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It has been shown, that cryogenic cooling of Yb3+-doped media is increasing laser performance significantly[1,2]. The reason for this is the thermal depopulation of the lower laser levels turning the quasi three level extraction scheme into a real four level scheme. By now most of these cryogenic cooled amplifiers aim on liquid nitrogen temperature. For future systems it has to be estimated what is an optimum operation temperature as compromise between laser performance and effort for cooling. This is needed as well from an energetic point of view as from an financial point of view. For this it is necessary to know the basic absorption and emission cross sections in dependence of temperature. We present measurement of such cross sections in an temperature range from 100K to room temperature for various gain material such as Yb:YAG, Yb:CaF2 and Yb:FP15-glass. The absorption cross sections are calculated from the absorption spectra. The emission cross sections are determined from the absorption and emission spectra employing the Füchtbauer-Ladenburgmethod and theMcCumber relation [3,4]. Additional wavelength dependent gain measurements are used to cross check the validity of the measurements.

Laser sources emitting around 976 nm are used for telecommunications, to pump erbium-doped fiber amplifiers, or to build sources emitting around 488 nm after a non linear conversion. The available power of transverse single-mode sources was lower than 1 W at the beginning of my thesis, and sources with higher powers were studied. We have chose to propose sources based on ytterbium-doped materials. Ytterbium ions present a high emission cross-section at 976 nm. But the absorption at this wavelength is strong, due to the three-level behavior of the transition. An intense pumping at 915 nm is thus necessary to obtain the doped area transparency at 976 nm. We have studied two solutions.Ytterbium-doped single-mode fibers allowed us to develop efficiency sources, like a spectrally narrowed laser. It has been used to realize a source emitting at 488 nm with a non linear periodically-poled lithium niobate waveguide. In this aim, we have also studied the amplification of a 976-nm laser diode in the doped fiber, and the frequency doubling of this source. To optimize the sources, we have theoretically studied the propagation of beams in the fiber.Another solution is to use ytterbium-doped KY(WO4)2 crystals. We have demonstrated a high gain at 981 nm under titanium-doped sapphire laser pumping at 931 nm. These sources have been simulated. Nevertheless, laser diode pumping of these crystals is not actually possible, because of the insufficient brightness of laser diode.; Les sources laser émettant autour de 976 nm ont des applications dans le domaine des télécommunications optiques, pour le pompage des amplificateurs à fibres dopées par des ions erbium, ou pour la réalisation d'une source à 488 nm après une étape de conversion non linéaire. Les sources monomodes transverses avaient au début de ma thèse des puissances limitées à 1 W. De plus fortes puissances étaient demandées. Nous avons choisi de proposer des sources basées sur les matériaux dopés par des ions ytterbium, qui présentent une importante section efficace d'émission autour de 976 nm. Mais l'absorption à 976 nm est très forte, liée au caractère trois niveaux de la transition, nécessitant un pompage à 915 nm intense pour obtenir la transparence à 976 nm. Deux solutions ont été testées.Les fibres monomodes dopées par des ions ytterbium nous ont permis de développer des sources, dont un laser de spectre fin très efficace, qui a servi à réaliser une source à 488 nm grâce à un guide d'onde non linéaire en niobate de lithium polarisé périodiquement. Nous avons aussi étudié l'amplification d'une diode laser impulsionnelle à 976 nm dans ces fibres, et le doublement de la fréquence de cette source. Pour dimensionner les fibres utilisées, nous avons simulé la propagation des faisceaux dans ces fibres. Les cristaux de Yb:KY(WO4)2 constituent une alternative aux fibres. Ils ont montré un fort gain à 981 nm avec un pompage par un laser à saphir dopé au titane à 931 nm. Les sources réalisées ont été simulées. L'intensité des diodes laser à 931 nm actuelles est limitée, interdisant le pompage par diode de ces cristaux.

Laser sources emitting around 976 nm are used for telecommunications, to pump erbium-doped fiber amplifiers, or to build sources emitting around 488 nm after a non linear conversion. The available power of transverse single-mode sources was lower than 1 W at the beginning of my thesis, and sources with higher powers were studied. We have chose to propose sources based on ytterbium-doped materials. Ytterbium ions present a high emission cross-section at 976 nm. But the absorption at this wavelength is strong, due to the three-level behavior of the transition. An intense pumping at 915 nm is thus necessary to obtain the doped area transparency at 976 nm. We have studied two solutions.Ytterbium-doped single-mode fibers allowed us to develop efficiency sources, like a spectrally narrowed laser. It has been used to realize a source emitting at 488 nm with a non linear periodically-poled lithium niobate waveguide. In this aim, we have also studied the amplification of a 976-nm laser diode in the doped fiber, and the frequency doubling of this source. To optimize the sources, we have theoretically studied the propagation of beams in the fiber.Another solution is to use ytterbium-doped KY(WO4)2 crystals. We have demonstrated a high gain at 981 nm under titanium-doped sapphire laser pumping at 931 nm. These sources have been simulated. Nevertheless, laser diode pumping of these crystals is not actually possible, because of the insufficient brightness of laser diode.; Les sources laser émettant autour de 976 nm ont des applications dans le domaine des télécommunications optiques, pour le pompage des amplificateurs à fibres dopées par des ions erbium, ou pour la réalisation d'une source à 488 nm après une étape de conversion non linéaire. Les sources monomodes transverses avaient au début de ma thèse des puissances limitées à 1 W. De plus fortes puissances étaient demandées. Nous avons choisi de proposer des sources basées sur les matériaux dopés par des ions ytterbium, qui présentent une importante section efficace d'émission autour de 976 nm. Mais l'absorption à 976 nm est très forte, liée au caractère trois niveaux de la transition, nécessitant un pompage à 915 nm intense pour obtenir la transparence à 976 nm. Deux solutions ont été testées.Les fibres monomodes dopées par des ions ytterbium nous ont permis de développer des sources, dont un laser de spectre fin très efficace, qui a servi à réaliser une source à 488 nm grâce à un guide d'onde non linéaire en niobate de lithium polarisé périodiquement. Nous avons aussi étudié l'amplification d'une diode laser impulsionnelle à 976 nm dans ces fibres, et le doublement de la fréquence de cette source. Pour dimensionner les fibres utilisées, nous avons simulé la propagation des faisceaux dans ces fibres. Les cristaux de Yb:KY(WO4)2 constituent une alternative aux fibres. Ils ont montré un fort gain à 981 nm avec un pompage par un laser à saphir dopé au titane à 931 nm. Les sources réalisées ont été simulées. L'intensité des diodes laser à 931 nm actuelles est limitée, interdisant le pompage par diode de ces cristaux.