Existe uma família de centros de cor e cristais dopados com íons metálicos que absorvem na região de emissão do laser de neodímio. Dentre estes, os que são laser ativos são normalmente bombeados em um esquema de cavidades colineares. Eles podem também ser usados como absorvedores saturáveis para o chaveamento Q passivo, C.W. Porém, neste caso a absorção máxima intracavidade que pode ser introduzida é limitada de forma a permitir que a ação laser ocorra. Assim, no caso de ser simultaneamente utilizado como absorvedor e meio ativo existe uma limitação do ganho máximo que o meio ativamente bombeado pode alcançar. Usando-se um esquema de cavidades acopladas, estudamos o desempenho dos centros de cor KCl:T1° (1) e LiF: F POT - IND 2 , para gerar chaveamento Q c.w. passivo (Q- switching) e o travamento de modos (mode-locking) com o esquema de cavidades acima mencionada, na região espectral do infravermelho. Em particular estudamos a ação laser simultânea dos centros KCl: Tl° (1) e do laser de Nd:YAG com o esquema de cavidades acopladas citado, onde o centro de cor tinha o papel dual de absorvedor saturável e meio de ganho. Obteve-se uma alta extração do laser de KCl:Tl° (1), atingindo o limite teórico de 40%, no regime Q-switched c.w.pois a única fonte de perdas do laser de bombeio é o absorvedor saturável. Devido ao baixo ganho dos materiais mencionados e a alta intensidade de saturação foram exploradas as propriedades da cavidade com compensação astigmática, que permite uma grande focalização do feixe sobre o cristal, num regime de cavidades acopladas. Além deste esquema, usamos também um método de bombeamento colinear para a obtenção do travamento de modos ativo-passivo no regime C. W. do laser de Nd: YAG 1 usando o LiF: F POT IND 2 como elemento de modulação passiva dos pulsos. Como um absorvedor saturável lento este necessita de cavidades longas para a obtenção deste regime de operação. Os pulsos modulados (ativamente) sofrem um processo de modulação passiva, o que é dado pela mudança do seu perfil de intensidade de gaussiano para exponencial simétrica, caracterizando a mudança do travamento de modos ativo para passivo. / In general, tunable lasers are colinearlly pumped by other powerfull lasers. In the particular case of color centers, that cover the near infrared spectral region, there is a shortcoming due to the difficulty of creating high densities of centers to efficiently extract output energy. One possible way to circumvent this problem is to use intracavity pumping, but there is a limiting factor that is the maximum available gain of the pumping laser, that limits the maximum absortion that can be introduced in the pump laser cavity. A coupled cavities scheme is a solution to solve this problem. In this sense, this scheme was studied using a simple theoretical model. Two sets of experiments were performed, using LiF:F2 and KCl:T1°(1) color centers. In the first case, in which the LiF: F-2 centers were used only as saturable absorber, it was demonstrated that the coupled cavity is responsable for the temporal behavior of the main laser, and operation in the Q-switched mode was obtained, wi th pulses of 1 SJ..S duration. In the second case, KCl:Tl° (1) color centers are also laser active and simultaneous laser operation were achieved, in the Q-switched regime. The remarkable fact was that the pumping efficiency was close to the maximum theoretically allowed and the pulse duration was also totally dependent on the control cavi ty. In both cases, the pulse time duration was in good agreement with the theoretical predictions. The mode-locking regime in these scheme was also studied, using LiF: F-2 color centers, that has a decay time much longer than the cavity round trip time. By the reducing gain a partial modulation in the couple cavity scheme, we only observed a partial modulation of the laser power, indicating that other effects prevent the full modulation. In these case, the effective absortion used was 0,6 % .In order to explore the role of the saturable absorbers in the mode-locking regime, a active modulator was used to start and sustain the regime, besides the presence of the crystal inside the cavity. We clearly observed a change in the shape of the pulses from gaussian to hyperbolic secant squared that is a characteristic of the passivily mode-locked system. In the optimum case the pulse duration was reduced by a factor of 2,4.

