Lasers Raman são dispositivos que proporcionam uma maneira prática de transformar comprimentos de onda fundamentais em novas linhas espectrais via Espalhamento Raman Estimulado (Stimulated Raman Scattering - SRS). Quando combinados com outros processos de conversão não lineares, os lasers Raman fornecem acesso a comprimentos de onda na região do visível no espectro eletromagnético, que de outra maneira seriam de difícil acesso, como o laranja-amarelo, verde-limão e diversas linhas no azul. A grande vantagem dos lasers Raman é a possibilidade de geração de múltiplas frequências a partir de uma mesma combinação de cristais, tornando esse tipo de laser dispositivos baratos e compactos quando comparados a tecnologias como OPO. Neste trabalho um cristal de Nd:YVO4 foi bombeado por diodo, em configuração transversal, sendo o cristal o responsável pela emissão laser e pelo espalhamento Raman. Na primeira parte do trabalho, a cavidade utilizada apresentava alto fator de qualidade para o comprimento de onda fundamental (1064 nm) e foi estudada a operação laser do 1º Stokes (1176 nm) em regimes de operação quase contínua (q-cw) e contínua (cw). Foi explorada a configuração com uma dobra do feixe laser em ângulo rasante na superfície de bombeamento, bem como a configuração com duas dobras nesta mesma superfície (double beam mode controlling - DBMC). Na segunda parte do trabalho, um cristal LBO foi utilizado para a geração do segundo harmônico (SHG) em 588 nm, o que corresponde a um laser laranja-amarelo. Foi utilizada a configuração com uma dobra e operação cw,com a qual a cavidade apresentava alto fator de qualidade tanto para o 1064 nm quanto 1176 nm. Com a configuração de uma dobra, foi demonstrado que o laser Raman opera em multimodo, com uma variedade de modos de Hermite-Gauss que puderam ser selecionados através apenas do alinhamento da cavidade, incluindo o modo TEM00. Com configuração DBMC, o laser apresentou operação estável oscilando o modo TEM00. Em 1176 nm em regime q-cw, foi obtida a potência máxima de 8,2 W por pulso (multimodo) e 11,7% de eficiência óptica de conversão (diodo para o 1º Stokes), e operando em modo TEM00 a potência máxima de 3,7 W por pulso e eficiência de 5,4% foi obtida com a configuração de duas dobras, de maneira que a tecnologia DBMC se mostrou eficiente para geração de um laser robusto e estável operando com o modo TEM00. Em regime cw o melhor resultado em termos de potência e eficiência foi obtido com a configuração de uma dobra, correspondendo a 1,8 W e 7,3% de eficiência com o laser operando em multimodo. Com o laser laranja, foi demonstrada a operação do modo TEM00 para potências de bombeamento abaixo de 14,5 W. A potência máxima obtida em multimodo foi 820 mW correspondendo a 4% de eficiência óptica de conversão. / Raman lasers are devices that provide practical means to shift fundamental laser wavelengths into new spectral lines via Stimulated Raman Scattering (SRS). When combined with other nonlinear conversion processes, Raman lasers permit access to hard-to-reach regions of the visible electromagnetic spectrum, for example, orange-yellow, lime-green and several blue lines. The great advantage of Raman lasers is the possibility of generating multiple wavelengths using the same set of crystals, which make these devices compact and practical when compared to other technologies as OPOs. In this work, the Nd:YVO4 crystal was laterally pumped by a diode laser and this crystal was responsible for laser generation as well as SRS. In the first part of this work, the laser cavity presented a high Q factor for the fundamental laser wavelength (1064 nm) and the laser operation at the first Stokes (1176 nm) was characterized under quasi-continuous wave operation (q-cw) and in continuous wave (cw) operation. The grazing incidence geometry of the cavity with a single bounce of the laser beam at the pumped facet of the crystal was exploited, as well as with the double bounce (double beam mode controlling - DBMC) of the laser beam at this same crystal facet. In the second part of this work, a LBO crystal was utilized for the second harmonic generation (SHG) at 588 nm, which corresponds to an orange-yellow laser. The single bounce cavity configuration was utilized under cw operation, which presented high Q factor at 1176 nm and at 1064 nm. With the single bounce configuration, the laser operated in a variety of Hermite- Gaussian transversal modes that could be selected simply by cavity alignment, including the TEM00 mode. With the DBMC technology, the laser presented stable operation of the TEM00 mode. At 1176 nm, under q-cw regime, the maximum output peak power of 8.2 W (multimode) was achieved, corresponding to an optical conversion efficiency (diode to 1st Stokes) of 11.7%, and operation of the TEM00 mode yielded a maximum output peak power of 3.7 W and 5.4% efficiency with the double bounce configuration, hence the DBMC technology showed to be an efficient method for the generation of a stable and robust laser operating with TEM00 mode. Under cw regime, the best result in terms of power and efficiency was obtained with the single bounce geometry, yielding 1.8 W (multimode) corresponding to 7.3% efficiency. For the orange-yellow laser, operation of the TEM00 laser mode was demonstrated for low pump powers up to 14.5 W. The maximum output power achieved in multimode operation was 820 mW and 4% optical conversion efficiency.

