Neste trabalho investigamos o comportamento da técnica de varredura z no caso onde a fase do campo elétrico se afasta do perfil Gaussiano devido a saturação da não-linearidade óptica. A teoria usual da varredura z, baseada no método da decomposição Gaussiana, não pode descrever os resultados obtidos com os bem caracterizados absorvedores saturáveis com tempos lentos de resposta (milisegundos): Al2O3:Cr3+ (rubí), Beal2O4:Cr3+ (alexandrita) e GdAlO3: Cr3+ (aluminato de gadolínio dopado com cromo). Este objetivo pode ser alcançado por meio de uma teoria baseada na transformada de Hankel do campo elétrico que se propaga através da amostra e pela inclusão da saturação da fase nesta teoria. O formalismo alternativo também permite a inclusão de outros efeitos como por exemplo, térmico. Como no caso do meio Kerr, o índice de refração não-linear pode ser obtido da medida da diferença entre o pico e o vale da transmitância, na determinação da refração não-linear, ou da transmitância de pico, na determinação da absorção não-linear. Em relação a parte experimental, é introduzida uma técnica de varredura z com um único feixe resolvida no tempo para caracterizar, com radiação cw, a refração não-linear dos materiais citados. Devido a eliminação dos efeitos lineares parasíticos, a técnica é capaz de medir distorções de frente de onda tão pequenas quanto N104. A demonstração experimental da técnica alternativa é realizada com um laser de Ar+ com baixa potência e um laser de He-Ne / In this work we investigated the behavior of the Z-scan technique in the case where the phase of the electric field departs from Gaussian due to the saturation of the optical nonlinearity. The usual theory of Z-scan, based on Gaussian decomposition method, cannot describe experimental results obtained with well-characterized chromium-doped saturable absorbers of slow (milisecond) response: Al2O3:Cr3+ (ruby), Beal2O4:Cr3+ (alexandrite) e GdAlO3: Cr3+ (chromium doped gadolinium aluminate). This aim can be accomplished by means of a theory based on the Hankel transform of the electric field passing through the sample and the inclusion of the phase saturation. The alternative formalism also allows the inclusion of thermal effects. As in the case of Kerr media, the nonlinear refractive index can be obtained from the measurement of the transmittance difference between peak and valley, in the refractive case, or of the transmittance peak, in the absorptive case. Concerning to experimental part, a single-beam time-resolved Z-scan is introduced to characterize the nonlinear refraction of the above materials. Owing to the elimination of parasitic linear effects, the technique is able to measure induced wave front as small as N104. We demonstrate this method on several materials using low power Ar+ and He-Ne lasers

Neste trabalho investigamos o comportamento da técnica de varredura z no caso onde a fase do campo elétrico se afasta do perfil Gaussiano devido a saturação da não-linearidade óptica. A teoria usual da varredura z, baseada no método da decomposição Gaussiana, não pode descrever os resultados obtidos com os bem caracterizados absorvedores saturáveis com tempos lentos de resposta (milisegundos): Al2O3:Cr3+ (rubí), Beal2O4:Cr3+ (alexandrita) e GdAlO3: Cr3+ (aluminato de gadolínio dopado com cromo). Este objetivo pode ser alcançado por meio de uma teoria baseada na transformada de Hankel do campo elétrico que se propaga através da amostra e pela inclusão da saturação da fase nesta teoria. O formalismo alternativo também permite a inclusão de outros efeitos como por exemplo, térmico. Como no caso do meio Kerr, o índice de refração não-linear pode ser obtido da medida da diferença entre o pico e o vale da transmitância, na determinação da refração não-linear, ou da transmitância de pico, na determinação da absorção não-linear. Em relação a parte experimental, é introduzida uma técnica de varredura z com um único feixe resolvida no tempo para caracterizar, com radiação cw, a refração não-linear dos materiais citados. Devido a eliminação dos efeitos lineares parasíticos, a técnica é capaz de medir distorções de frente de onda tão pequenas quanto N104. A demonstração experimental da técnica alternativa é realizada com um laser de Ar+ com baixa potência e um laser de He-Ne / In this work we investigated the behavior of the Z-scan technique in the case where the phase of the electric field departs from Gaussian due to the saturation of the optical nonlinearity. The usual theory of Z-scan, based on Gaussian decomposition method, cannot describe experimental results obtained with well-characterized chromium-doped saturable absorbers of slow (milisecond) response: Al2O3:Cr3+ (ruby), Beal2O4:Cr3+ (alexandrite) e GdAlO3: Cr3+ (chromium doped gadolinium aluminate). This aim can be accomplished by means of a theory based on the Hankel transform of the electric field passing through the sample and the inclusion of the phase saturation. The alternative formalism also allows the inclusion of thermal effects. As in the case of Kerr media, the nonlinear refractive index can be obtained from the measurement of the transmittance difference between peak and valley, in the refractive case, or of the transmittance peak, in the absorptive case. Concerning to experimental part, a single-beam time-resolved Z-scan is introduced to characterize the nonlinear refraction of the above materials. Owing to the elimination of parasitic linear effects, the technique is able to measure induced wave front as small as N104. We demonstrate this method on several materials using low power Ar+ and He-Ne lasers

