrielles ou médicales (par exemple, l'ophtalmologie). Aujourd'hui, de nombreux fournisseurs sont en mesure de proposer des lasers fiables avec des spécifications et des prix compétitifs et de nombreuses caractéristiques de différenciation qui peuvent leur donner un avantage. De plus, les spécifications conventionnelles de durée d'impulsion, d'énergie et de puissance sont plus exigeantes qu'elles ne l'étaient à l'époque.
Pour les utilisateurs finaux de lasers ultrarapides, l'offre devient de plus en plus intéressante chaque année. Il est désormais possible de choisir des systèmes qui répondent aux exigences de l'application à un prix compétitif. Pour les fabricants de lasers, c'est à la fois une bénédiction et une malédiction. L'accès à des systèmes d'amplification d'impulsions chirpées (CPA) faciles à utiliser, fiables et abordables rend leur adoption possible pour un plus grand nombre de cas d'utilisation, ce qui stimule la demande et augmente la taille du marché des lasers ultrarapides. L'inconvénient est qu'il y a maintenant beaucoup plus de concurrence et qu'il est encore plus difficile qu'avant de conserver un avantage compétitif en termes de performances et de prix.
Comment naviguer dans cette nouvelle situation avec plus d'opportunités, mais aussi plus de menaces ?
L'un de nos clients, dont nous tairons le nom, est confronté à ces défis : comment améliorer les spécifications du laser tout en maintenant un coût minimal. Au début de son projet, son système laser à amplification d'impulsions chirpées (CPA) était limité en énergie d'impulsion par la qualité de l'impulsion, comme le montre la figure 1.
Figure 1. Des lobes secondaires peuvent être observés autour de l'impulsion principale dans la mesure de l'autocorrélation lorsque l'on augmente la puissance.
Les effets non linéaires de la chaîne d'amplification induisaient des impulsions latérales lors de l'augmentation de l'énergie d'impulsion, ce qui empêchait notre client d'extraire la puissance et l'énergie disponibles de son système, réduisant ainsi le rapport coût-efficacité du produit.
Pour ce texte, le chiffre de mérite choisi pour la qualité de l'impulsion est le rapport de l'énergie dans le pic principal sur l'énergie totale. À l'énergie d'impulsion nominale, le rapport de l'énergie dans le pic principal est de 87,8 % et tombe à 75,1 % à deux fois l'énergie nominale. Cette dégradation n'est évidemment pas acceptable pour la plupart des applications, c'est pourquoi l'énergie de l'impulsion doit être limitée.
Des stratégies telles que l'augmentation du facteur d'étirement de l'impulsion et/ou le changement de type d'amplificateur peuvent contribuer à résoudre ce problème car elles réduisent les effets non linéaires, mais elles nécessitent toutes une refonte importante de la plate-forme CPA, qui peut être assez coûteuse à mettre en œuvre et aura des inconvénients sur d'autres exigences telles que l'encombrement et la consommation d'énergie électrique, pour n'en citer que quelques-unes.
En tant que leader du marché de CFBG Étireurs d'impulsions, indie a observé cette pression croissante sur les ingénieurs lasers de toutes les entreprises de lasers ultrarapides pour trouver des solutions rentables afin d'améliorer les performances du système. indie a également été le témoin direct de la douleur croissante de la fabrication de lasers à la limite des performances acceptables, ce qui rend l'assemblage des lasers ardu et chronophage. En raison de la complexité inhérente aux systèmes CPA, les variations de tolérance de tous les composants rendent le résultat final imprévisible et nécessitent beaucoup d'ajustements et de corrélations croisées entre les différents composants pour obtenir des spécifications correctes. C'est coûteux et frustrant.
Une nouvelle façon de naviguer sur ce marché en pleine évolution
Il était déjà clair il y a plusieurs années que les effets non linéaires, principalement dus à l'auto-modulation de phase (SPM), sont plus préjudiciables à la qualité de l'impulsion lorsque les impulsions laser présentent davantage d'ondulations de phase, et que la réduction de ces ondulations améliorerait la qualité de l'impulsion.
