Mistura de ondas ressonante em absorvedores saturáveis

Orientador: Alvin Elliot Kiel Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Apresentamos um estudo da interação ressonante de duas ou mais ondas num absorvedor saturável (AS) que se acoplam através de modulações de populações. No caso de mistura de duas ondas (não colineares) da mesma freqüência as populações se modulam espacialmente e o AS atua como uma grade de difração, espalhando as ondas incidentes em novas direções. Analisamos ¿ sem aproximações perturbativas - a difração em qualquer ordem, e apresentamos resultados de experimentos realizados num corante orgânico que confirmam vários aspectos desta teoria. Na mistura de ondas de diferentes freqüências e propagação colinear as populações se modulam temporalmente e o espalhamento é inelástico. Consideramos particularmente os casos de interesse na espectroscopia de saturação e nas técnicas de determinação de tempos de relaxação ultracurtos, com uma onda forte e uma ou duas ondas de prova. Analisamos aqui a evolução das três ondas a medida que se propagam no meio, levando em conta o acoplamento e os efeitos da atenuação e saturação. Estendendo este estudo ao caso em que o AS está dentro da cavidade de um laser, mostramos que, nas condições típicas para o "mode locking" passivo, o AS atua efetivamente como um filtro seletivo de modos, atenuando os mais intensos e permitindo o crescimento dos fracos com fases bem definidas, o que tende a suavizar e alargar a envolvente do espectro da radiação dentro da cavidade Abstract: A study of resonant interactions of two or more waves coupled through population modulation in a saturable absorber (SA) is presented. In the case ot two strong, non collinear waves at equal frequencies, the population in the SA is spatially-modulated and the incident waves are scattered into the various orders of the population grating. A non perturbative relation for the scattered intensity in any diffraction order is derived and experimental results which confirm the main aspects of this theory are described. We consider next the collinear mixing of waves of different frequencies, where the population modulation has a temporal component and the scattering is inelastic. Special attention is devoted to coherent saturation spectroscopy and meassurents techniques of ultra-short relaxation times in the frequency domain, where one has a very strong wave and one or two weak probes. The analysis of the evolution of the waves as they propagate through the SA includes saturation, pump depletion and coherent coupling effects. Generalizing this study to the case where the SA is within a laser cavity, it is shown that under the .typical conditions found in passive mode looking, the SA acts as a very efficient selective mode filter, attenuating the more intense modes while transmitting the weaker ones (with a well defined phase) , thus smoothing and broadening the spectral envelope of the cavity field Doutorado Física Doutor em Ciências