OPG-OPA

1. OPG-OPA Presentado por Daniel Enrique Ceballos Herrera INAOE, Óptica No lineal, Verano 2004

2. Contenido • Introducción • OPG • OPA • OPG y OPA acoplados vs. OPO • Esquemas experimentales • Aplicaciones

3. Introducción

4. 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

5. Introducción • En los casos anteriores se tienen las mismas ecuaciones de propagación pero con diferentes condiciones iniciales

6. Introducción • Donde k es el amarre de fase que tienen entre sí las tres ondas k=k3-k1-k2

7. Introducción • Se resuelven las ecuaciones y se halla la eficiencia de conversión de bombeo a señal

8. Introducción • Se halla el ancho de banda de K

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

10. OPG • OPG-Generación paramétrica óptica • El término paramétrico denota estados cuánticos iniciales y finales idénticos • Involucran susceptibilidades reales

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

12. OPG • En este proceso hay conservación de energía y conservación de momento Las frecuencias de la señal e Idler están determinadas por las dos relaciones anteriores

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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)

18. 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

19. 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

20. Simulaciones OPG-OPA • Se inicia resolviendo numéricamente las siguientes ecuaciones

21. 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

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

23. 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

24. Simulaciones OPG-OPA La ecuación de Heinsenberg es

25. Simulaciones OPG-OPA El número promedio de fotones es

26. Simulaciones OPG-OPA • Longitud crítica de OPG Longitud del cristal 8mm Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

27. Simulaciones OPG-OPA

28. Simulaciones OPG-OPA • Considerando Pulsos, las ecuaciones de propagación son

29. Simulaciones OPG-OPA • Antes de iniciar la simulación se sustituyen los campos por • Luego se escogen fases para los campos

30. Simulaciones OPG-OPA Se emplean 3 métodos de simulación

31. Simulaciones OPG-OPA Bombeo 6.85 GW/cm2 Señal-895 nm, idler-1310 nm

32. Simulaciones OPG-OPA

33. Esquemas Experimentales

34. Esquemas Experimentales

35. Esquemas Experimentales

36. Esquemas Experimentales • Se puede aumentar la eficiencia de un OPA con múltiples bombeos En amarre de fase k=0

37. Esuqemas Experimentales • A1, A2, A3, con subíndices 1, 2, y 3 como señal, idler y bombeo respectivamente

38. Esquema Experimental

39. Esquema Experimental La señal es independiente de las fases de los haces de bombeo

40. Esquemas Experimentales Longitud del cristal 8mm Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

41. Esquemas Experimentales Longitud del cristal 8 mm Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

42. Esquemas Experimentales Longitud del cristal 4 mm Cristal BBO, señal inicial 32 MW/cm2

43. Esquemas Experimentales Longitud del cristal 4 mm Cristal BBO, señal inicial 3 MW/cm2

44. Esquemas Experimentales • También se puede incrementar la coherencia de la señal generada en un OPA con haces de simetría cónica

45. 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.pdf