S'appuyant sur 25 ans d'expérience dans la conception et la fabrication de FBG haut de gamme, notre équipe d'experts a développé de nouvelles méthodes pour améliorer de manière significative la qualité des étirements CFBG, créant ainsi un nouveau grade de qualité : l'Ultra. L'amélioration est double : réduction des ondulations de phase et amélioration de la précision du profil de réflectivité.
Figure 2. Le nouveau grade de qualité Ultra présente à la fois des ondulations de phase plus faibles et une plus grande précision du profil de réflectivité que les autres grades de qualité.
Avec la SPM, les ondulations spectrales induisent des ondulations de phase temporelle qui, à leur tour, augmentent les ondulations de phase spectrale dans un cercle vicieux. Cela signifie que la réduction des ondulations sur la réflectivité et la phase de l'impulsion est essentielle pour réduire l'impact de la SPM sur la qualité de l'impulsion.
En utilisant un système identique à celui utilisé pour produire les résultats de la figure 1, notre client a testé le nouveau PulseStretch(TPSR-U), ce qui a permis une comparaison expérimentale entre les qualités Haute et Ultra. Il convient de noter que la différence entre le TPSR-H et le TPSR-U résidant dans la qualité de l'inscription des CFBG, ils peuvent être échangés directement, sans qu'il soit nécessaire d'adapter le système. Il s'agit d'une véritable solution de remplacement.
La figure 3 montre les mesures d'autocorrélation des impulsions laser obtenues avec le TuneStretch. D'après ces résultats réels, il est évident que la qualité de l'impulsion est nettement améliorée avec le TPSR-U, et qu'elle reste meilleure même lorsque l'énergie nominale de l'impulsion est multipliée par deux.
Figure 3. Le TPSR-U permet d'améliorer la qualité de l'impulsion à une énergie d'impulsion plus élevée par rapport au TPSR-H.
En utilisant la mesure de la qualité de l'impulsion définie précédemment, l'énergie du pic principal par rapport à l'énergie totale (figure 4) peut être représentée graphiquement, ce qui permet de constater facilement la résistance à des niveaux élevés de SPM.
La figure 4. Les mesures montrent que le TPSR-U permet de doubler l'énergie de l'impulsion, tout en conservant la qualité de l'impulsion.
Bien entendu, tout le monde est limité par le coût de la nomenclature des systèmes, et la plupart des gens ne peuvent pas se permettre d'augmenter le coût de leur laser. Mais il convient de faire la distinction entre le coût du laser et sa nomenclature.
Alors que l'augmentation de l'énergie et de la qualité des impulsions accroît directement la valeur du laser CPA, le resserrement des tolérances sur un composant critique rendra le processus d'assemblage du laser plus fluide et plus prévisible. C'est ainsi qu'une faible augmentation du coût de la nomenclature peut réduire le coût du système laser, en réduisant le coût de l'assemblage. Et comme toutes les entreprises spécialisées dans les lasers ultrarapides doivent être à la limite de leurs performances pour survivre, la probabilité que cette situation se produise est très élevée.
Permettre les systèmes d'ACP de la prochaine génération
indie a été aux premières loges pour observer l'évolution du marché et l'a également ressentie. Le premier réseau de Bragg à fibre chirpée (CFBG) destiné à étirer des impulsions ultracourtes fabriqué par indie (anciennement TeraXion) date de 2005, et il était bien sûr très différent de ce qu'il est aujourd'hui. Ce qui n'a pas changé, c'est notre motivation à fabriquer les Étireurs d'impulsions les plus avancés et les plus précis au monde.
Avec l'étireur d'impulsions de qualité Ultra, indie a rendu possible la prochaine génération de laser à fibre. Désormais disponibles en grandes quantités, le TuneStretch(TPSR-U) et le FixedStretch(UPSR) sont faciles à intégrer dans les systèmes existants et vous permettront de rester à la pointe de cet environnement hautement compétitif.
Produits apparentés
| Produit | Description | |
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Étireur d'impulsions de précision entièrement en fibre, offrant une tunabalité sur le profil de dispersion sans partie mobile. |
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Ventes et assistance technique