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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2607| Interacciones de ondas contrapropagantes en LiNbO3 y LiTaO3 periódicamente polarizados Interactions of counterpropagating waves in periodically poled LiNbO3 and LiTaO3 | |
| CITLALI ELIOSA MINOR | |
| ROGER SEAN CUDNEY BUENO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| osciladores ópticos paramétricos, niobato de litio, láser de sub-nanosegundos mirrorless optical parametric oscillators, lithium niobate, sub-nanosecond lasers | |
| En esta tesis se reporta el desarrollo teórico y experimental para lograr oscilación óptica paramétrica sin espejos en niobato de litio (PPLN) y tantalato de litio (PPLT) periódicamente polarizados. Se estudian los factores que limitan la observación de este fenómeno, como el umbral de daño de los materiales, la absorción del haz idler, las limitaciones físicas del crecimiento de dominios ferroeléctricos (ancho mínimo de los dominios y fluctuaciones de estos anchos), así como otros procesos no lineales que pueden agotar el haz de bombeo antes de que ocurra la oscilación. Resolvemos numéricamente el sistema de ecuaciones de onda acopladas que describen este fenómeno para tomar en cuenta el crecimiento de las intensidades de la señal y el idler desde fluctuaciones cuánticas hasta un nivel detectable dentro de la duración del pulso de bombeo. Encontramos que hay una duración de pulso que minimiza la energía de bombeo requerida para observar oscilación sin espejos, que es de ~ 1 ns. Para un cristal PPLN perfecto de 2 cm de longitud, un bombeo de 700 ps, longitud de onda 1.064 μm, un radio de 50 μm y idler contrapropagante de 4.5 μm, se puede obtener oscilación con cuasiempatamiento de fases de quinto orden con menos de 70 μJ. Para PPLT, los requisitos aumentan (200 μJ para un cristal perfecto PPLT de 2.5 cm). También encontramos que la oscilación sin espejos requiere de estructuras de dominios casi perfectas. El ciclo de trabajo promedio debe estar cerca del valor ideal del 50%. Para cuasiempatamiento de fases de quinto orden en PPLN de 2 cm, fluctuaciones del ancho de los dominios con una desviación estándar de hasta 300 nm son aceptables. Para cuasiempatamiento de fases de tercer orden, la tolerancia es mayor: en PPLN, es aceptable una desviación estándar de hasta 450 nm y para PPLT este valor es de 300 nm. Desarrollamos un láser pulsado adecuado para observar la mezcla de tres ondas entre haces contrapropagantes, en particular oscilación óptica paramétrica sin espejos. Es un láser Nd:YLF con conmutación de Q pasivo y bombeado por diodo; este láser emite pulsos de 1.047 μm con una duración FWHM de 750 ps, una energía de 2.3 mJ por pulso y una potencia pico superior a 3 MW a una tasa de repetición de ~ 40 Hz. Un modelo teórico sencillo describe las características del láser. Además, se muestra su uso para generar eficientes interacciones no lineales en cascada de haces copropagantes en niobato de litio aperiódicamente polarizado. Finalmente, presentamos... The goal of this thesis is the development of theoretical and experimental work to achieve mirrorless optical parametric oscillation in bulk periodically poled lithium niobate (PPLN) and lithium tantalate (PPLT). This study takes into account factors that constrain the conditions under which this phenomenon can be observed, such as the damage threshold of the materials, idler absorption, limitations imposed by the physics of ferroelectric domain growth (minimum domain and domain width fluctuations), as well as the effect of competing nonlinear processes that may deplete the pump before oscillation occurs. We solve numerically the set of partial differential coupled wave equations that describes this phenomenon to take into account the build-up of the signal and idler beams from quantum fluctuations to a detectable level within the duration of the pump pulse. We found that there is a pulsewidth that minimizes the required pump energy to observe mirrorless oscillation, which is of the order of 1 ns. For a perfect 2 cm long PPLN sample, a 700 ps, 1.064 μm pump with a 50 μm radius and a counterpropagating 4.5 μm idler, fifth order quasi-phase-matched oscillation can be obtained with less than 70 μJ. For PPLT, the requirements are higher (200 μJ for a perfect 2.5 cm PPLT sample). We also found that mirrorless oscillation in PPLN and PPLT requires almost perfect domain structures. The average duty-cycle must be close to the ideal value of 50%. For fifth order quasi-phase-matching in 2 cm long PPLN, fluctuations with a standard deviation of up to 300 nm are acceptable; if the width fluctuations are larger, the required pump fluence is above the crystal’s damage threshold. For third order quasi-phase-matching, the tolerance is higher: in PPLN a standard deviation of up to 450 nm is acceptable and for PPLT this value is 300 nm. We developed a pulsed sub-nanosecond laser that meets the requirements to observe three wave mixing among counterpropagating beams, in particular mirrorless optical parametric oscillation. It is a diode-pumped, passively Q-switched Nd:YLF laser that emits 1.047 μm pulses with a FWHM duration of 750 ps, an energy of 2.3 mJ per pulse and peak power above 3 MW at a repetition rate of ~ 40 Hz. We also provide a simple rate equation model of this laser that adequately describes the experimental results. In addition, we produce cascaded nonlinear interactions of copropagating beams in an aperiodically poled lithium niobate crystal. Finally... | |
| CICESE | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Eliosa Minor, C. 2018. Interacciones de ondas contrapropagantes en LiNbO3 y LiTaO3 periódicamente polarizados. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 100 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| Tesis Citlali Eliosa Minor_28_nov_2018.pdf | Versión completa de la tesis | 4.83 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |