Avanços em esquemas de bombeamento para lasers de disco fino

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física – especialidade de Óptica Aplicada pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Apresentam-se nesta dissertação avanços nas configurações de bombeamento para lasers de disco fino. É proposto um inovador esquema de bombeamento por multipassagem onde o número de passagens da radiação de bombeamento através do meio activo é significativamente aumentado, comparativamente aos esquemas de bombeamento tradicionalmente utilizados nos lasers de disco fino. Desta forma, obtém-se uma elevada eficiência de absorção, uma alta densidade de potência de bombeamento e melhor eficiência de refrigeração do disco. A razão entre a área refrigerada e o volume bombeado pode ser aumentada através da redução da espessura do disco, resultando no aumento da qualidade de feixe laser para a gama de potências de Kilowatt. A influência que os esquemas de bombeamento propostos têm na performance do laser de disco é avaliada através da modelação dos componentes ópticos do sistema num software de traçado de raios não sequencial tridimensional. O espectro de absorção do Yb:YAG é definido no ambiente ZEMAX© para diferentes dopagens de Yb3+ , obtendo-se as correspondentes curvas de eficiência de absorção, variando o número de passagens do sistema de multipassagem e espessura do meio activo. A cavidade de ressonância é modelada computacionalmente através do software LASCAD© de acordo com os efeitos térmicos e estruturais causados pelo processo de bombeamento. São obtidas as curvas de optimização da reflectividade do acoplador de saída, potência multimodo e potência TEM00. É analisada a influência da dopagem do material, número de passagens e espessura do meio activo na eficiência óptica do sistema e na qualidade do feixe laser. Construiu-se e testou-se um laser de disco de baixa potência, obtendo-se uma eficiência de declive de 55% e uma potência laser de 29,6W para um comprimento de onda de 1,03μm. Verificou-se a concordância entre os resultados experimentais e os resultados modelados, validando o procedimento de modelação adoptado pelo autor. São introduzidos novos esquemas de reconfiguração / homogeneização de radiação de bombeamento proveniente de módulos de laser díodos para aplicação em sistemas de laser de disco de altas potências através da utilização de fibras ópticas e guias de onda. Através da configuração com fibras ópticas, a densidade de potência no disco é aumentada para mais do que o dobro, comparativamente aos sistemas tradicionais, mantendo a abertura numérica da radiação constante.