Lasers emitindo no azul vêm sendo largamente utilizado em diversas aplicações como por exemplo, blu-ray, displays, e podem representar uma excelente fonte de bombeio para o meio ativo Ti:safira. Neste trabalho utilizamos um cristal de Nd:YAG, com diffusion bonded end-caps e um bombeamento com diodo semicondutor no comprimento de onda de 803,2 nm, dessintonizado do pico de absorção 808 nm de neodímio, a fim de minimizar os efeitos de lente térmica do Nd:YAG. Dessa forma, conseguiu-se uma melhor distribuição de temperatura dentro do cristal. Testando diferentes raios de curvatura para os espelhos da cavidade, obteve-se a melhor relação entre a cintura do feixe de bombeio e feixe laser, alcançando 6,75 W cw (continuous wave) de potência de saída laser em 946 nm e slope efficiency de 48%. Em um segundo passo foi inserido, em diferentes tipos de cavidades, um cristal dobrador de freqüência para obtenção de emissão no azul em 473 nm, e a potência de saída azul foi medida em função da potência absorvida. / Blue lasers have attracted much attention for applications such as blu-ray, displays and as pumped source for the Ti:sapphire laser. A Nd:YAG crystal with diffusion bonded end-caps was used together with a pump wavelength of 802,3 nm, detuned from the absorption peak at 808 nm in order to minimize the thermal lens effect by providing for a better temperature distribution inside the crystal. Using different input mirror radii, the best relation between pump waist and laser was achieved in a linear cavity and resulted in 6.75W cw (continuous wave ) laser power at 946 nm and slope efficiency of 48%. In a second step, a second harmonic generation crystal for blue emission at 473 nm was inserted into different types of resonators, and the blue output power at 473 nm was measured as a function of absorbed pump power.

Lasers operando nas regiões espectrais do azul e do amarelo-laranja foram recentemente requisitados pelo mercado de aplicações quer para melhorar as tecnologias já conhecidas ou para possibilitar a criação de novas. Isso é devido às propriedades destas regiões espectrais, com o azul trazendo características tais como fótons de alta energia e feixes limitados por difração menores, enquanto a faixa do amarelo-laranja é ainda uma região espectral difícil de se atingir e não foi totalmente acessada ou nem mesmo acessada por fontes de luz laser eficientes. Aplicações dos lasers azuis são encontradas em tecnologias de alta densidade de armazenamento, displays a laser, sistemas LIDAR, pinças ópticas e uma longa série de aplicações que exigem alta precisão. Os lasers amarelo-laranja também têm aplicações importantes, destacando-se aplicações em cirurgia oftalmológica a laser, em displays de cores reais e como estrela guia (excitando linhas de sódio na atmosfera). A investigação de lasers de quase três níveis e laser Raman de Nd:YLF foi realizada neste trabalho. A finalidade é de propor fontes laser de alta potência e eficientes emitindo no azul e no amarelo para suprir as aplicações. Eficiência e potências de saída da ordem de Watt foram demonstradas para um laser de Nd:YLF emitindo em 908 nm assim como no segundo harmônico em 454 nm. Além disso, lasers Raman de Nd:YLF/BaWO4 e Nd:YLF/KGW foram demonstrados atingindo alguns Watts de potência de saída em regime quasi-CW e CW, com boas qualidades de feixe (M2 2) e em oito comprimentos de onda diferentes: 1147 nm, 1163 nm, 1167 nm , 549 nm, 552 nm, 573 nm, 581 nm e nm 583. Por fim, uma luminescência azul originada em alguns cristais Raman, durante a oscilação Stokes, teve sua origem e seus efeitos colaterais para lasers (perdas e calor adicionais) minuciosamente caracterizados. / Lasers operating in the blue and yellow-orange spectral regions