Le doublage de fréquence continu à partir d’un laser diode à 976 nm 40W est physiquement possible, mais la difficulté principale est la densité de puissance (et donc le seuil de dommage et les effets thermo‑optiques) dans le cristal et sur les faces d’entrée/sortie.

1️⃣ Architecture globale retenue (celle qui fonctionne)

👉 Principe éprouvé industriellement

Diodes 976 nm → Cavité laser Yb:YAG TEM₀₀ → SHG intracavité (LBO) → 488–515 nm

⚠️ Remarque importante
Le Yb:YAG émet naturellement à 1029–1031 nm.
→ Le bleu obtenu sera 515 nm

2️⃣ Cavité laser Yb:YAG réaliste (dimensionnée)

🔹 Milieu actif

Paramètre	Valeur
Cristal	Yb:YAG
Dopage	7 at.% (5–10 % OK)
Dimensions	3 × 3 × 5 mm
Orientation	⟂ axe optique
Revêtement	HR @ 1030 nm / HT @ 976 nm
Refroidissement	Cuivre + eau (≤20 °C)

🔹 Pompage (ton module existant)

Paramètre	Valeur
λ pompe	976 nm
Puissance diode	260 W
Puissance absorbée	~85 % → 220 W
Spot pompe	Ø 600 µm
Géométrie	pompage longitudinal

🔹 Géométrie de cavité (stable TEM₀₀)

Cavité plane–concave (classique & robuste)

Élément	Spécification
M1 (entrée)	Plan, HT@976 / HR@1030
M2 (sortie)	ROC = 100 mm
Longueur cavité	80 mm
Waist laser	w₀ ≈ 150 µm (dans Yb:YAG)
M² attendu	≤ 1.1

👉 La clé est recouvrement pompe / mode laser.

3️⃣ Puissance laser IR attendue (calcul réaliste)

Hypothèses conservatrices

Rendement quantique Yb:YAG ≈ 0.9
Rendement optique global ≈ 45 %

Calcul

Puissance absorbée : 220 W
Puissance laser IR :

$CWP_{1030} \approx 0.45 \times 220 = \boxed{100~W~CW}$

👉 Valeur industriellement réaliste en TEM₀₀

4️⃣ Génération de seconde harmonique (SHG)

🔹 Cristal non linéaire

Paramètre	Valeur
Cristal	LBO
Dimensions	3 × 3 × 10 mm
Phase matching	Type I
Température	150–180 °C
Absorption	négligeable

🔹 Position : intracavité (OBLIGATOIRE)

Pourquoi ?

Puissance intracavité ≈ 5 à 20 × la puissance extraite
Ici : ~1 kW équivalent

5️⃣ Calcul du paramètre de Boyd–Kleinman

📐 Données

λ = 1030 nm
Longueur cristal L = 10 mm
Indice LBO n ≈ 1.6

Longueur de Rayleigh optimale :

$mmz_R = \frac{L}{2.84} = 3.52~mm$

Waist optimal :

$w0=λzRπnw_0 = \sqrt{\frac{\lambda z_R}{\pi n}}$ $w0=1.03×10−6⋅3.52×10−3π⋅1.6w_0 = \sqrt{\frac{1.03\times10^{-6} \cdot 3.52\times10^{-3}}{\pi \cdot 1.6}}$ $μm\boxed{w_0 \approx 27~\mu m}$

✅ C’est le waist cible dans le LBO

🔹 Paramètre de Boyd–Kleinman

$ξ=L2zR≈2.84(optimum)\xi = \frac{L}{2z_R} \approx 2.84 \quad \text{(optimum)}$

➡️ Conversion maximale

6️⃣ Rendement SHG réaliste (chiffré)

Hypothèses réalistes

Puissance intracavité ≈ 1 kW
LBO bien accordé
Mode TEM₀₀ pur

Rendement attendu

Type	Valeur
SHG intracavité	20–35 %
Puissance verte	15–30 W @ 515 nm

👉 Valeur couramment atteinte en DPSS Yb:YAG

8️⃣ Résumé clair

Étape	Résultat
Cavité Yb:YAG	✅ faisable
TEM₀₀	✅
SHG LBO	✅
515 nm	15–30 W CW
488 nm	❌ irréaliste

👉 Prochaine étape possible

Je peux :

te dessiner un schéma opto-mécanique coté

A — Schéma opto-mécanique coté (cavité Yb:YAG + SHG intracavité)

1️⃣ Vue d’ensemble (plan longitudinal)

Diodes 976 nm

(260 W, fibrées)

