OPG-OPA

Presentado por

Daniel Enrique Ceballos Herrera

INAOE, Óptica No lineal, Verano 2004

Contenido

Introducción OPG OPA OPG y OPA acoplados vs. OPO Esquemas experimentales Aplicaciones

Introducción

Introducción ¿Para que sirven?

Sirven para amplificar luz coherente

Para generar luz coherente a frecuencias donde no hay láseres disponibles

En la detección de luz débil en longitudes de onda donde no existen detectores

Introducción En los casos anteriores se tienen las

mismas ecuaciones de propagación pero con diferentes condiciones iniciales

Introducción

Donde k es el amarre de fase que tienen entre sí las tres ondas

k=k3-k1-k2

Introducción Se resuelven las ecuaciones y se halla

la eficiencia de conversión de bombeo a señal

Introducción Se halla el ancho de banda de K

Introducción

K lo puedo modificar variando los índices de refracción, pero esto se logra modificando la temperatura T del material, o su orientación

OPG

OPG-Generación paramétrica óptica

El término paramétrico denota estados cuánticos iniciales y finales idénticos

Involucran susceptibilidades reales

OPG

En un proceso OPG un fotón de bombeo wP se divide en dos fotones de menor energía, wS-señal, wI-idler

OPG En este proceso hay conservación de energía

y conservación de momento

Las frecuencias de la señal e Idler están determinadaspor las dos relaciones anteriores

OPG El OPG inicia con fluorescencia paramétrica

(emisión espontánea), Ruido cuántico. Genera una señal e idler débiles y de baja

coherencia Para aumentar la intensidad de la señal e

idler se necesita mucha intensidad en bombeo y una alta susceptibilidad del cristal para aumentar la eficiencia de conversión (en general se usan Pulsos-GW/cm2)

OPA Para aumentar la señal, esta tiene que

volver a pasar una vez por otro cristal para interactuar de nuevo con el bombeo y por conversión obtener más señal

OPA Con un OPO podemos hacer lo mismo haciendo

pasar la señal de nuevo en el mismo cristal y no solo una vez, sino varias veces

OPA vs. OPO

La diferencia entre un OPO y un OPA son:

1) Un OPA requiere pulsos de bombeo grandes (mJ de energía) y puede operar solamente con un pulso de bombeo, mientras que un OPO opera con pulsos de bombeo de baja energía (nJ) pero requiere un tren de pulsos de bombeo

OPA vs. OPO

2) Un OPA genera pulsos de señal muy grandes (mJ de energía) pero con una baja razón de repetición (1 kHz), mientras que un OPO produce pulsos de menor energía (nJ) pero a una mayor razón de repetición (80 MHz)

OPA vs. OPO

3) Una mayor razón de repetición implica una mayor razón señal a ruido, entonces, un OPO tiene generalmente menor ruido que un OPA

4) Debido al confinamiento espacial que realiza el resonador del OPO, su salida tiene una mayor calidad espacial y espectral y mayores propiedades de coherencia que la salida de un OPA

OPA vs. OPO

5) En construcción, el OPA es más fácil y menos costoso de armar en comparación con el OPO y se puede sintonizar para un mayor rango de frecuencias

Simulaciones OPG-OPA Se inicia resolviendo numéricamente

las siguientes ecuaciones

Simulaciones OPG-OPA

Para el OPG, los campos iniciales de señal e idler son nulos

La señal débil generada en el OPG se introduce en las ecuaciones del OPA

Simulaciones OPG-OPA El problema es simular el OPG, ¿Porqué?

Simulaciones OPG-OPA

¿Como simular el ruido cuántico?

H0 describe el flujo de energía del bombeo a las ondas

generadas, Hm describe la interacción de la señal e idler

Simulaciones OPG-OPA

La ecuación de Heinsenberg es HXihdt

dX,

1

Simulaciones OPG-OPA

El número promedio de fotones es )()()( tatatn iii

Simulaciones OPG-OPA Longitud crítica de OPG

Longitud del cristal 8mm

Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

Simulaciones OPG-OPA

Simulaciones OPG-OPA

Considerando Pulsos, las ecuaciones de propagación son

Simulaciones OPG-OPA Antes de iniciar la simulación se

sustituyen los campos por iE

ijii eAE

Luego se escogen fases para los campos

Simulaciones OPG-OPASe emplean 3 métodos de simulación

Simulaciones OPG-OPA

Bombeo 6.85 GW/cm2

Señal-895 nm, idler-1310 nm

Simulaciones OPG-OPA

Esquemas Experimental

es

Esquemas Experimentales

Esquemas Experimentales

Esquemas Experimentales Se puede aumentar la eficiencia de un

OPA con múltiples bombeos

En amarre de

fase k=0

ijii eAE

Esuqemas Experimentales

A1, A2, A3, con subíndices 1, 2, y 3 como señal, idler y bombeo respectivamente

Esquema Experimental

Esquema Experimental

La señal es independiente de las fases

de los haces de bombeo

Esquemas Experimentales

Longitud del cristal 8mm

Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

Esquemas Experimentales

Longitud del cristal 8 mm

Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

Esquemas Experimentales

Longitud del cristal 4 mm

Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

Esquemas Experimentales

Longitud del cristal 4 mm

Cristal BBO, señal inicial 3 MW/cm2

Esquemas Experimentales

También se puede incrementar la coherencia de la señal generada en un OPA con haces de simetría cónica

Referencias

Robert W. Boyd, Nonlinear Optics, Edit. Academic Press Saleh and Teich, Fundamental of Photonics, Edit. John Wiley and

Sons Y. R. Shen, The Principles of Nonlinear Optics, Edit. John Wiley

and Sons A. Dubietis, R. Danielius,…, “Combining effect in a multiple-

beam-pumped optical parametric amplifier”, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 15, No. 3, 1998

Lionel Carrion and Jean-Pierre Girardeau, “Development of a simple model for optical parametric generation”, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 17, No. 1, 2000

A. Piskarsas, V. Smilgevicius, A. Stabinis and V. Jarutis, “Output patterns of optical parametric amplifiers and generators pumped by conical beams

http://physics.ajou.ac.kr/~leesm/ch7.pdf http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2002/0388/pdf/Chapter2-1.

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