High power multimode fiber amplifier with wavefront reshaping for high beam quality recovery

The increase in fiber laser and amplifier output power is limited by nonlinear effects and material damage due to the high power density, especially in pulsed operation. Output powers of several hundreds watts have recently been achieved with large-mode-area quasi-singlemode fibers. To further increase the core diameter, an original alternative approach consists in correcting the beam profile after a multimode fiber amplifier by a nonlinear beam cleanup method. We report the conversion of a multimode and depolarized output beam of a highly multimode diode-pumped Yb-doped fiber amplifier to a diffraction limited, linearly polarized beam by two original beam cleanup methods:
• the first converts the multimode beam to a singlemode beam using self-referencing two wave mixing process in an infrared sensitive photorefractive crystal (Rh:BaTiO3). With this setup, up to 11.6 W singlemode output is achieved with a 78% multimode to singlemode photorefractive conversion efficiency,
• the second converts a multimode beam into a singlemode beam by use of the Brillouin effect in a multimode gradient-index (GI) fiber with a self-aligned loop geometry. A preliminary conversion from a M2=6.5 beam into a M2=1.3 beam with 31% efficiency is reported. To cite this article: L. Lombard et al., C. R. Physique 7 (2006).

RésuméLe développement récent des fibres à large cœur quasi-monomodes a permis une montée en puissance rapide des lasers à fibre. En effet, l'utilisation d'un gros cœur permet de limiter les effets non linéaires indésirables et d'augmenter les seuils de dommage. Afin de poursuivre la montée en puissance, nous avons exploré une voie originale utilisant des fibres amplificatrices multimodes suivies d'interactions non linéaires de remise en forme. Nous reportons ici la conversion d'un faisceau dépolarisé et multimode, issu d'un amplificateur à fibre dopée Ytterbium à très large cœur, vers un faisceau polarisé linéairement et limité par la diffraction par deux méthodes non linéaires de nettoyage de faisceau originales (beam cleanup) :
• le premier réalise la remise en forme par mélange à deux ondes auto-référencé dans un cristal photoréfractif de Rh:BaTiO3. Un faiseau limité par la diffraction et de puissance 11,6 W avec une efficacité de conversion dans le cristal de 78%,
• le second réalise la conversion du faisceau multimode vers un faisceau monomode par rétrodiffusion Brillouin stimulée (SBS) dans une cavité Brillouin auto-alignée contenant une fibre multimode à gradient d'indice. Une conversion préliminaire d'un faisceau de M2=6,5 vers un faisceau de M2=1,3 est reportée avec une efficacité de 31%. Pour citer cet article : L. Lombard et al., C. R. Physique 7 (2006).