Para a espectroscopia de alta resolução e metrologia óptica em geral, é desejável um laser com linha espectral estável e de alta potência de saída para bombear diferentes tipos de ressonadores, como osciladores paramétricos óticos (OPO Optical Parametric Oscillator). Os lasers de frequência única disponíveis estão no alcance de potência de saída de 10 Watts, enquanto que, dependendo da aplicação e do tipo de OPO, é desejável uma maior potência (> 20 W). Neste trabalho foi desenvolvido um laser de frequência única e alta potência com base em módulos de bombeio por diodos e tendo como meio ativo o granada de alumínio de ítrio dopado com neodímio (Nd:YAG). Dois bastões de Nd:YAG bombeados transversalmente por diodo, foram utilizadas em uma configuração de ressonador em anel com saída polarizada de onda continua (CW continuous-wave), qualidade de feixe modo transversal eletromagnético (TEM00) e potência de saída de 105,2 W. A potência de saída alcançada é, a nosso entender, a mais alta para lasers em anel no modo fundamental transversal polarizado contínuo usando módulos Nd:YAG comuns com bombeamento lateral. O ressonador permitiu a sintonização de potência em uma grande faixa dinâmica e obteve excelente qualidade de feixe, usando uma placa de meia onda entre os dois bastões para compensação de birrefringência. A operação de frequência única foi alcançada usando cristal de granada de térbio-gálio (TGG-Terbium Gallium Garnet), dois imãs e um etalon, com uma potência de saída de 51,60 W e uma largura a meia altura da curva (FWHM) espectral de aproximadamente 17 MHz. / For high resolution spectroscopy, a high power, stable line output laser is desirable for pumping different types of optical parametric oscillator resonators (OPO). Single-frequency lasers are in the range of 10 watts of output power, while, depending on the application and the OPO type, higher power (> 20 W) is desirable. In this work a single frequency high power laser based on diode pumping modules with Nd:YAG as the active medium was developed. Two Nd:YAG bars transversally pumped by diodes were used in a configuration of a CW polarized ring resonator with beam quality TEM00 and output power of 105,2 W. The output power achieved is, to our knowledge, the highest for continuous polarized fundamental mode ring lasers using standard Nd:YAG modules with side pumping. The resonator allowed the tuning power in a large dynamic range and obtained excellent beam quality using a half-wave plate between the two rods for birefringence compensation. The single frequency operation was achieved using a TGG (Terbium Gallium Garnet) crystal, two magnets and an etalon, with an output power of 51.60 W and a 17 MHz full width at half maximum (FWHM) spectral width.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_Lucia Akemi Miyazato Saito.pdf: 7872621 bytes, checksum: 4898bb89f5642047c4e878b18fc4f31a (MD5) Previous issue date: 2012-11-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / We investigated the mechanisms responsible for pulse formation and evolution in Erbium-doped fiber lasers with cavity lengths varying from 16.4 m to 100.8 km that were actively mode-locked at repetition rate of 1 GHz. The variation of pulse widths and the peak powers in these lasers defined three regimes of propagation inside the cavities and we identified the mechanisms responsible for the pulse formation and evolution in each one of these regimes depending on the ratio between the cavity length (Lcav) and the dispersion length (LD) and nonlinear length (LNL). When Lcav is shorter than LD and LNL, there is neither dispersive nor nonlinear effect during pulse evolution (pulse has a duration of approximately 30 ps). In this regime, its final duration is determined by the standard theory of active modelocking. For Lcav shorter than LD but ~ LNL, the pulse evolution is in the nonlinearity-dominant regime where the self-phase modulation leads to spectral broadening. In addition, for cavities longer than 12.6 km, Lcav ~ LD and also longer then LNL. The pulse evolution is in the dispersion-dominant regime with its duration depending on the accumulated dispersion. In this regime the soliton effect takes place and the final pulse duration depends on the cavity length. Also, we present a comparison between an in-field and in-laboratory 50 km