Development of high average-power solid state lasers rises up issues never faced before by other laser systems. Amplified Spontaneous Emission (ASE) and Thermal management as well as availability of large size high quality gain media are becoming key limiting factors for further energy increase. Lucia is a high average-power laser chains relying on active mirror concept and trivalent Yb doped YAG crystals/ceramics (Yb:YAG) as a gain medium. As for other similar laser systems, Lucia gain media carries a constant distribution of activator ions. Variable doping distribution offers significant advantages in terms of gain distribution and therefore opens the path to efficient ASE and thermal deleterious effects mitigation. Processing of such gain media is the subject of this thesis. Thanks to several particularities, the Bagdasarov method for crystal growth allowed to obtain several Yb:YAG crystals with controlled gradient of doping distribution with values up to 3 at%/cm. The results are in good accordance with mathematical models. Further simulations of temperature and gain distribution show that even smaller gradients can improve energetic characteristics of Lucia amplifiers up to 30% as well as allow using thinner gain medium by this improving heat evacuation. Large laser Yb:YAG crystals are obtained with diameters up to 90 mm.

Le dĂ©veloppement de lasers solides de puissance-moyenne Ă©levĂ©e doit faire face Ă  des problèmes très spĂ©cifiques. La gestion de la thermique et de l’amplification de l’Ă©mission spontanĂ©e (ASE) pour de larges amplificateurs lasers deviennent des points clĂ©s lorsque l’augmentation de l’Ă©nergie de vient consĂ©quente. Lucia est une chaĂ®ne laser de forte puissance moyenne qui repose sur le concept du miroir actif avec un cristal ou une cĂ©ramique d’Yb:YAG comme milieu Ă  gain. Comme pour d’autres systèmes lasers comparables, la distribution des ions actifs du milieu Ă  gain est homogène en volume. Un profil variable du taux de dopage prĂ©sente des avantages significatifs en termes de gain et par consĂ©quent ouvre le chemin Ă  une minimisation efficace des effets dĂ©lĂ©tères de l’ASE et de l’Ă©chauffement. Cette thèse concerne la fabrication de tels milieux Ă  gain. La mĂ©thode de croissance cristalline Bagdasarov, grâce Ă  plusieurs de ses particularitĂ©s, a permis d’obtenir plusieurs cristaux d’Yb:YAG avec profils de dopage variables contrĂ´lĂ©s jusqu’Ă  des valeurs de gradient de 3 at%/cm. Les rĂ©sultats expĂ©rimentaux sont en bon accord avec les modèles mathĂ©matiques. Des simulations complĂ©mentaires de la tempĂ©rature et du profil de gain montre que mĂŞme avec des gradients plus faibles, les performances Ă©nergĂ©tiques des amplificateurs Lucia peuvent ĂŞtre amĂ©liorĂ©es jusqu’Ă  30%. Il est aussi alors possible d’utiliser des milieux Ă  gain plus fins ce qui a pour consĂ©quence positive une meilleure extraction de la chaleur. De larges cristaux d’Yb:YAG de 90 mm de diamètre ont Ă©tĂ© produits.