Combinaison cohérente par contrôle actif de la phase en régime impulsionnel

Dans ce chapitre nous présenterons l’approche mise en œuvre qui a permis d’obtenir les premiers résultats de mise en phase d’impulsions par la technique du marquage en fréquence. Après l’évaluation des variations de phase dans une impulsion, la démonstration expérimentale de la mise en phase de deux impulsions sera réalisée.  L’université de Jena a réalisée la combinaison spectrale [1] d’impulsions courtes (durée ~2 ns) correspondant à une énergie combinée de 3,7 mJ. La combinaison spectrale consiste à superposer des faisceaux via un élément dispersif, on ne s’intéressera pas à la phase des impulsions. La principale difficulté rajoutée par le régime impulsionnel est la synchronisation temporelle des impulsions. Dans le domaine de la combinaison cohérente par contrôle passif de la phase, il est dans certaines configurations, également possible de réaliser une mise en phase impulsionnelle. Par exemple, la société Qinetiq [2] a réalisé, en partenariat avec l’Air Force Research Laboratory, la combinaison cohérente passive d’un laser Q-switch dans une fibre dopée multicoeur (6 cœurs). Ils obtiennent des impulsions de 26 ns et de 10 kHz de fréquence de répétition, avec 2,2 mJ d’énergie dans l’impulsion combinée. Pour la combinaison cohérente par contrôle actif de la phase, la difficulté est de pouvoir corriger les variations de phase pendant l’impulsion à l’aide d’un système d’asservissement. Il faut donc asservir ces variations dans un laps de temps inférieur à la durée de l’impulsion. Dans le cas d’une impulsion de 1 ns, il est nécessaire d’avoir un système d’asservissement dont la bande passante soit supérieur à la dizaine de gigahertz. Pour le cas particulier du marquage en fréquence, en reprenant les équations de la fin du chapitre 1 (cf. partie 1.3.4.), nous devons donc corriger un bruit de phase dans le domaine de fréquence de la dizaine de gigahertz. Il nous faut donc un filtre passe-bas possédant une fréquence de coupure autour de 10 GHz. Dans ces conditions, une fréquence de modulation de l’ordre de la centaine de gigahertz est nécessaire. La bande passante de nos modulateurs de phase étant très inférieure à cette valeur, de même que la bande passante du photodétecteur, il n’est donc pas envisageable de réaliser un système d’asservissement pouvant corriger les variations de phase au cours d’une impulsion.

Nouvelle approche pour la mise en phase impulsionnelle

Connaissant les limites en bande passante de notre système d’asservissement, l’objectif devient alors d’identifier le régime de fonctionnement permettant d’avoir des variations de phase minimal pendant l’impulsion. Il faut alors s’assurer que nous sommes en phase juste avant les impulsions. Pour s’en assurer, la solution que nous proposons pour mettre en phase des impulsions par contrôle actif de la phase, est de corriger la phase entre les impulsions. Ceci peut être réalisé en utilisant un signal continu entre les impulsions. C’est sur ce signal continu que le système va corriger notamment les fluctuations de phases lentes liées à la température et aux vibrations. Ainsi nous serons en phase juste avant les impulsions, sans modifier notre système d’asservissement qui cas, il existera une différence de phase résiduelle entre les impulsions combinées mais qui sera du même ordre de grandeur que dans le cas continu. Par exemple, considérons que nous sommes en phase juste avant les impulsions et que les variations de phase au cours de l’impulsion soient de l’ordre de /20. Alors il existera une différence de phase résiduelle du même ordre de grandeur pour les impulsions combinées. impulsions. Nous nous placerons alors sous le seuil de puissance d’apparition de ces effets non- linéaires défini au chapitre 1. Dans le cas des amplificateurs commerciaux que nous utiliserons, la puissance crête seuil est de 100 W. On s’intéressera plus particulièrement aux phénomènes liés à l’amplification mais qui peuvent survenir à de faibles puissances.