Aplicação da técnica de varredura Z ao estudo de não-linearidades ópticas em absorvedores saturáveis

• Main Author: Luimar Cavalcanti de Oliveira
• Other Authors: Maximo Siu Li
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 1995
• Subjects: Absorvedores saturáveis; Técnica de Z-scan; Saturable absorbers; Z-scan technique
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-20022014-174211/

Neste trabalho investigamos o comportamento da técnica de varredura z no caso onde a fase do campo elétrico se afasta do perfil Gaussiano devido a saturação da não-linearidade óptica. A teoria usual da varredura z, baseada no método da decomposição Gaussiana, não pode descrever os resultados obtidos com os bem caracterizados absorvedores saturáveis com tempos lentos de resposta (milisegundos): Al2O3:Cr3+ (rubí), Beal2O4:Cr3+ (alexandrita) e GdAlO3: Cr3+ (aluminato de gadolínio dopado com cromo). Este objetivo pode ser alcançado por meio de uma teoria baseada na transformada de Hankel do campo elétrico que se propaga através da amostra e pela inclusão da saturação da fase nesta teoria. O formalismo alternativo também permite a inclusão de outros efeitos como por exemplo, térmico. Como no caso do meio Kerr, o índice de refração não-linear pode ser obtido da medida da diferença entre o pico e o vale da transmitância, na determinação da refração não-linear, ou da transmitância de pico, na determinação da absorção não-linear. Em relação a parte experimental, é introduzida uma técnica de varredura z com um único feixe resolvida no tempo para caracterizar, com radiação cw, a refração não-linear dos materiais citados. Devido a eliminação dos efeitos lineares parasíticos, a técnica é capaz de medir distorções de frente de onda tão pequenas quanto N104. A demonstração experimental da técnica alternativa é realizada com um laser de Ar+ com baixa potência e um laser de He-Ne === In this work we investigated the behavior of the Z-scan technique in the case where the phase of the electric field departs from Gaussian due to the saturation of the optical nonlinearity. The usual theory of Z-scan, based on Gaussian decomposition method, cannot describe experimental results obtained with well-characterized chromium-doped saturable absorbers of slow (milisecond) response: Al2O3:Cr3+ (ruby), Beal2O4:Cr3+ (alexandrite) e GdAlO3: Cr3+ (chromium doped gadolinium aluminate). This aim can be accomplished by means of a theory based on the Hankel transform of the electric field passing through the sample and the inclusion of the phase saturation. The alternative formalism also allows the inclusion of thermal effects. As in the case of Kerr media, the nonlinear refractive index can be obtained from the measurement of the transmittance difference between peak and valley, in the refractive case, or of the transmittance peak, in the absorptive case. Concerning to experimental part, a single-beam time-resolved Z-scan is introduced to characterize the nonlinear refraction of the above materials. Owing to the elimination of parasitic linear effects, the technique is able to measure induced wave front as small as N104. We demonstrate this method on several materials using low power Ar+ and He-Ne lasers