Estudo comparativo de parâmetros de desempenho na geração de pente de frequência com lasers à fibra e lasers semicondutores
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Tipo
Tese
Data de publicação
2024-08-01
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Araújo, Maria Cecília Schineider
Orientador
Souza, Eunezio Antonio de
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Carvalho, Mauricio Moderno de
Cruz, Flavio Caldas da
Rosa, Henrique Guimarães
Maldonado, Edison Puig
Cruz, Flavio Caldas da
Rosa, Henrique Guimarães
Maldonado, Edison Puig
Programa
Engenharia Elétrica e Computação
Resumo
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.
Descrição
Palavras-chave
pente de frequência óptica , mode-locking , laser semicondutor , laser a fibra , etalon