Desenvolvimento de um laser Raman com bombeamento transversal em configuração de ângulo rasante

• Main Author: Cristine Calil Kores
• Other Authors: Niklaus Ursus Wetter
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: bombeamento transversal; geração de segundo harmônico; laser; laser de estado sólido; laser Raman; Nd:YVO4; Raman laser; second harmonic generation; side-pumping; solid state laser
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-08062015-132708/

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.