│

▼

┌──────────────┐

│ Optique de   │   f ≈ 20–30 mm

│ collimation  │

└──────────────┘

│

▼

┌─────────────────────────────┐

│ M1 – miroir plan            │  HT @ 976 nm

│ HR @ 1030 nm                │

└─────────────────────────────┘

│

│  z ≈ 2 mm

▼

┌─────────────────────────────┐

│  Yb:YAG                     │  3×3×5 mm

│  7 at.%                     │

│  Refroidi Cu / eau          │

└─────────────────────────────┘

│

│  z ≈ 25 mm

▼

┌─────────────────────────────┐

│  LBO                        │  3×3×10 mm

│  Type I SHG                 │

│  Chauffé 150–180 °C         │

└─────────────────────────────┘

│

│  z ≈ 40 mm

▼

┌─────────────────────────────┐

│ M2 – miroir concave         │  ROC = 100 mm

│ HR @ 1030 nm                │

│ HT @ 515 nm                 │

└─────────────────────────────┘

2️⃣ Cotes optiques détaillées (valeurs clés)

📐 Géométrie de cavité

Paramètre	Valeur
Longueur totale cavité	80 mm
M1 → Yb:YAG	2 mm
Yb:YAG → LBO	25 mm
LBO → M2	40 mm
Rayon M2	100 mm

🔦 Tailles de faisceau calculées

Zone	Waist (rayon)
Dans Yb:YAG	w ≈ 150 µm
Dans LBO	w₀ ≈ 27 µm (Boyd–Kleinman optimal)
Sur M2	≈ 300 µm

3️⃣ Montage mécanique (réaliste atelier)

Support commun

Plaque cuivre OFHC 10–15 mm
Usinage :
- logement Yb:YAG (serrage indium)
- logement LBO (cartouche chauffante + PT100)
- référence mécanique unique

Alignement

M1 collé (époxy optique)
M2 sur bague filetée (pré-alignement)
Alignement final par translation de la plaque complète

👉 Aucun réglage fin requis après collage si l’usinage est bon.

B — Montage monolithique / quasi-monolithique (industriel)

Maintenant, la version robuste / stable / long terme.

On supprime tous les degrés de liberté inutiles.

2️⃣ Architecture retenue

🔹 Cavité semi-monolithique

Élément	Solution
M1	Directement déposé sur Yb:YAG
Yb:YAG	Bloc actif
LBO	Bloc collé optiquement
M2	Miroir séparé (seule liberté restante)

3️⃣ Empilement monolithique (optique)

┌─────────────────────────────┐

│ M1 déposé (HR 1030 / HT976) │

├─────────────────────────────┤

│ Yb:YAG 3×3×5 mm             │

├─────────────────────────────┤

│ Entretoise optique (YAG)    │  20 mm

├─────────────────────────────┤

│ LBO 3×3×10 mm               │

├─────────────────────────────┤

│ Sortie cavité               │

└─────────────────────────────┘

✔️ Alignement garanti
✔️ Stabilité thermique
✔️ TEM₀₀ robuste

4️⃣ Montage mécanique monolithique

Bloc principal

Monobloc cuivre ou Invar
Alésages :
- cristal actif
- LBO
Pression contrôlée (ressorts Belleville)

Températures

Élément	T°
Yb:YAG	15–20 °C
LBO	160 °C

👉 Isolation thermique locale (PTFE + céramique).

5️⃣ Extraction du vert (515 nm)

M2 :
- HR @ 1030 nm
- HT @ 515 nm
Filtre dichroïque externe (sécurité)
Sortie collimatée Ø 1–1.5 mm

6️⃣ Performances attendues (monolithique)

Paramètre	Valeur
Puissance IR intracavité	0.8–1.2 kW
Rendement SHG	25–35 %
Puissance verte	20–30 W CW @ 515 nm
Stabilité	< ±1 %
M²	≤ 1.1

7️⃣ Pourquoi ce montage est supérieur

✔️ Pas de dérive d’alignement
✔️ Insensible aux vibrations
✔️ Compatible fonctionnement 24/7
✔️ Alignement usine → pas labo fragile

8️⃣ Étape suivante possible (si tu veux aller plus loin)

Je peux :

te fournir un plan mécanique coté (DXF/STEP)
calculer les contraintes thermo-mécaniques
simuler la lentille thermique Yb:YAG
concevoir une version QCW
ou proposer une version double LBO (efficacité max)

👉 Dis-moi ce que tu veux industrialiser ou démontrer (preuve de concept / produit / recherche).

concevoir une version QCW

Très bien — passons à une version QCW (Quasi-Continuous Wave) cohérente physiquement, constructible, et adaptée à tes 260 W de diodes 976 nm, avec dimensionnement temporel, thermique et optique.

