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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-04072023-135354
Document
Author
Full name
Evellyn Santos Magalhães
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Kassab, Luciana Reyes Pires (President)
Raele, Marcus Paulo
Silva, Ana Neilde Rodrigues da
Title in Portuguese
Produção e caracterização de guias de ondas escritos com laser de fs em sistemas vítreos baseados em TeO2 dopados com Nd3+
Keywords in Portuguese
Amplificadores ópticos
Íons de neodímio
Laser de femtossegundo
Trilhas duplas
Vidros de telurito
Abstract in Portuguese
O presente trabalho motiva-se em diversos resultados anteriores obtidos pelo grupo com a matriz TeO2-ZnO (TZ) dopada com Nd3+, como, por exemplo, a acao laser em 1064 nm. Este estudo tem como finalidade produzir e caracterizar guias de ondas escritos com laser de femtossegundos em amostras vítreas baseadas em TeO2 dopadas com íons de Nd3+ para operarem em 1064 nm. Tem-se como objetivo investigar o ganho relativo e interno dos guias de ondas da matriz TZ (TeO2-ZnO) escritos com diferentes parâmetros. As amostras foram preparadas pelo método da fusão, seguido de resfriamento brusco; foram caracterizadas por medidas de absorção e luminescência. Para escrita, uma nova arquitetura teve que ser desenvolvida, já que a matriz se mostrou bastante sensível à energia do laser; a absorção do material em 800 nm (4I9/2 4F5/2 + 2H9/2); estando em ressonância com comprimento de onda de operação do laser de fs usado na escrita dificultou a formação dos guias, causando trincas na amostra. Por este motivo novos parâmetros e procedimentos tiveram que ser encontrados como, por exemplo, o aumento da velocidade da escrita para 0,5 mm/s, para redução do aquecimento. Tal aumento, entretanto, reduz as mudanças estruturais, comprometendo a mudança do índice de refração e, consequentemente o guiamento da luz. A presença de escrita com várias passadas ou várias linhas de laser sobrepostas demonstrou-se adequada para compensar a referida redução do dano e não comprometer o guiamento da luz. Foram assim preparados guias com 1% de Nd2O3 com cinco condições diferentes de escrita: 4 e 8 sobreposições com energia de pulso de 15 J cada e 2, 4 e 8 sobreposições com energia de pulso de 30 J cada. Todas as amostras apresentaram para n (mudanca do índice de refracao) mesma ordem de grandeza de 10-4 em 632 nm. Para as medidas do fator M2, (que quantifica a qualidade do feixe), perdas por propagação e ganhos relativos e internos, os melhores resultados referem-se aos guias escritos com 2 sobreposições com 30 J e 4 sobreposições com 15 J. Ressalta-se o guia escrito com 4 sobreposições com 15 J, para o qual obteve-se valores de Mx 2 e My 2 iguais em 1064 nm e o maior ganho interno de 8,9 dB/cm, mostrando-se promissor para aplicações em amplificadores ópticos em 1064 nm.
Title in English
Production and characterization of fs laser written waveguides in Nd3+ doped TeO2-based vitreous systems.
Keywords in English
Double-line waveguides
Femtosecond laser
Neodymium ions
Optical amplifiers
Tellurite glasses
Abstract in English
The present work is motivated by several previous results obtained by the group with the TeO2- ZnO (TZ) matrix doped with Nd3+, such as, for example, the laser action at 1064 nm. This study aims to produce and characterize waveguides written with a femtosecond laser in glass samples based on TeO2 doped with Nd3+ ions to operate at 1064 nm. The objective is to investigate the relative and internal gains of TZ matrix waveguides (TeO2-ZnO) written with different parameters. The samples were prepared by the melt quenching method and were characterized by optical absorption and luminescence measurements. For the writing process, a new doubleline architecture had to be developed, as the matrix proved to be very sensitive to the laser energy; due to the absorption of the material at 800 nm (4I9/2 4F5/2 + 2H9/2); as it is in resonance with the operating wavelength of the fs laser system used in writing, it was difficult to form the waveguides, causing cracks in the sample. For this reason, new parameters and procedures had to be defined, for example, increasing the writing speed to 0.5 mm/s, to reduce heating. Such an increase, however, reduces the structural changes, compromising the change in the refractive index and, consequently, the light guidance. The presence of writing with several overlapped laser lines proved to be adequate to compensate for the damage reduction and not compromise the light guidance. Guides were thus prepared with 1% Nd2O3 with five different writing conditions: 4 and 8 overlapped lines of 15 J each and 2, 4 and 8 overlapped lines of 30 J each. All presented for n (change in refractive index) the same order of magnitude of 10-4 at 632 nm. For the measurements of the M2 factor (which quantifies the beam quality), propagation losses and relative and internal gains, the best results refer to written waveguides with 2 overlapped lines with 30 J and 4 overlapped lines with 15 J. We highlight the written waveguide with 4 overlapped lines with 15 J, for which equal Mx 2 and My 2 values were obtained at 1064 nm and that presented the highest internal gain of 8.9 dB/cm, showing to be promising for applications in optical amplifiers at 1064 nm.
 
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Publishing Date
2023-07-04
 
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