Existe uma família de centros de cor e cristais dopados com íons metálicos que absorvem na região de emissão do laser de neodímio. Dentre estes, os que são laser ativos são normalmente bombeados em um esquema de cavidades colineares. Eles podem também ser usados como absorvedores saturáveis para o chaveamento Q passivo, C.W. Porém, neste caso a absorção máxima intracavidade que pode ser introduzida é limitada de forma a permitir que a ação laser ocorra. Assim, no caso de ser simultaneamente utilizado como absorvedor e meio ativo existe uma limitação do ganho máximo que o meio ativamente bombeado pode alcançar. Usando-se um esquema de cavidades acopladas, estudamos o desempenho dos centros de cor KCl:T1° (1) e LiF: F POT - IND 2 , para gerar chaveamento Q c.w. passivo (Q- switching) e o travamento de modos (mode-locking) com o esquema de cavidades acima mencionada, na região espectral do infravermelho. Em particular estudamos a ação laser simultânea dos centros KCl: Tl° (1) e do laser de Nd:YAG com o esquema de cavidades acopladas citado, onde o centro de cor tinha o papel dual de absorvedor saturável e meio de ganho. Obteve-se uma alta extração do laser de KCl:Tl° (1), atingindo o limite teórico de 40%, no regime Q-switched c.w.pois a única fonte de perdas do laser de bombeio é o absorvedor saturável. Devido ao baixo ganho dos materiais mencionados e a alta intensidade de saturação foram exploradas as propriedades da cavidade com compensação astigmática, que permite uma grande focalização do feixe sobre o cristal, num regime de cavidades acopladas. Além deste esquema, usamos também um método de bombeamento colinear para a obtenção do travamento de modos ativo-passivo no regime C. W. do laser de Nd: YAG 1 usando o LiF: F POT IND 2 como elemento de modulação passiva dos pulsos. Como um absorvedor saturável lento este necessita de cavidades longas para a obtenção deste regime de operação. Os pulsos modulados (ativamente) sofrem um processo de modulação passiva, o que é dado pela mudança do seu perfil de intensidade de gaussiano para exponencial simétrica, caracterizando a mudança do travamento de modos ativo para passivo. / In general, tunable lasers are colinearlly pumped by other powerfull lasers. In the particular case of color centers, that cover the near infrared spectral region, there is a shortcoming due to the difficulty of creating high densities of centers to efficiently extract output energy. One possible way to circumvent this problem is to use intracavity pumping, but there is a limiting factor that is the maximum available gain of the pumping laser, that limits the maximum absortion that can be introduced in the pump laser cavity. A coupled cavities scheme is a solution to solve this problem. In this sense, this scheme was studied using a simple theoretical model. Two sets of experiments were performed, using LiF:F2 and KCl:T1°(1) color centers. In the first case, in which the LiF: F-2 centers were used only as saturable absorber, it was demonstrated that the coupled cavity is responsable for the temporal behavior of the main laser, and operation in the Q-switched mode was obtained, wi th pulses of 1 SJ..S duration. In the second case, KCl:Tl° (1) color centers are also laser active and simultaneous laser operation were achieved, in the Q-switched regime. The remarkable fact was that the pumping efficiency was close to the maximum theoretically allowed and the pulse duration was also totally dependent on the control cavi ty. In both cases, the pulse time duration was in good agreement with the theoretical predictions. The mode-locking regime in these scheme was also studied, using LiF: F-2 color centers, that has a decay time much longer than the cavity round trip time. By the reducing gain a partial modulation in the couple cavity scheme, we only observed a partial modulation of the laser power, indicating that other effects prevent the full modulation. In these case, the effective absortion used was 0,6 % .In order to explore the role of the saturable absorbers in the mode-locking regime, a active modulator was used to start and sustain the regime, besides the presence of the crystal inside the cavity. We clearly observed a change in the shape of the pulses from gaussian to hyperbolic secant squared that is a characteristic of the passivily mode-locked system. In the optimum case the pulse duration was reduced by a factor of 2,4.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7716_1.pdf: 2312286 bytes, checksum: f0910837d83d7daa172d70fc8336d5f1 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Lasers de femtosegundos operando no regime de travamento de modos têm sua taxa de repetição determinada pelo tempo de ciclo do pulso na cavidade laser (TR = 2L/c). A taxa de repetição de lasers de Ti:safira é tipicamente da ordem de 100 MHz, com TR  10 ns. Com isto TR pode ser menor que os tempos de relaxação da população (T1) e coerência (T2) em meios atômicos, que podem ser da ordem de várias dezenas de nanosegundos, no Rb, por exemplo. O resultado é que a interação de um pulso com o meio atômico ocorre antes que a modificação produzida no sistema pelo pulso anterior tenha decaído completamente, o que produz efeitos interessantes. Neste trabalho, serão apresentados resultados teóricos e experimentais do acoplamento de dois feixes (two-beam coupling) em vapor de Rb, onde são estudadas modificações do sinal detectado na direção do feixe de sonda, após o acoplamento deste com o feixe de bombeio. O experimento é realizado em uma célula contendo átomos de Rb em densidades que variam entre 1012 a 1014 átomos/cm3. No nosso experimento focamos duas transições distintas: 5S 5P1/2 e 5S 5P3/2 5D, onde a primeira corresponde a uma transição de um fóton e a segunda envolve uma transição de dois fótons. No estudo da transição 5S 5P3/2 5D, o efeito de acumulação da população em um sistema de três níveis produz batimentos de 2,11 THz nos sinais de experimentos de fluorescência e two-beam coupling e que são observados em nossos resultados experimentais; além dos efeitos de propagação linear que produzem oscilações do sinal na escala de picosegundos. Também estudamos a transição 5S 5P1/2, que é mais simples de analisar, pois os batimentos em 2,11 THz não estão presentes. Simulações numéricas foram realizadas baseadas em uma teoria de perturbação de terceira ordem para o sistema de dois níveis, levando em conta os efeitos de propagação linear dos pulsos até a região de interação dos dois feixes, mas sem considerar a acumulação. Através desta teoria é possível explicar e compreender melhor algumas das características essenciais presentes nos resultados experimentais

[pt] Esta dissertação de mestrado demonstra o princípio do funcionamento de um sistema gerador e multiplexador óptico utilizando pulsos curtos. Através do efeito de mode locked fiber ring laser pulsos curtos ópticos são gerados para taxa de repetição de 2.48 GHz ao passo que o escalonamento é atribuído ao uso de dispositivos passivos ópticos os quais compõem o conjunto experimental permitindo que a freqüência de 9.95 GHz seja atingida mediante a combinação exata das técnicas utilizadas. O coração de sistema está contido na geração e controle dos pulsos os quais determinarão a taxa de repetição em baixa freqüência e posteriormente a multiplexação através de linhas de atraso devidamente combinadas fornecerão o valor escalonado de operação de frequência. / [en] This master thesis demonstrates the principle of the functioning of an optical time domain multiplex system using short pulses. Through the effect of mode locked to fiber ring laser, optical short pulses are generated at repetition of 2.48 GHz to the step that the scheduling is attributed to the use of optic passive devices which compose the experimental setup allowing that the frequency of 9.95 GHz is reached by means of the accurate combination of the used techniques. The system heart is contained in the generation and control of the pulses which will later determine the rate of repetition in low frequency and multiplexing through lines of delay duly combined.