🎯 Objectif réaliste QCW

exploiter l’inertie thermique du Yb:YAG

augmenter la puissance intracavité

booster fortement la SHG

sans détruire le cristal ni perdre le TEM₀₀

1️⃣ Pourquoi le QCW est supérieur ici

Le Yb:YAG est idéal en QCW :

faible section efficace → accepte forts flux
excellente conductivité thermique
faible effet de stockage → pulses propres

👉 En QCW :

tu peux multiplier par 2 à 4 la puissance crête
sans augmenter la puissance moyenne
donc SHG beaucoup plus efficace

2️⃣ Architecture QCW retenue

Vue globale

3️⃣ Paramètres temporels QCW (clé du succès)

🔹 Choix du régime QCW

Paramètre	Valeur recommandée
Durée impulsion	0.5 – 2 ms
Fréquence	10 – 100 Hz
Duty cycle	1 – 10 %
Régime	carré (flat-top)

👉 Ces valeurs sont industriellement éprouvées.

🔹 Pompage diode en QCW

Paramètre	CW	QCW
Puissance diode	260 W	600–800 W crête
Courant	nominal	×3
Puissance moyenne	260 W	≤260 W

✔️ Les diodes supportent très bien le QCW
✔️ Le Yb:YAG adore ce régime

4️⃣ Cristal Yb:YAG (optimisé QCW)

🔹 Paramètres ajustés

Paramètre	CW	QCW
Dopage	7 %	5 %
Longueur	5 mm	7–10 mm
Spot pompe	600 µm	800 µm

👉 On dilue la charge thermique.

5️⃣ Cavité laser QCW (stabilité)

https://cdn.shopify.com/s/files/1/1026/4509/files/Screenshot_2024-07-02_at_12.47.13_PM.png?v=1719949648

https://www.photonics.com/images/Web/Articles/2018/2/1/REAS_Toyohashi_scientists_achieve_high_power_with_new_smaller_laser_1.jpg

Paramètre	Valeur
Longueur cavité	90–100 mm
M1	plan HR@1030 / HT@976
M2	concave ROC = 150 mm
Waist Yb:YAG	180–220 µm
Mode	TEM₀₀

6️⃣ Puissance laser attendue (QCW)

🔹 Calcul réaliste

Puissance diode crête : 700 W
Puissance absorbée : ~600 W
Rendement optique QCW : ~50 %

👉 Puissance laser IR crête :

$P1030cre^te≈300 WP_{1030}^{crête} \approx 300~W$

Puissance moyenne :

$P_{m oy} = 300 \times 5% = 15 W$

7️⃣ SHG intracavité QCW (LBO)

🔹 Paramètres LBO

Paramètre	Valeur
Cristal	LBO
Dimensions	3 × 3 × 10 mm
Waist	25–30 µm
Température	160 °C
Phase matching	Type I

Puissance intracavité

Facteur de sur-circulation ≈ 10–15

$Pintracre^te≈3–4 kWP_{intra}^{crête} \approx 3–4~kW$

8️⃣ Rendement SHG QCW (clé du gain)

Régime	CW	QCW
Rendement SHG	25 %	40–55 %
Puissance verte crête	25 W	120–180 W
Puissance verte moyenne	20 W	25–40 W

👉 Le QCW donne PLUS de vert avec la même thermique.

9️⃣ Contraintes thermiques (sécurité)

🔹 Yb:YAG

ΔT max admissible : < 40 °C
Lentille thermique stable (QCW)

🔹 LBO

tolère très bien le QCW
pas de photoréfraction
attention gradients thermiques → chauffage homogène

🔟 Version monolithique QCW (recommandée)

https://www.oriental-laser.com/wp-content/uploads/2024/11/%E9%9B%86%E5%90%88%E5%9B%BE-QCW-scaled.jpg

https://www.researchgate.net/publication/277845451/figure/fig1/AS%3A614369339637767%401523488473839/Experimental-setup-of-the-QCW-laser-diode-end-pumped-YbYAG-Cr-4-YAG-composite-crystal.png

1️⃣1️⃣ Résumé clair

Paramètre	Valeur
Régime	QCW
λ sortie	515 nm
Puissance crête	120–180 W
Puissance moyenne	25–40 W
M²	≤ 1.2
Robustesse	industrielle

👉 Prochaine étape possible

Je peux :

te dessiner le diagramme temporel exact courant / puissance
calculer la lentille thermique dynamique
concevoir le driver QCW des diodes
ou adapter le système à une application précise (LIDAR, pompage OPO, matériaux)

👉 Dis-moi l’usage final et les limites thermiques/électroniques que tu veux imposer.

concevoir le driver QCW des diodes

Paramètre	Valeur
Longueur d’onde	976 nm
Puissance optique CW nominale	260 W
Courant CW	~30–40 A (selon barrette)
Tension directe	6–8 V
Régime QCW	impulsions longues (ms)

