Formação e dinâmica de sólitons ultracurtos e desenvolvimento de fontes pulsadas no infravermelho

Abstract

Com base em soluções numéricas da equação não linear de Schrödinger generalizada, apresentamos um método para gerar múltiplos sólitons ultracurtos a partir de um único pulso de entrada em guias de ondas. Para isso, é necessário que o pulso propague em dois guias de ondas no regime de dispersão normal, onde o primeiro possui um índice de refração não linear positivo (n2 > 0), enquanto que o segundo meio possui um n2 < 0. Desta forma, ao longo do segundo meio, pares de sólitons temporais são gerados nas bordas do pulso, e, em seguida, em regiões temporais mais próximas do centro do pulso. Denominamos este processo como Compressões Temporais Múltiplas (Multiple Temporal Compression, MTC), com destaque para o controle do número de sólitons gerados, baixo ruído na geração solitônica e promoção de configurações que promovem eventos de colisões solitônicas. Além de abordar o método MTC, observamos sólitons de segunda ordem com comportamento pendular, revelando uma dinâmica temporal pouco conhecida na literatura. Neste caso, além dos ciclos de dominância da automodulação de fase e da dispersão da velocidade de grupo, típicos do sóliton de segunda ordem, um comportamento pendular solitônico foi observado. Este comportamento pendular exibe uma dinâmica mais lenta do que os ciclos de oscilações típicas dos sólitons de segunda ordem. Em particular, foi verificado que o termo de dispersão de terceira ordem é o principal responsável por esta dinâmica pendular. Por fim, na parte final desta tese é discutido o desenvolvimento de duas fontes de pulsos ultracurtos no infravermelho baseadas em amplificadores paramétricos ópticos não colineares (Noncollinear Optical Parametric Amplification, NOPA). Na primeira delas foram gerados pulsos sintonizáveis no infravermelho próximo (1200 nm – 2100 nm) através da geração de diferença de frequência entre os dois NOPAs, um deles operando fixo em 965 nm e o outro sintonizável na região do visível (500 nm – 700 nm). Após o processo de diferença de frequência, um terceiro NOPA foi montado para aumentar a energia dos pulsos no IR. Este sistema possui a capacidade de gerar pulsos com poucos ciclos ópticos e com a fase da envoltória portadora autoestabilizada. A segunda fonte desenvolvida no infravermelho explorou o processo MTC para produzir um supercontínuo com espectro contendo comprimentos de onda do visível até 2200 nm. O meio de n2 < 0, crítico para o MTC, foi obtido através de processo não linear de segunda ordem em cascata num cristal de BBO. Nenhum processo de filamentação foi observado no meio ativo, formado pelo conjunto de materiais autofocalizador e autodesfocalizador. Em seguida, o supercontínuo obtido por MTC, usado como semente, foi amplificado em um NOPA desenvolvido para operar em condições de degenerescência o que garantiu a amplificação em uma grande faixa espectral em torno de 1600 nm.