are sought after by the applications market either to improve well known technologies or to enable new ones. Blue lasers bring features such as high energy photons and smaller diffraction limited beams, while the yellow-orange range is a hard to reach spectral region where there is a considerable shortage of efficient laser light sources. Applications of the blue lasers are found in high density storage technologies, laser displays, LIDAR systems, optical tweezers and a long range of high precision demanding applications. The yellow-orange lasers also have important applications, with highlights in ophthalmologic laser surgery (photocoagulation), in true color displays and as a guide star (exciting sodium lines in the atmosphere). The investigation of Nd:YLF quasi-three level lasers and Nd:YLF Raman lasers was further studied in this work in order to provide high power and efficient blue and yellow lasers sources. Demonstrations of efficient and multi-Watt operation of a 908 nm laser and its respective second harmonic laser at 454 nm are described. Also, Nd:YLF/BaWO4 and Nd:YLF/KGW Raman lasers were demonstrated reaching Watt levels in quasi-CW and CW regime with very good beam qualities (M2 2) at eight different wavelengths: 1147 nm, 1163 nm, 1167 nm, 549 nm, 552 nm, 573 nm, 581 nm and 583 nm. Finally, a blue luminescence originating in some Raman crystals, during Stokes oscillation, has been studied in considerable detail. Its origin and consequences for laser operation (extra loss and heat load) have been identified.

Lasers bombeados por diodo semicondutor emitindo em 1mm têm diversas aplicações. Para muitas destas aplicações é desejado um feixe laser com uma boa qualidade e alta potência. Um dos maiores problemas encontrado quando se utiliza altas potências de bombeamento é a forte lente térmica gerada no meio ativo. Neste trabalho estuda-se um laser de Nd:YVO4 bombeado transversalmente por diodo laser em regime contínuo. Este tipo de bombeamento possibilita aproveitar o alto coeficiente de absorção do cristal tornando possível a obtenção de altas eficiências. Duas configurações de ressonadores foram estudadas. A primeira com uma dobra em ângulo rasante na superfície de bombeamento do cristal e a segunda com duas dobras nesta mesma face. Um laser de 22 watts de potência de saída e eficiência angular de 74% foi obtido com a primeira configuração sob um bombeamento de 35 watts. A qualidade do modo era de M2 = 26 ´ 11, na horizontal e na vertical, respectivamente. Uma melhora significativa na qualidade do feixe foi demonstrada quando feita a segunda dobra dentro do cristal. Uma potência de 17 watts foi atingida com essa configuração com qualidade de feixe de M2 = 3,4 ´ 3,7, na horizontal e na vertical, respectivamente. / Within the existing variety of laser cavity geometries and gain materials there is one combination that is particularly interesting because of its reduced complexity and high efficiency: the edge-pumped slab-laser using grazing-incidence geometry and a gain media with a very high pump absorption cross-section. In this work we studied a diode side-pumped Nd:YVO4 cw laser. We describe a single and a multiple bounce laser configurations. We demonstrate 22 W of multimode output power for 35 watts of pump power with a single pass through the gain media. A high optical-to-optical conversion efficiency of 63% and a slope efficiency of 74% with a very compact and simple Nd:YVO4 cavity that uses joint stability zones was achieved. The beam quality was M2 = 26 ´ 11 in the horizontal and vertical direction, respectively. With a double pass configuration we achieved 17 watts with a better beam quality of M2 = 3,4 ´ 3,7, in the horizontal and vertical direction, respectively.