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International audience; 520fs, 2.3-mJ pulses are demonstrated in a Yb:YAG booster amplifier delivering peak powers up to 4.4GW. To avoid damage and nonlinear-effect issues, passive divided pulse amplification is studied for the first time for bulk-amplifier. Great efforts have been deployed in the development of laser systems delivering femtosecond pulses for industrial and scientific applications. Among all available technologies, fiber lasers came out as one of the best choice due to their capability to deliver short pulse duration (typically 300 to 500 fs) together with high average power within very reliable and robust systems. Nevertheless, one of the main drawbacks remains the limited output energy available for such laser due to the strong confinement of the light. Standard femtosecond fiber lasers can deliver typically up to 10s µJ energy pulses; and lasers based on rod type technology allow to reach up to the mJ level for laboratory systems [1-2] and 200 µJ for industrial systems. We propose here to enhance the energy from fiber sources by implementing a very simple, but optimized, Yb doped YAG booster stage. This booster consists in using a cm-long crystal to have a simple high gain booster together with a rather-modest length to prevent from deleterious nonlinear effects like self-phase modulation and critical self-focusing. Secondly, the use of a simple and passive divided pulse amplification (DPA) setup [3] is also investigated, in order to exceed the energy limitation. We investigate how the DPA permits to overcome the laser threshold limits from 2.9 mJ to 4.1 mJ. This simple and straightforward amplifier geometry allows to deliver, in a nominal and safe regime, ultrashort pulses below 520fs for energy of 3mJ (before compression) 2.3 mJ after. We demonstrated then pulses up to 4.4 GW of peak power. The fiber laser source used is a standard industrial laser-developed by Amplitude Systems-that delivers pulse energy 180µJ up to 100 kHz repetition rate with duration of 350 fs. By limiting output energy below 200µJ, nonlinear effects and damages threshold in the laser are safely avoid. The Yb:YAG booster is implemented between the fiber amplifier and the compressor

International audience; Des impulsions ultra-courtes d'une durée de 100 fs ont été obtenues dans un amplificateur régénératif utilisant un cristal d'Yb:CALGO. Le rétrécissement spectral par le gain a été minimisé en employant une technique d'amplification non-linéaire utilisant l'effet Kerr.

International audience; Nous retraçons ici la petite histoire qui nous a poussés à caractériser finement les coefficients thermo-optiques du cristal CaGdAlO 4 dopé à l'ytterbium. Le caractère anisotrope de ces coefficients associé aux propriétés spectroscopiques particulières de ce cristal a, en effet, amené à l'observation d'un saut de modes laser étonnant.

International audience; Nous présentons le premier laser pompé par diode à amplificateur céramique d'Yb:CaF 2 élaborées par un procédé de synthèse simple et écologique. Nous obtenons une puissance laser de 1,6 W pour une puissance absorbée de 4 W. Les résultats sont comparables à ceux obtenus avec un monocristal d'Yb:CaF 2 de taux de dopage analogue et ouvrent ainsi des perspectives intéressantes pour ces nouvelles céramiques optiques dans le cadre des lasers de puissance pompés par diode.

Significant improvements in efficiency in high power, high repetition rate laser systems should come from the use of ceramic laser active elements suitably designed to mitigate the thermal and thermo-mechanical effects (TEs and TMEs) deriving from the laser pumping process. Laser active media exhibiting a controlled and gradual distribution of the active element(s) could therefore find useful applications in the laser-driven inertial confinement fusion systems, which are considered among the most promising energy source of the future (ultraintense laser pulses), and in medical applications (ultrashort laser pulses) The present work explores the flexibility of the ceramic process for the construction of YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) ceramic laser elements with a controlled distribution of the Yb doping, in view of the realization of structures modelled to respond to specific application. Two processing techniques are presented to prepare layered structures with a tailored modulation of the doping level, with the goal of reducing the peak temperature, the temperature gradients and also the thermally-induced deformation of the laser material, thus mitigating the overall thermal effects. Tape casting in combination with thermal compression of ceramic tapes with a varying doping level is one of the presented techniques. To make this process as more adaptable as possible, commercial micrometric ceramic powders have been used. The results are compared with those obtained using nanometric powders and a shaping process based on the subsequent pressing of spray dried powders with a different doping level. Laser performance has been characterized in a longitudinally diode pumped laser cavity. The laser efficiency under high thermal load conditions has been compared to those obtained from samples with uniform doping, and for samples obtained with press shaping and tape casting, under the same conditions.