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAVID STEINBERG.pdf: 3031041 bytes, checksum: e320f0c21b75ca5bdd5a63f93fa6dd1d (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this thesis, for the first time we present results of passively-mode-locking O-band Raman fiber laser operating at 1310 nm by using carbon nanotubes as saturable absorber. The first results were obtained for an experimental setup based on single mode fiber (SMF) with laser operating near zero fiber dispersion at 1310 nm at anomalous regime. In this same configuration, a study of pulse duration shortening in terms of intracavity dispersion management with dispersion shifted fiber lengths (DSF) was performed. Replacing the SMF by a highly doped germanium fiber as gain medium of Raman fiber laser, operation was shifted to normal dispersion regime and passive mode-locking was also generated. In this laser, a study of pulse duration shortening in terms of gain medium length reduction was performed and the picosecond pulse regime of the laser could be estimated. We also present a brief comparison between the two dispersion regimes of the Raman fiber laser and passive mode-locking results obtained with different diameters of carbon nanotubes as saturable absorbers. / Nesta tese, apresentamos pela primeira vez resultados do acoplamento passivo de modos em um laser Raman à fibra operando em 1310 nm na banda O, utilizando nanotubos de carbono como absorvedor saturável. Os primeiros resultados foram obtidos de uma configuração experimental baseada totalmente em fibra monomodo padrão (SMF) com o laser operando próximo ao zero de dispersão da fibra em 1310 nm, porém em regime anômalo. Nesta mesma configuração, um estudo do encurtamento da duração do pulso em função do gerenciamento da dispersão intracavidade com comprimentos de fibra de dispersão deslocada (DSF) foi realizado. Substituindo a SMF por uma fibra altamente dopada com germânio como meio do ganho do laser Raman, a operação do laser foi deslocada para o regime de dispersão normal e o regime de acoplamento passivo de modos também foi gerado. Neste laser, um estudo do encurtamento da duração do pulso em função da redução do comprimento do meio de ganho foi realizado e a operação do acoplamento passivo de modos do laser em regime de picossegundos pôde ser estimada. Também apresentamos uma breve comparação entre os dois regimes de dispersão do laser Raman à fibra e resultados do acoplamento passivo de modos obtidos com diferentes diâmetros de nanotubos de carbono como absorvedores saturáveis.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique Guimaraes Rosa.pdf: 986364 bytes, checksum: 89d6b316a537ef2cd3088d9200fd7183 (MD5) Previous issue date: 2010-08-06 / In this work we present a study about ultrashort pulse-train generation in Erbiumdoped fiber lasers, by the passive mode-locking technique, with the use of carbon nanotubes saturable absorbers. Carbon nanotubes were incorporated into laser cavities by two techniques: thermophoresis optically-driven deposition and thin films incorporating carbon nanotubes. The second technique has become more advantageous than the first one, because is possible to control carbon nanotubes concentration and thin films thicknesses. Additionally, we present a study about thin films incorporating carbon nanotubes optimization, in order to maximize generated output bandwidths in passively mode-locked Erbium-doped fiber lasers. We used 0.8 and 1.0 nm diameters carbon nanotubes, fabricated thin films with different transmission values (different αL product values), laser cavities with different features, such as total cavity length, total accumulated dispersion, repetition rate. In this context, best results were achieved with thin films containing 1.0 nm diameter carbon nanotubes, with films transmission about 37% (αL product close to 1.0), in 9 m long laser cavity (0.8 m of highly- Erbium-doped fiber and 8.2 m of SMF) of total accumulated dispersion of 0.153 ps/nm. The largest bandwidth measured, with those characteristics cavity parameters, was 5,7 nm. / Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre a geração de trem de pulsos ultracurtos em lasers à fibra dopada com Érbio, utilizando a técnica de acoplamento passivo de modos com o uso de nanotubos de carbono como absorvedores saturáveis. Os nanotubos de carbono foram incorporados à cavidade laser através de duas técnicas: deposição guiada por termoforese e na forma de filmes finos contendo nanotubos de carbono, tendo a segunda técnica se mostrado mais vantajosa, pois por ela podemos ter controle sobre a concentração de nanotubos de carbono no filme e espessura do filme. Adicionalmente, apresentamos um estudo sobre a otimização da produção de filmes finos contendo nanotubos de carbono para maximização da largura de banda gerada em lasers à fibra dopada com Érbio. Utilizamos nanotubos de carbono de diâmetros de 0,8 nm e 1,0 nm, fabricamos filmes finos com transmitâncias diferentes (distintos valores para o produto αL), cavidades laser com diferentes características, tais como comprimento da cavidade, dispersão total acumulada, taxa de repetição. Neste contexto, os melhores resultados foram obtidos com filmes finos contendo nanotubos de carbono com 1,0 nm de diâmetro, em filmes cuja transmissão foi de 37% (produto αL aproximadamente 1,0), numa cavidade laser de aproximadamente 9 m de comprimento (basicamente composta de 80 cm de fibra altamente dopada com Érbio e 8,2 m de SMF), dispersão total acumulada da cavidade de aprox. 0,153 ps/nm. A maior largura de banda obtida, com estes característicos parâmetros da cavidade, foi de 5,7 nm.