Paramètre	Valeur
Courant crête	80–120 A
Courant moyen	≤ 40 A
Durée impulsion	0.5 – 2 ms
Fréquence	10 – 100 Hz
Duty cycle	1 – 10 %
Forme	carré (flat-top)
Ripple courant	< 2 %
Temps de montée	< 50 µs
Protection	HARD interlock

Paramètre	Valeur
Courant régulé	0–40 A
Fréquence découpage	50–150 kHz
Inductance	5–10 µH
MOSFET	80 V / <2 mΩ
Rendement	>95 %

Paramètre	Valeur
Technologie	MOSFET ou module MOSFET
Tension	≥ 80 V
Courant crête	≥ 200 A
Rds(on)	< 1 mΩ
Commande	driver isolé

Élément	Valeur
Shunt	0.5–1 mΩ
Technologie	manganin / coaxial
Bande passante	>1 MHz
Placement	au plus près de la diode

Élément	Fonction
FPGA / µC	timing (Hz, ms)
DAC	consigne courant
Comparateur	sécurité
Interlock	HARD cut-off

Protection	Action
Surcourant	arrêt < 1 µs
Surtension	crowbar
Température diode	inhibition
Fibre absente	inhibition
Porte ouverte	inhibition
Alim défaut	latch OFF

1️⃣ Architecture globale retenue (celle qui fonctionne)

2️⃣ Cavité laser Yb:YAG réaliste (dimensionnée)

🔹 Milieu actif

🔹 Pompage (ton module existant)

🔹 Géométrie de cavité (stable TEM₀₀)

Cavité plane–concave (classique & robuste)

3️⃣ Puissance laser IR attendue (calcul réaliste)

Hypothèses conservatrices

Calcul

4️⃣ Génération de seconde harmonique (SHG)

🔹 Cristal non linéaire

🔹 Position : intracavité (OBLIGATOIRE)

5️⃣ Calcul du paramètre de Boyd–Kleinman

📐 Données

Longueur de Rayleigh optimale :

Waist optimal :

🔹 Paramètre de Boyd–Kleinman

6️⃣ Rendement SHG réaliste (chiffré)

Hypothèses réalistes

Rendement attendu

8️⃣ Résumé clair

👉 Prochaine étape possible

A — Schéma opto-mécanique coté (cavité Yb:YAG + SHG intracavité)

1️⃣ Vue d’ensemble (plan longitudinal)

2️⃣ Cotes optiques détaillées (valeurs clés)

📐 Géométrie de cavité

🔦 Tailles de faisceau calculées

3️⃣ Montage mécanique (réaliste atelier)

Support commun

Alignement

B — Montage monolithique / quasi-monolithique (industriel)

2️⃣ Architecture retenue

🔹 Cavité semi-monolithique

3️⃣ Empilement monolithique (optique)

4️⃣ Montage mécanique monolithique

Bloc principal

Températures

5️⃣ Extraction du vert (515 nm)

6️⃣ Performances attendues (monolithique)

7️⃣ Pourquoi ce montage est supérieur

8️⃣ Étape suivante possible (si tu veux aller plus loin)

1️⃣ Pourquoi le QCW est supérieur ici

2️⃣ Architecture QCW retenue

Vue globale

3️⃣ Paramètres temporels QCW (clé du succès)

🔹 Choix du régime QCW

🔹 Pompage diode en QCW

4️⃣ Cristal Yb:YAG (optimisé QCW)

🔹 Paramètres ajustés

5️⃣ Cavité laser QCW (stabilité)

6️⃣ Puissance laser attendue (QCW)

🔹 Calcul réaliste

👉 Puissance laser IR crête :

Puissance moyenne :

7️⃣ SHG intracavité QCW (LBO)

🔹 Paramètres LBO

Puissance intracavité

9️⃣ Contraintes thermiques (sécurité)

🔹 Yb:YAG

🔹 LBO

🔟 Version monolithique QCW (recommandée)

1️⃣1️⃣ Résumé clair

👉 Prochaine étape possible

🎯 Cahier des charges du driver QCW

🔹 Diodes à alimenter (hypothèses réalistes)

🔹 Spécifications électriques cibles

1️⃣ Architecture générale du driver QCW

Choix fondamental : courant constant pulsé

Architecture retenue (robuste)

2️⃣ Alimentation primaire

🔹 Alimentation DC

3️⃣ Étape DC/DC (courant moyen)

🔹 Convertisseur buck CC

4️⃣ Génération QCW (étage pulsé)

🔥 Cœur du driver

Principe

🔹 Interrupteur pulsé

🔹 Temps de montée

5️⃣ Mesure et régulation du courant (clé)

🔹 Mesure