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OPG-OPA
Presentado por
Daniel Enrique Ceballos Herrera
INAOE, Óptica No lineal, Verano 2004
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Contenido
Introducción OPG OPA OPG y OPA acoplados vs. OPO Esquemas experimentales Aplicaciones
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Introducción
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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
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Introducción En los casos anteriores se tienen las
mismas ecuaciones de propagación pero con diferentes condiciones iniciales
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Introducción
Donde k es el amarre de fase que tienen entre sí las tres ondas
k=k3-k1-k2
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Introducción Se resuelven las ecuaciones y se halla
la eficiencia de conversión de bombeo a señal
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Introducción Se halla el ancho de banda de K
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Introducción
K lo puedo modificar variando los índices de refracción, pero esto se logra modificando la temperatura T del material, o su orientación
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OPG
OPG-Generación paramétrica óptica
El término paramétrico denota estados cuánticos iniciales y finales idénticos
Involucran susceptibilidades reales
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OPG
En un proceso OPG un fotón de bombeo wP se divide en dos fotones de menor energía, wS-señal, wI-idler
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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
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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)
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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Simulaciones OPG-OPA Se inicia resolviendo numéricamente
las siguientes ecuaciones
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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
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Simulaciones OPG-OPA El problema es simular el OPG, ¿Porqué?
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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
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Simulaciones OPG-OPA
La ecuación de Heinsenberg es HXihdt
dX,
1
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Simulaciones OPG-OPA
El número promedio de fotones es )()()( tatatn iii
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Simulaciones OPG-OPA Longitud crítica de OPG
Longitud del cristal 8mm
Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2
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Simulaciones OPG-OPA
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Simulaciones OPG-OPA
Considerando Pulsos, las ecuaciones de propagación son
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Simulaciones OPG-OPA Antes de iniciar la simulación se
sustituyen los campos por iE
ijii eAE
Luego se escogen fases para los campos
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Simulaciones OPG-OPASe emplean 3 métodos de simulación
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Simulaciones OPG-OPA
Bombeo 6.85 GW/cm2
Señal-895 nm, idler-1310 nm
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Simulaciones OPG-OPA
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Esquemas Experimental
es
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Esquemas Experimentales
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Esquemas Experimentales
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Esquemas Experimentales Se puede aumentar la eficiencia de un
OPA con múltiples bombeos
En amarre de
fase k=0
ijii eAE
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Esuqemas Experimentales
A1, A2, A3, con subíndices 1, 2, y 3 como señal, idler y bombeo respectivamente
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Esquema Experimental
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Esquema Experimental
La señal es independiente de las fases
de los haces de bombeo
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Esquemas Experimentales
Longitud del cristal 8mm
Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2
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Esquemas Experimentales
Longitud del cristal 8 mm
Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2
![Page 42: OPG-OPA](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022070406/5681409e550346895dac4e1a/html5/thumbnails/42.jpg)
Esquemas Experimentales
Longitud del cristal 4 mm
Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2
![Page 43: OPG-OPA](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022070406/5681409e550346895dac4e1a/html5/thumbnails/43.jpg)
Esquemas Experimentales
Longitud del cristal 4 mm
Cristal BBO, señal inicial 3 MW/cm2
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Esquemas Experimentales
También se puede incrementar la coherencia de la señal generada en un OPA con haces de simetría cónica
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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.