Estudo comparativo de parâmetros de desempenho na geração de pente de frequência com lasers à fibra e lasers semicondutores
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Tese
Date
2024-08-01
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Authors
Araújo, Maria Cecília Schineider
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Souza, Eunezio Antonio de
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Volume Title
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Carvalho, Mauricio Moderno de
Cruz, Flavio Caldas da
Rosa, Henrique Guimarães
Maldonado, Edison Puig
Cruz, Flavio Caldas da
Rosa, Henrique Guimarães
Maldonado, Edison Puig
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Engenharia Elétrica e Computação
Abstract
Pentes de frequência são essenciais para garantir precisão e desempenho em
várias áreas, como sensoriamento e imagem. Entre os tipos disponíveis, destacam-se o laser
de fibra dopada com érbio (EDFL) pela sua flexibilidade e geração de pulsos de
femtosegundos, e o laser semicondutor, que é compacto (em torno de mm³) e oferece alta
taxa de repetição (GHz), permitindo medidas abaixo de µs e contribuindo para reduzir
tamanho, peso e consumo de energia (size, weight and power – SWaP), que é particularmente
importante em aplicações móveis e em campo.
Nessa tese, apresentamos a construção de duas cavidades EDFL com grafeno
para atingir o regime mode-locking. A primeira cavidade com 16,7 m e taxa de repetição frep
≈ 12 MHz apresentou pulsos de 660 fs, enviados para um sistema de amplificação que
aumentou a potência de 386 µW para 106,6 mW. Esse sinal amplificado tinha o objetivo de
gerar o espectro supercontínuo, atingindo largura de 1150 nm e potência média de 28,5 mW,
além de apresentar um pulso de 52 fs. Pulsos estreitos permitem serem usados em
espectroscopia ou medição temporal com muito mais precisão. Também foi realizado o
batimento entre uma componente da frequência fundamental da cavidade com um laser CW,
o que gerou a frequência fopt com 13,7 dB de SNR. A segunda cavidade exibiu frequência
frep = 37 MHz e frequência de batimento fopt com SNR = 20,8 dB, caracterizando crescimento
de 50% e garantindo melhora na resolução das componentes do pente de frequência.
Como análise comparativa, uma montagem integrada de laser sintonizável
(ITLA) de semicondutor com cavidade de ~7 mm (frep = 20 GHz) teve o grafeno
acrescentado na sua estrutura. A intensidade do sinal sobre o grafeno foi um parâmetro
crucial na análise das configurações testadas, alcançando 770 W/cm² na cavidade de
tamanho original, 630 kW/cm² com um sistema telescópio, e 2 GW/cm² na integração com
sistema a fibra e uso de filtros etalons. Embora tenha atingido intensidade suficiente para
saturar o grafeno, essas configurações não estabeleceram o regime mode-locking, sendo uma
grande oportunidade de pesquisa que deve ser explorado, já que a técnica de pente de
frequência em semicondutores possibilita revolucionar tanto com a alta precisão quanto pelo
tempo de aquisição de medidas baixo.
Description
Keywords
pente de frequência óptica , mode-locking , laser semicondutor , laser a fibra , etalon