In this thesis, the development of a femtosecond Cr⁴⁺:forsterite solid-state laser is described where the mode-locking procedure was initiated using two novel saturable absorbers. One was a GaInNAs quantum-well device and the other a quantum-dot-based saturable absorber. These devices had not previously been exploited for the generation of femtosecond pulses from a solid-state laser but in the course of this project, successful mode-locked laser operation in the femtosecond domain was demonstrated for both devices. When the GaInNAs device was incorporated in the Cr⁴⁺:forsterite laser, transform-limited pulses with durations as short as 62fs were obtained. The performance of this femtosecond laser was significantly superior to that for previous quantum-well based saturable absorbers in the 1300nm spectral region. The dynamics of the device were investigated with the aim of refining subsequent devices and to explore the potential to grow future devices for use at longer wavelengths. At the outset of my research work quantum-dot based saturable absorbers had not be used for the mode locking of solid-state lasers in the femtosecond regime. The work presented in this thesis showed that quantum-dot structures could be exploited very effectively for this purpose. This was initially achieved with the quantum-dot element being inclined at an off-normal incidence within the cavity but experimental assessment together with further development of the device allowed for implementation at normal incidence. Reliable operation of the femtosecond laser was demonstrated very convincingly where transform-limited pulses of 160fs duration were generated. Having developed practical femtosecond Cr⁴⁺:forsterite lasers, the final part of the project research was directed towards exemplar applications for a laser operating in the 1300nm spectral region. These were biophotonics experiments in which assessments of both deep tissue penetration and two-photon chromosome cutting were undertaken. This work confirmed the suitability of the 1300nm laser radiation for propagation through substantial thicknesses of biological tissue (~15cm). The demonstration of highly localised two-photon cutting of Muntjac deer chromosomes also represented a novel result because single-photon absorption could be avoided effectively and the temporal broadening of the femtosecond pulses in the delivery optics arising from group velocity dispersion around 1300nm was minimal.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06527.pdf: 4630361 bytes, checksum: 63a6de51ce3a3389c54c25a8dc2ff557 (MD5) / Mestrado (Dissertacao) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:38:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 05639.pdf: 6476184 bytes, checksum: 3037d7c0ce96c51e46c15baa5bdd114c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:92/01672-4

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06527.pdf: 4630361 bytes, checksum: 63a6de51ce3a3389c54c25a8dc2ff557 (MD5) / Mestrado (Dissertacao) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema laser utilizando como meio ativo um cristal de YLF cortado em ângulo de Brewster e dopado com 15mol% de érbio substituindo o ítrio, emitindo na região dos 3 m e bombeado por diodo laser com pico de emissão em 975 nm. Com este sistema foi obtido 1,80(18) W operando em regime quasecontínuo. O oscilador foi otimizado para aplicações médicas operando com potência máxima em 250 s de tempo de pulso. O peculiar comportamento temporal do laser foi estudado neste trabalho pela primeira vez, assim como a otimização da potência máxima em função da duração do pulso. Há diferenças nos mecanismos intrínsicos do laser quando este é operado em regime contínuo ou pulsado, especialmente no efeito da transferência de energia por conversão ascendente W22, cujo valor ainda é muito divergente na literatura. O valor estimado neste trabalho para este parâmetro de transferência de energia é 2,0x10-16 cm3/s. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:38:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 05639.pdf: 6476184 bytes, checksum: 3037d7c0ce96c51e46c15baa5bdd114c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:92/01672-4

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-09T11:26:50Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-09T11:26:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / 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. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Flavio Caldas da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NunezPortela_Mayerlin_M.pdf: 5161095 bytes, checksum: e6a7c2d2eb88d6f484ae5211642dbec1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os relógios atômicos são usados na atualidade em um grande número de aplicações científicas e tecnológicas que vão desde experimentos de relatividade e determinação de constantes fundamentais, até sistema de navegação (GPS) e telecomunicações. A proxima geração de relógios atômicos de alta precisão estará baseada em transições ópticas de átomos frios. Neste trabalho foi desenvolvido um laser de estado sólido de Nd:YLF bombeado por um laser de diodo e duplicado em frequência em 657 nm. Este sistema é proposto como oscilador local em um relógio atômico óptico baseado em átomos de cálcio. Comparado com os lasers de diodo, este apresenta uma potência maior no vermelho, um ruído de frequência e amplitude menores e a possibilidade de transferência remota usando obras ópticas no comprimento de onda fundamental de 1314 nm. Duplicação em frequência intra-cavidade é feita usando um cristal de BiBO, com superfícies anti-refletoras, e com um casamento de fase crítico tipo I à temperatura ambiente. Uma potência de 270 mW na saída do vermelho foi obtida para uma potência de bombeamento de 11.6 W. / Abstract: Atomic clocks are used today in a number of scientific and technological applications, ranging from tests of relativity, or variations of fundamental constants, to the use in navigation and telecommunication. The next generation of such high precision devices will be based on optical transitions of suitable laser cooled and trapped atoms. In this work we describe a frequency-doubled, diode-pumped solid-state Nd:YLF ring laser emitting at 657 nm, proposed as a local oscillator in an optical atomic clock based on laser cooled and trapped calcium atoms. Compared to diode lasers, its main advantages include higher power, less intrinsic frequency noise, and the possibility of remote transfer in optical fibers using the fundamental light at 1314 nm. Frequency doubling is performed inside the cavity using a 10 mm long AR-coated BiBO crystal, under type I, critical phase-matching at room temperature. Red output power of 270 mW was achieved for 11.6 W of pumping power. / Mestrado / Física Atômica e Molecular / Mestre em Física

We use spectroscopy to study infrared optoelectronic inter and intraband semiconductor carrier dynamics. The overall aim of this thesis was to study both III-V and Pb chalcogenide material systems in order to show their future potential use in infrared emitters. The effects of bandstructure engineering have been studied in the output characteristics of mid-IR III-V laser diodes to show which processes (defects, radiative, Auger and phonon) dominate and whether non-radiative processes can be suppressed. A new three-beam pump probe experiment was used to investigate interband recombination directly in passive materials. Experiments on PbSe and theory for non-parabolic near-mirror bands and non-degenerate statistics were in good agreement. Comparisons with HgCdTe showed a reduction in the Auger coefficient of 1-2 orders of magnitude in the PbSe. Using Landau confinement to model spatial confinement in quantum dots (QDs) "phonon bottlenecking" was studied. The results obtained from pump probe and cyclotron resonance saturation measurements showed a clear suppression in the cooling of carriers when Landau level separation was not resonant with LO phonon energy. When a bulk laser diode was placed in a magnetic field to produce a quasi quantum wire device the resulting enhanced differential gain and reduced Auger recombination lowered Ith by 30%. This result showed many peaks in the light output which occurred when the LO phonon energy was a multiple of the Landau level separation. This showed for the first time evidence of the phonon bottleneck in a working laser device. A new technique called time resolved optically detected cyclotron resonance, was used as a precursor to finding the earner dynamics within a spatially confined quantum dot. By moving to the case of a spatial QD using an optically detected intraband resonance it was possible to measure the energy separation interband levels and conduction and valence sublevels within the dot simultaneously. Furthermore this technique has been shown that the inhomogeneous broadening of the photoluminescence spectrum is not purely affected by just size and composition. We suggest that other processes such as state occupancy, In roughing, and exciton binding energies may account for the extra energy.