Título
Fuente de luz azul: láser de Nd:YVO4 de 1.342 um triplicado en frecuencia
Blue light source: frequency - - tripled Nd:YV=$ at 1.342 pm
Autor
Héctor Francisco Ortiz Kerbertt
Colaborador
Roger Sean Cudney Bueno (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
En este trabajo se propone la obtención de una fuente de luz azul de 447 nm a partir de la generación simultánea del segundo y tercer armónicos de la línea de emisión de 1.342 µm de un láser cuyo medio de ganancia es un cristal de neodimio en ortovanadato de itrio (Nd:YVO4). El segundo armónico se genera por cuasiempatamiento de fases de primer orden y el tercer armónico se produce por cuasiempatamiento de fases de tercer orden a través de un proceso de suma de frecuencias entre el segundo armónico y la onda a la frecuencia fundamental. Los dos haces se obtienen en una única oblea de tantalato de litio en la que se invierte, con la periodicidad adecuada, el signo de la polarización espontánea. La longitud de onda fundamental para la cual se pueden generar simultáneamente los dos armónicos depende del material empleado, y en el caso del tantalato de litio periódicamente polarizado (PPLT) resulta que, por pura coincidencia, justamente la segunda línea de emisión más fuerte del láser de Nd:YVO4, la de 1.342 µm, puede ser utilizada para este propósito. Calculamos que la periodicidad a la que este efecto ocurre es 14.24 µm y a una temperatura de 220 °C, Sin embargo, estos valores dependen muy sensiblemente de la variación del índice de refracción con la longitud de onda y temperatura; incertidumbres del orden de 1/10,000 del índice pueden cambiar significativamente esta periodicidad y temperatura. Para observar la generación simultánea del segundo y tercer armónicos fue necesario, por un lado, construir un láser que emitiera a 1.342 µm, y por otra lado fabricar un cristal PPLT con la periodicidad adecuada. Es la primera vez que se fabrica en el CICESE un láser que emita a 1.342 µm; de este láser obtuvimos más de 300 mW en modo continuo. En cuanto al cristal de PPLT, fabricamos uno con cinco rejillas con periodicidades desde 14.1 µm hasta 14.5 µm, en pasos de 0.1 µm, usando una técnica ya bien conocida y empleada con anterioridad en el CICESE. La teoría indica que la potencia del tercer armónico es proporcional al cubo de la potencia de bombeo, por lo que se hizo lo posible para aumentar la potencia de éste. Esto se intentó de dos maneras: a) convertir el láser continuo en uno pulsado y b) colocar el cristal PPLT dentro de la cavidad. Para obtener los pulsos utilizamos el método de conmutación de Q (“Q–switching”). Logramos obtener pulsos de 90 ns con una tasa de repetición de 3.59 kHz y de esta manera obtuvimos hasta 300 µW de potencia cuasicontinua del segundo armónico (rojo). Aunque su potencia fue muy baja como para medirla con precisión, también obtuvimos el tercer armónico (azul), el cual fue visible a ojo a una temperatura de 166.4 °C en la rejilla con periodicidad nominal de 14.4 µm. Con el PPLT intracavidad y sin el Q–switch, nuestros cálculos demuestran que, aprovechando el hecho de que las intensidades que se pueden alcanzar dentro de la cavidad láser pueden ser mucho mayores que las que se tienen afuera, es factible conseguir potencias de azul de algunos cientos de miliwatts; sin embargo, con este esquema no fue posible conseguir laseo. Se debe continuar en el intento para lograr potencias altas de azul en continuo.
In this work we propose to obtain a blue light source at 447 nm by simultaneous generation of the second and third harmonics of the 1.342 µm emission line of a neodymium-doped yttrium orthovanadate (Nd:YVO4) laser. The second harmonic is generated by first-order quasi-phase-matching (QPM) and the third harmonic is achieved by third order QPM through sum–frequency generation between the second harmonic and the fundamental frequencies. Both second and third harmonics are obtained in a single lithium tantalate wafer in which the sign of the spontaneous polarization is inverted with the appropriate periodicity. The fundamental wavelength at which both harmonics can be obtained depends on the material used, and in the case of periodically-poled lithium tantalate (PPLT) it happens to be, by mere coincidence, that precisely the second strongest emission line of the Nd:YVO4 laser – the 1.342 µm emission line – can be used for this purpose. Our calculations show that the periodicity at which this effect takes place is 14.24 µm at 220 °C. However, these values depend critically on the wavelength and temperature dependence of the refractive index of the medium; uncertainties of less than 1/10,000 of the refractive index can change the exact values of the ideal temperature and poling periodicity significantly. In order to obtain the second and third harmonics we had to build, on the one hand, a 1.342 µm laser, and on the other hand a PPLT sample with the correct periodicity. We built, for the first time in CICESE, a 1.342 µm laser that emitted more than 300 mW in continuous-wave mode. We made a PPLT sample with five periodicities (14.1 to 14.5 µm in 0.1 µm increments) using well-known electrical poling techniques previously used in CICESE. The power of the third harmonic is proportional to the cube of the power of the fundamental beam, so care was taken to increase the power of the laser. This was attempted using two different approaches: a) turn the CW laser into a pulsed laser and b) introduce the PPLT sample inside the laser cavity. We turned the laser into a Q-switched laser and obtained 90 ns pulses at repetition rate of 3.59 kHz and in this way we obtained 300 µW of quasi-CW red light and, even though it was too weak to be measured precisely, we obtained blue radiation that was visible to the naked eye using a periodicity of 14.4 µm at a temperature of 166.4 °C. With intracavity-PPLT and without the Q-switch, our calculations show that, taking advantage of the fact that the intensities attainable inside the laser cavity can be much higher than those outside, it is feasible to achieve powers of several hundred miliwatts of blue light; however, we were not able to achieve lasing with the PPLT sample placed inside the cavity. Additional attempts to get high power of continuous blue must be done.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2010
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Ortiz Kerbertt, H.F.2010.Fuente de luz azul: láser de Nd:YVO4 de 1.342 um triplicado en frecuencia.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 92 pp
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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2005