Système compact d'analyse des phases pour la combinaison cohérente de lasers à fibre et correction de phase par approche neuronale

La production d’énergie dirigée est une des applications des sources lasers de très forte luminance. Associer puissance et directivité est un défi qui peut être relevé par des méthodes de combinaison cohérente de faisceaux lasers. Mes travaux de thèse s’inscrivent dans ce cadre-là, notamment celui des architectures de combinaison en champ lointain. Le contrôle des phases relatives de ces faisceaux lasers permet, par exemple, d’ajuster le front multifaisceaux pour pré-compenser les aberrations du milieu traversé jusqu’à une cible distante. Dans le système étudié lors de cette thèse, le contrôle des phases du réseau de faisceaux est réalisé à partir d’une boucle opto-numérique de réduction d’erreur qui repose sur un module d’analyse des phases et un algorithme dédié. La voie d’analyse des phases compacte (vingtaine de centimètres) intègre un diffuseur qui produit un champ d’interférences de l’ensemble des faisceaux selon une figure tavelée de distribution aléatoire mais dépendante de leur phase. Seulement quelques points de mesure intensimétrique y sont prélevés afin d’alimenter l’algorithme de correction de phase. Dans un premier temps, un algorithme, développé à XLIM, réalisant des projections alternées a été expérimenté, dans le prolongement des travaux de thèse de Jérémy Saucourt. Dans un second temps, un nouvel algorithme de type réseau de neurones a été conçu. Ces deux algorithmes sont robustes au bruit expérimental et réalisent le verrouillage des phases en moins de 10 corrections, quasi indépendamment du nombre de faisceaux lasers à gérer. Ces deux approches ont permis le verrouillage des phases de 100 faisceaux avec une erreur résiduelle de phase inférieure à λ/30, lors d’expériences sur bancs modèles. Elles ont ensuite été expérimentées avec succès sur une maquette de sept amplificateurs fibrés multi-watts. Nous avons pu démontrer leur capacité à verrouiller les phases sur n’importe quel jeu cible arbitraire, modulable en temps réel, avec une erreur résiduelle inférieure à λ/20 pour une bande passante proche de 2 kHz.