Os lasers Raman permitem a exploração de novos comprimentos de onda, não comumente acessíveis, graças ao Espalhamento Raman Estimulado. Unidos a processos de conversão não linear, abrem-se campos para emissão de comprimentos de onda na região do visível no espectro eletromagnético. Com uma mesma configuração, diversas combinações de cristais possibilitam a geração de múltiplas frequências, transformando esse tipo de laser em um dispositivo compacto e barato quando comparado com outras tecnologias existentes. Este trabalho apresenta a busca da conversão intracavidade em frequências de lasers Raman, em uma configuração linear. Com dois comprimentos de onda de bombeamento de energia (797 nm e 872 nm), diodos semicondutores foram utilizados para acessar dois picos de absorção do cristal Nd:YLF. O bombeamento em 797 nm levou a emissão fundamental em 908 nm. E através do cristal KGW, com linhas de emissão Stokes, um novo comprimento de onda foi alcançado, em 990 nm. Com o cristal dobrador, BiBO, soma de frequência e segundo harmônico foram gerados, permitindo as emissões em uma região espectral azul bastante larga (450 500 nm). Com o bombeamento em 872 nm, uma emissão de três níveis no cristal Nd:YLF não foi possível, conseguindo apenas a emissão em 1064 nm, linha comum para cristais de neodímio. Uma outra cavidade foi estudada, porém com bombeamento em 880 nm e cristal de Nd:YVO4, conhecido por ser self-Raman. Com uma configuração linear semelhante à anteriormente citada, somente sua linha de emissão fundamental em 914 nm foi obtida, não sendo possível com as condições trabalhadas a emissão Stokes, que permitisse dar continuidade ao estudo. / The Raman lasers allow the exploration of new wavelenghts, not commonly avaliable, thanks to stimulated Raman scattering. Using non-linear convertion processes, the emission of wavelenghts in the region of the visible spectrum become possible. With the same cavity configuration, the use of different combinations of crystals allow the generation of multiple frequencies, transforming this type of laser in a compact and cheap device when compared to other existing technologies. This work presents our research for intracavity Raman conversion, in a linear cavity configuration. Two pumping wavelengths of 797 nm and 872 nm, supplied by semiconductor diodes were used to access two absorption peaks of the Nd: YLF crystal. The pumping at 797 nm led to fundamental emission at 908 nm. And through the KGW crystal, with Stokes shift of 901 cm-1, a new wavelength was obtained at 990 nm. With the doubling crystal, BiBO, sum frequency and second harmonic were generated, allowing the emissions in a fairly broad blue spectral region (450 - 500 nm). With the pumping at 872 nm, a three levels emission in the Nd: YLF crystal could not be obtained, achieving only emission at 1064 nm, a common line for Neodymium crystals. An another cavity was studied, but with pumping at 880 nm and using a Nd:YVO4 crystal, known for being self-Raman. With a similar linear configuration to the above mentioned, only its fundamental, three-level emission line at 914 nm was obtained.

Para muitas aplicações de um laser, é necessário um feixe com boa qualidade no modo fundamental. Neste trabalho são investigadas as condições para se obter alta eficiência e qualidade do feixe, otimizando o acoplamento do modo fundamental com a região do meio ativo excitada pelo bombeamento, por meio da utilização de cavidades inovadoras. A maior eficiência já reportada para um laser de Nd:YLF com oscilação em 1053 nm sob bombeamento transversal por diodo é demonstrada usando uma cavidade compacta baseada em uma reflexão interna total na face de bombeamento, obtendo-se uma potência máxima de saída multimodo de 9,5W para 21W de bombeamento, o que corresponde a 45% de conversão óptica. Uma melhora significativa na qualidade do feixe é demonstrada por meio do desenvolvimento de uma cavidade com duas reflexões no meio ativo, obtendo-se uma potência máxima no modo fundamental de 6,9W com fator de qualidade M2 do feixe igual a 1,16 x 1,05 nas direções horizontal e vertical, respectivamente. / For many laser applications high beam quality in fundamental mode is necessary. In this work we study the conditions that achieve high efficiency and high beam quality by optimizing the overlap between the fundamental mode and the excited region inside the active medium, using novel cavities. The highest efficiency reported so far for diode side pumped 1053 nm Nd:YLF lasers is demonstrated using a compact cavity design based on total internal reflection at the pumped face, obtaining a maximum output power of 9,5W in multimode operation for 21W of pump power, which represents 45% of optical efficiency. Beam quality improvement is demonstrated using a cavity with two bounces at the active medium, achieving a maximum output power of 6,9W during fundamental operation with M2 beam quality factor of 1,16 x 1,05 in the horizontal and vertical directions, respectively.

Para muitas aplicações de um laser, é necessário um feixe com boa qualidade no modo fundamental. Neste trabalho são investigadas as condições para se obter alta eficiência e qualidade do feixe, otimizando o acoplamento do modo fundamental com a região do meio ativo excitada pelo bombeamento, por meio da utilização de cavidades inovadoras. A maior eficiência já reportada para um laser de Nd:YLF com oscilação em 1053 nm sob bombeamento transversal por diodo é demonstrada usando uma cavidade compacta baseada em uma reflexão interna total na face de bombeamento, obtendo-se uma potência máxima de saída multimodo de 9,5W para 21W de bombeamento, o que corresponde a 45% de conversão óptica. Uma melhora significativa na qualidade do feixe é demonstrada por meio do desenvolvimento de uma cavidade com duas reflexões no meio ativo, obtendo-se uma potência máxima no modo fundamental de 6,9W com fator de qualidade M2 do feixe igual a 1,16 x 1,05 nas direções horizontal e vertical, respectivamente. / For many laser applications high beam quality in fundamental mode is necessary. In this work we study the conditions that achieve high efficiency and high beam quality by optimizing the overlap between the fundamental mode and the excited region inside the active medium, using novel cavities. The highest efficiency reported so far for diode side pumped 1053 nm Nd:YLF lasers is demonstrated using a compact cavity design based on total internal reflection at the pumped face, obtaining a maximum output power of 9,5W in multimode operation for 21W of pump power, which represents 45% of optical efficiency. Beam quality improvement is demonstrated using a cavity with two bounces at the active medium, achieving a maximum output power of 6,9W during fundamental operation with M2 beam quality factor of 1,16 x 1,05 in the horizontal and vertical directions, respectively.

