Soutenance de thèse de Elio THELLIER

Soutenance de thèse de Elio THELLIER, doctorant dans le groupe Lasers du Laboratoire Charles Fabry, le 20 février 2026 à 14h30 dans l'Auditorium de l'Institut d'Optique Graduate School à Palaiseau, sur le thème : "Développement d'amplificateurs lasers pompés par LEDs via concentrateurs luminescents pour l'imagerie acousto-optique".

Résumé : " Dans les milieux optiquement diffusants, la profondeur de pénétration et la résolution spatiale de l'imagerie par la lumière est grandement limitée. L’imagerie acousto-optique (IAO) constitue une approche hybride prometteuse, reposant sur le marquage en fréquence des photons par une onde ultrasonore. Toutefois, l’IAO impose des exigences laser contraignantes : émission monofréquence, large accordabilité dans la fenêtre thérapeutique (700–1000 nm), puissance crête élevée (~100 W) dans un régime dit "quasi-continu" avec des impulsions longues de l’ordre de 100 µs et une cadence pouvant atteindre 100 Hz. 

L’objectif de cette thèse est de développer une source laser nouvelle, adaptée à ces contraintes, fondée sur une architecture oscillateur-amplificateur avec des cristaux laser dopés aux ions de transition métallique. Trois matériaux amplificateurs ont été étudiés pour leur large bande de gain, mais seule l’alexandrite sera présentée à l'oral.

Un axe central du travail consiste au développement d'une technologie de pompage innovante par LEDs via concentrateur luminescent dont il fallait assurer la montée en puissance pour répondre au cahier des charges de la source laser. Pour cela, trois leviers ont été utilisés : l’augmentation de la puissance unitaire des LEDs, la multiplication de leur nombre et l’optimisation d’un concentrateur luminescent en Ce:YAG, incluant une géométrie innovante dite « en arête ». Un modèle optique avancé a été développé et validé expérimentalement, mettant en évidence le rôle critique des pertes associées à la distance moyenne de propagation, notamment dues à l’absorption par l’état excité. La tête de pompage issue de ces travaux délivre jusqu’à 2,6 kW de puissance crête entre 530 nm et 630 nm, établissant un niveau de performance record dans cette gamme spectrale.

L’intégration de cette technologie dans des amplificateurs multipassages géométriques a permis d’évaluer les performances de l'alexandrite : grâce au long temps de vie du niveau excité et à un gain croissant avec la température, un amplificateur multipassage délivrant un gain net de 34 après 16 passages et une puissance crête de 14 W à 761 nm a été démontré, établissant un record pour l’IAO. Des effets d’interférences limitant le fonctionnement à 100 µs ont été identifiés et levés.

Ces travaux marquent une progression significative vers des dispositifs d’imagerie optique plus performants et plus pénétrants dans les tissus biologiques. De plus, ils démontrent la pertinence d'une nouvelle technologie laser basée sur l'alexandrite pompé par LED, dont le potentiel d'application s'étend bien au-delà de l'imagerie acousto-optique : LiDAR, chaînes femtoseconde, ou lasers UV pour la micro-électronique en sont quelques exemples. "