Caracterização de lasers de femtossegundos para metrologia óptica

Abstract

O desenvolvimento de lasers de estado solido de modos travados no final da década de 90 possibilitou um grande avanço em diversas áreas da óptica ultrarrápida. A curta duração temporal e alta intensidade de pico dos pulsos gerados por estes lasers levou à observação de fenômenos físicos que até então não eram possíveis de serem estudados com lasers de picossegundos. Além disso uma significativa mudança ocorreu na área da metrologia óptica com o uso de lasers de femtossegundos, através do desenvolvimento de pentes de freqüências ópticas. Isto possibilitou a medida absoluta de freqüências ópticas na faixa de centenas de THz, sem a necessidade do uso das enormes e complexas cadeias geradoras de harmônicos. Para fazer uso dos pentes de frequências na metrologia óptica faz-se necessário a caracterização do laser de femtossegundos, o que consiste em medir e estabilizar tanto a taxa de repetição, frep, bem como a frequência de offset, fo, do mesmo. Nesta dissertação nosso objetivo será descrever a caracterização de lasers de femtossegundos, discutindo como medir e estabilizar tais frequências. Será dada atenção em particular para a frequência fo e para a nossa tentativa de medir este parâmetro em um laser comercial de femtossegundos existente em nosso laboratório. A técnica utilizada para medir fo consiste em alargar o espectro ótico do laser de femtossegundos, através de uma fibra fotônica altamente não linear, de modo a gerar uma oitava óptica. Com isto o espectro resultante contém tanto o modo com frequência fm quanto o modo com frequência f2m. O objetivo deste procedimento é fazer uso de um interferômetro não-linear para observar o batimento entre a frequência 2fm (segundo harmônico de fm) e a frequência f2m. O resultado deste batimento gera no fotodetetor um sinal de radio-frequência (RF), sendo um dos termos oscilantes com frequência a igual fo. Este batimento é observado num analisador de espectro de RF. No entanto, mesmo após inúmeras tentativas e modificacões no aparato utilizado, não foi possível observar o sinal que permite medir a frequência fo. Dentre os vários motivos que acreditamos serem responsáveis por não observarmos o batimento em questão, destacamos: i) a baixa potência de luz gerada pela fibra em 1040nm, e ii) uma oscilação ruidosa existente no espectro de RF da luz em 520nm, gerada pelo espalhamento Brillouin na fibra. Acreditamos que uma vez medida a frequência fo, possamos caracterizar o nosso laser de femtossegundos e utilizá-lo como ferramenta para a geração de pentes de freqüências ópticas estáveis