Os lasers Raman permitem a exploração de novos comprimentos de onda, não comumente acessíveis, graças ao Espalhamento Raman Estimulado. Unidos a processos de conversão não linear, abrem-se campos para emissão de comprimentos de onda na região do visível no espectro eletromagnético. Com uma mesma configuração, diversas combinações de cristais possibilitam a geração de múltiplas frequências, transformando esse tipo de laser em um dispositivo compacto e barato quando comparado com outras tecnologias existentes. Este trabalho apresenta a busca da conversão intracavidade em frequências de lasers Raman, em uma configuração linear. Com dois comprimentos de onda de bombeamento de energia (797 nm e 872 nm), diodos semicondutores foram utilizados para acessar dois picos de absorção do cristal Nd:YLF. O bombeamento em 797 nm levou a emissão fundamental em 908 nm. E através do cristal KGW, com linhas de emissão Stokes, um novo comprimento de onda foi alcançado, em 990 nm. Com o cristal dobrador, BiBO, soma de frequência e segundo harmônico foram gerados, permitindo as emissões em uma região espectral azul bastante larga (450 500 nm). Com o bombeamento em 872 nm, uma emissão de três níveis no cristal Nd:YLF não foi possível, conseguindo apenas a emissão em 1064 nm, linha comum para cristais de neodímio. Uma outra cavidade foi estudada, porém com bombeamento em 880 nm e cristal de Nd:YVO4, conhecido por ser self-Raman. Com uma configuração linear semelhante à anteriormente citada, somente sua linha de emissão fundamental em 914 nm foi obtida, não sendo possível com as condições trabalhadas a emissão Stokes, que permitisse dar continuidade ao estudo. / The Raman lasers allow the exploration of new wavelenghts, not commonly avaliable, thanks to stimulated Raman scattering. Using non-linear convertion processes, the emission of wavelenghts in the region of the visible spectrum become possible. With the same cavity configuration, the use of different combinations of crystals allow the generation of multiple frequencies, transforming this type of laser in a compact and cheap device when compared to other existing technologies. This work presents our research for intracavity Raman conversion, in a linear cavity configuration. Two pumping wavelengths of 797 nm and 872 nm, supplied by semiconductor diodes were used to access two absorption peaks of the Nd: YLF crystal. The pumping at 797 nm led to fundamental emission at 908 nm. And through the KGW crystal, with Stokes shift of 901 cm-1, a new wavelength was obtained at 990 nm. With the doubling crystal, BiBO, sum frequency and second harmonic were generated, allowing the emissions in a fairly broad blue spectral region (450 - 500 nm). With the pumping at 872 nm, a three levels emission in the Nd: YLF crystal could not be obtained, achieving only emission at 1064 nm, a common line for Neodymium crystals. An another cavity was studied, but with pumping at 880 nm and using a Nd:YVO4 crystal, known for being self-Raman. With a similar linear configuration to the above mentioned, only its fundamental, three-level emission line at 914 nm was obtained.

Ce travail de thèse s'inscrit dans<br />le cadre du développement d'une horloge optique basée sur une<br />transition à deux photons de 661 nm de l'Ag de largeur naturelle<br />~1 Hz. Afin de profiter du facteur de qualité de la<br />résonance, il faudra travailler sur un échantillon d'atomes<br />refroidis par laser, la longueur d'onde nécessaire étant de 328<br />nm. Ce mémoire concerne plus précisément la mise au point de<br />sources lasers solides pour améliorer la fiabilité de l'expérience<br />actuelle. Le cristal laser de Nd:YLF, pompé par diode laser,<br />permet d'accéder aux longueurs d'onde 1322 nm et 1312 nm. Le<br />doublage en fréquence de la première source fournira la radiation<br />à 661 nm tandis que deux étapes de doublage permettront d'obtenir,<br />à partir des photons à 1312 nm, une onde à 656 nm puis<br />une onde à 328 nm. Nous avons développé un modèle théorique, tenant<br />compte des effets thermiques et notamment des processus de<br />recombinaison Auger, afin de dimensionner différentes<br />configurations laser à tester (cavité linéaire, à mode hélicoïdal,<br />cavité en anneau réinjectée). Grâce à la dernière, nous avons<br />réalisé des sources continues, monomodes, d'environ 2 W, à 1322<br />nm et à 1312 nm. Ces cavités se prêtant au doublage de fréquence,<br />nous avons obtenu des puissances de 440 mW à 661 nm et 340 mW à<br />656 nm. Par ailleurs, une étude théorique des probabilités de<br />transition de l'atome d'argent à l'aide des codes de Cowan a été<br />entreprise, afin d'une part de chiffrer l'ordre de grandeur de la<br />puissance laser nécessaire et d'autre part, d'estimer la durée de<br />vie du niveau métastable, jusqu'alors obtenue<br />uniquement par comparaison<br />avec une transition quadrupolaire de l'ion mercure.