The replacement of gas lasers emitting at 488 nm or 442 nm by solid state configurations is a true challenge due to the industrial stake that it represents. Substitution solutions have been developed, nevertheless, the one consisting of the second harmonic generation (SHG) of 884 nm or 976 nm emissions in bulk configuration was always put away due to the three-level nature of the transitions which had to be used. Indeed the very strong re-absorption at the lasing wavelength (884 nm for Nd3+ and 976 nm for Yb3+) made them unsuitable for an efficient laser action in diode-pumped configuration. The improvement of the laser-diode brightness has recently opened the door for using these transitions. In this manuscript we present a theoretical and experimental study on diode-pumped three-level lasers in Nd3+ doped and Yb3+ doped crystals. Firstly, we propose the study of the direct diode pumping of an Nd:GdVO4 crystal, emitting at 880 nm, which after second harmonic generation give us an alternate solution to HeCd lasers. We present then, a new concept, the intracavity pumping, that we apply to Yb3+ doped materials, to achieve laser action around 980 nm. Indeed, inside a laser cavity, the very important circulating power is coupled to a good spatial beam quality; these two points are the key points for an efficient pumping of threelevel transitions. As a conclusion we give a comparison of the direct and indirect diode pumping of three-level laser transitions, and highlight the advantages of each configuration.; Le remplacement des lasers à gaz émettant à 488 nm ou à 442 nm, à l'aide de lasers solides, représente un véritable enjeu industriel. De nombreuses solutions ont été développées, néanmoins, celle consistant en le doublement de fréquence d'une oscillation autour de 884 nm (cristaux dopés aux ions Nd3+) ou de 976 nm (cristaux dopés aux ions Yb3+) a toujours été écartée, de par la nature à trois niveaux des transitions mises en jeu. La très forte réabsorption du milieu à la longueur d'onde laser rend, à première vue, cette alternative peu efficace. Grâce à la significative amélioration de la luminance des diodes de pompe, ce problème peut désormais être dépassé et l'oscillation de ces transitions envisagée. Dans ces travaux, nous proposons une étude théorique et expérimentale de l'oscillation laser en pompage par diode des transitions à trois niveaux dans les cristaux dopés aux ions Nd3+ et Yb3+. Tout d'abord nous présentons l'étude du pompage direct par diode d'un cristal de Nd:GdVO4 émettant à 880 nm, qui après doublement de fréquence nous permet de proposer une alternative aux lasers à HeCd. Nous présentons ensuite un nouveau concept, le pompage en intracavité, que nous appliquons aux cristaux dopés aux ions Yb3+ pour obtenir un effet laser autour de 980 nm. En effet, à l'intérieur d'une cavité laser, la forte puissance circulante est couplée à une bonne qualité spatiale de faisceau; ces caractéristiques représentent les conditions optimales de pompage d'une transition à trois niveaux. En conclusion, nous proposons une comparaison théorique des différents types de pompage proposés, permettant de dégager avantages et inconvénients de chacune de ces deux configurations.

The replacement of gas lasers emitting at 488 nm or 442 nm by solid state configurations is a true challenge due to the industrial stake that it represents. Substitution solutions have been developed, nevertheless, the one consisting of the second harmonic generation (SHG) of 884 nm or 976 nm emissions in bulk configuration was always put away due to the three-level nature of the transitions which had to be used. Indeed the very strong re-absorption at the lasing wavelength (884 nm for Nd3+ and 976 nm for Yb3+) made them unsuitable for an efficient laser action in diode-pumped configuration. The improvement of the laser-diode brightness has recently opened the door for using these transitions. In this manuscript we present a theoretical and experimental study on diode-pumped three-level lasers in Nd3+ doped and Yb3+ doped crystals. Firstly, we propose the study of the direct diode pumping of an Nd:GdVO4 crystal, emitting at 880 nm, which after second harmonic generation give us an alternate solution to HeCd lasers. We present then, a new concept, the intracavity pumping, that we apply to Yb3+ doped materials, to achieve laser action around 980 nm. Indeed, inside a laser cavity, the very important circulating power is coupled to a good spatial beam quality; these two points are the key points for an efficient pumping of threelevel transitions. As a conclusion we give a comparison of the direct and indirect diode pumping of three-level laser transitions, and highlight the advantages of each configuration.; Le remplacement des lasers à gaz émettant à 488 nm ou à 442 nm, à l'aide de lasers solides, représente un véritable enjeu industriel. De nombreuses solutions ont été développées, néanmoins, celle consistant en le doublement de fréquence d'une oscillation autour de 884 nm (cristaux dopés aux ions Nd3+) ou de 976 nm (cristaux dopés aux ions Yb3+) a toujours été écartée, de par la nature à trois niveaux des transitions mises en jeu. La très forte réabsorption du milieu à la longueur d'onde laser rend, à première vue, cette alternative peu efficace. Grâce à la significative amélioration de la luminance des diodes de pompe, ce problème peut désormais être dépassé et l'oscillation de ces transitions envisagée. Dans ces travaux, nous proposons une étude théorique et expérimentale de l'oscillation laser en pompage par diode des transitions à trois niveaux dans les cristaux dopés aux ions Nd3+ et Yb3+. Tout d'abord nous présentons l'étude du pompage direct par diode d'un cristal de Nd:GdVO4 émettant à 880 nm, qui après doublement de fréquence nous permet de proposer une alternative aux lasers à HeCd. Nous présentons ensuite un nouveau concept, le pompage en intracavité, que nous appliquons aux cristaux dopés aux ions Yb3+ pour obtenir un effet laser autour de 980 nm. En effet, à l'intérieur d'une cavité laser, la forte puissance circulante est couplée à une bonne qualité spatiale de faisceau; ces caractéristiques représentent les conditions optimales de pompage d'une transition à trois niveaux. En conclusion, nous proposons une comparaison théorique des différents types de pompage proposés, permettant de dégager avantages et inconvénients de chacune de ces deux configurations.