ultralong Erbium fiber lasers actively mode-locked with repetition rate varying from 1 to 10 GHz generating pulses from 35.2 to 68.7 ps. The pulse widths generated at higher frequencies are in agreement with Kuizenga-Siegman theory. However, for lower frequencies the pulses have higher intracavity peak power which allows the soliton effect to take place. Depending on the pump power level, the repetition rate and the cavity length, both lasers can operate in active mode-locking or under the influence of the soliton regime that locks the pulse duration according to the dispersion and cavity length. Due to the soliton robustness, this condition eliminates most of the environmental influence in the in-field mode-locking regime and makes both lasers very similar. / O laser de fibra dopada com Érbio é apresentado nesta tese numa nova configuração: cavidade ultralonga, com dimensão da ordem de dezenas de quilômetros. Foram investigados os mecanismos responsáveis pela formação e evolução do pulso em cavidades com comprimentos de 16,4 m a 100,8 km operando em regime de acoplamento de modos ativo na taxa de repetição de 1 GHz. A variação da largura dos pulsos e da potência de pico nestes lasers definem três regimes de propagação no interior das cavidades sendo possível identificar os mecanismos responsáveis pela formação e evolução em cada um destes regimes, dependendo da relação entre o comprimento da cavidade (Lcav) e o comprimento de dispersão (LD) e também em relação ao comprimento não-linear (LNL). Quando Lcav é menor que LD e LNL, não há efeito dispersivo e não-linearidades apreciáveis na evolução do pulso, obtendo-se aproximadamente 30 ps. Neste regime, a duração final é determinada pela teoria de acoplamento de modos ativo. Para Lcav menor que LD mas ~LNL, a evolução do pulso é dominado pela não-linearidade onde a automodulação de fase resulta em alargamento espectral. Além disso, para cavidades mais longas que 12,6 km, Lcav ~ LD e Lcav mais longo que LNL, a duração do pulso na saída aumenta proporcionalmente com a dispersão acumulada e ocorre a propagação de pulsos sob efeito solitônico. Complementando o estudo, o laser na configuração em laboratório é comparado com o laser montado em campo, sendo utilizado em ambos 50 km de fibra padrão. O laser à fibra dopada com Érbio é modulado ativamente com taxa de repetição variando entre 1 e 10 GHz gerando pulsos de 35,2 a 68,7 ps. A duração dos pulsos gerados em frequências altas está de acordo com a teoria de Kuizenga-Siegman. No entanto, em baixas frequências os pulsos têm potência de pico intracavidade alta o que permite que haja a formação de pulsos solitônicos na propagação. Dependendo do nível da potência de bombeamento, da taxa de repetição e do comprimento da cavidade, os dois lasers podem operar em acoplamento de modos ativo ou sob a influência do regime solitônico que trava a duração do pulso de acordo com a dispersão e comprimento da cavidade. Devido à robustez do sóliton, esta condição elimina a maior parte da influência do ambiente no acoplamento de modos do laser na configuração em campo, tornando os dois lasers muito similares.

[pt] Objetivando suprimir as instabilidades dinâmicas de ganho em um amplificador à fibra dopada com Érbio (EDFA), uma nova configuração de laser em anel é apresentada e demonstrada. Neste trabalho, analizamos os efeitos da variação do nível de atenuação no laço de re-alimentação sobre a resposta transitória do EDFA. Particularmente, observamos as excursões de ganho experimentadas pelo canal sobrevivente quando sete dentre oito canais da rede são adicionados ou removidos, à exemplo do que ocorre em sistemas WDM reais. Sob esta análise, avaliamos o desempenho do sistema em suprimir as instabilidades dinâmicas de ganho do EDFA. / [en] A new ring laser configuration to eliminate the gain dynamic instabilities of an erbium doped fiber amplifier (EDFA) is proposed and demonstrated. We examine the effect of the attenuation level in the optical feedback path over thetransient response of the EDFA. In particular, we look at the transient gain excursions experienced by surviving channel when seven of eight channels are added or dropped, like in real WDM systems. Using this analysis as a guide, we highlight the robustness of the approach and evaluate its performance to EDFA gain stabilization.