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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? - PowerPoint PPT Presentation
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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.