Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-22T17:35:38Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-22T17:35:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O projeto de doutorado tem como objetivo estudo e montagem de um sistema laser que gere feixe laser de comprimento de onda sintonizável continuamente, com intervalo espectral na região infravermelho (IV) próximo e médio. O trabalho foi dividido em três partes: (i) laser de Nd:YAG @1064nm, (ii) aplicação deste sobre uma cavidade ressonante OPO e (iii) simulação de cavidades laser em anel. O laser de Nd:YAG foi montado e aprimorado a partir de outro laser desenvolvido anteriormente, o qual foi transformado em fonte polarizada pela inserção de um elemento óptico no seu interior. Em comparação com o laser não polarizado, ele apresentou potência de saída com valores relativamente altos, com um máximo de 30W, e melhora do fator de qualidade do feixe de M2<1,3 mais próximo do valor ideal igual a 1 e assim próximo do modo TEM00, adequado para aplicações de transferência de energia. A aplicação do laser Nd:YAG polarizado sobre uma cavidade OPO linear (meio ativo: cristal de Niobato de Lítio dopado 5%MgO:LiNbO3 com alternância de polarização, conhecido pela sigla PPLN) foi bem sucedida, por ter sido observado seu funcionamento pela geração em seu meio ativo dos feixes (&lambda;S, &lambda;C) sinal e complementar sintonizados continuamente, mostrando que valores de potência e fator de qualidade foram adequados e suficientes para ser testado em um OPO. Foi mensurada na saída potencia de 1W para o feixe complementar, onde a eficiência de inclinação da curva mostrou valores de 20,8% e 23,4% para bombeio pulsado (temperaturas do cristal TC=100°C/150°C), e o valor de 11,1% (TC=150°C) para bombeio contínuo. A aplicação da técnica knife-edge no feixe complementar (TC=150°C/rede periódica do cristal &Lambda;0=31,59m/ &lambda;C=2470nm) resultou em fator de qualidade do feixe de M2=5,75(165). Foi realizada simulação numérica, visando estudo e planejamento de duas cavidades em anel simétricas, com sintonização contínua dos feixes de interesse na saída. A primeira contém um cristal PPLN como meio ativo, onde ocorre Oscilação Paramétrica, gerando feixe na região espectral do IV médio. A segunda cavidade possui dois cristais, que são PPLN e Triborato de Lítio (LiB3O5 conhecido pela sigla LBO), onde ocorrem na ordem Oscilação Paramétrica e Geração de Segundo Harmônico, gerando feixe na região espectral entre visível e IV próximo. Foram obtidos dois conjuntos de valores de dimensões para as cavidades, usando base teórica e condições de contorno apropriadas ao realizar os cálculos necessários, fixadas as informações sobre os respectivos componentes ópticos, onde o feixe de bombeio @1064nm focalizado no centro do cristal PPLN possui valor de cintura de feixe pouco maior que 50 &mu;m. O laser de Nd:YAG @1064nm polarizado desenvolvido possui montagem simples e custo baixo de seus componentes, reduzindo o custo do sistema laser final onde foi aplicado, comparado com outros sistemas laser sintonizáveis. Deseja-se estudar o desenvolvimento destes para um modelo de frequência única, usando-o como fonte de bombeio para geração de feixes com largura de linha estreita, visando aplicação em espectroscopia. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Lasers find a wide range of applications in many areas including photo-biology, photo-chemistry, materials processing, imaging and telecommunications. However, the practical use of such sources is often limited by the bulky nature of existing systems. By fabricating channel waveguides in solid-state laser-gain materials more compact laser systems can be designed and fabricated, providing user-friendly sources. Other advantages inherent in the use of waveguide gain media include the maintenance of high intensities over extended interaction lengths, reducing laser thresholds. This thesis presents the development of Yb:tungstate lasers operating around 1μm in waveguide geometries. An Yb:KY(WO₄)₂ planar waveguide laser grown by liquid phase epitaxy is demonstrated with output powers up to 190 mW and 76 % slope efficiency. This is similar to the performance from bulk lasers but in a very compact design. Excellent thresholds of only 40 mW absorbed pump power are realised. The propagation loss is found to be less than 0.1 dBcm⁻¹ and Q-switched operation is also demonstrated. Channel waveguides are fabricated in Yb:KGd(WO₄)₂ and Yb:KY(WO₄)₂ using ultrafast laser inscription. Several of these waveguides lase in compact monolithic cavities. A maximum output power of 18.6 mW is observed, with a propagation loss of ~2 dBcm⁻¹. By using a variety of writing conditions the optimum writing pulse energy is identified. Micro-spectroscopy experiments are performed to enable a fuller understanding of the induced crystal modification. Observations include frequency shifts of Raman lines which are attributed to densification of WO₂W bonds in the crystal. Yb:tungstate lasers can generate ultrashort pulses and some preliminary work is done to investigate the use of quantum dot devices as saturable absorbers. These are shown to have reduced saturation fluence compared to quantum well devices, making them particularly suitable for future integration with Yb:tungstate waveguides for the creation of ultrafast, compact and high repetition rate lasers.