Óptica Moderna Fundamentos e aplicações - Fotonica.ifsc.usp.br ...

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Modos de operação de um laser<br />
No interior da cavidade existe uma célula de Pockels composta<br />
por um modulador eletro-óptico e um polarizador (ou lâminas em ângulo<br />
de Brewster). Esta célula funciona como uma chave óptica que permite,<br />
ou não, que a cavidade transmita. No estado normal, o cristal eletroóptico,<br />
em geral KDP, funciona como uma lâmina de quarto de onda.<br />
Como a luz passa duas vezes pelo cristal (ida e volta) seu efeito será o de<br />
uma lâmina de meia onda que rodará a polarização do campo elétrico de<br />
90 0 , fazendo com que ele seja bloqueado pelo polarizador. Ao se aplicar<br />
uma tensão no cristal, ele operará como uma lâmina de meia onda,<br />
fazendo com que o campo elétrico tenha sua polarização rodada de 180 0<br />
após a dupla passagem pelo cristal e assim ele não será bloqueado pelo<br />
polarizador. Como dissemos, no estado normal, a cavidade não transmite e<br />
sua perda é muito grande. Nesta situação, bombeia-se o meio ativo<br />
geralmente através de uma lâmpada flash ou um laser de diodo. A<br />
população vai se acumulando no estado metastável e a emissão<br />
espontânea começa a ocorrer. Porém, como a cavidade está obstruída, não<br />
existe emissão estimulada. Isso permite uma inversão de população muito<br />
grande, que não ocorreria se houvesse emissão estimulada. Após um<br />
tempo ótimo, escolhido experimentalmente, aplica-se uma tensão elétrica<br />
no modulador eletro-óptico, permitindo-se a assim a passagem de luz pela<br />
célula de Pockels. A emissão estimulada começa a ocorrer numa situação<br />
onde a inversão de população e, portanto o ganho, γ, é muito grande. Isto<br />
faz com que o sistema produza pulsos gigantes, cuja intensidade dentro do<br />
meio ativo evolui no tempo de acordo com:<br />
dI<br />
dt<br />
dI dz c<br />
= γI<br />
dz dt n<br />
= (13.9)<br />
onde a lei de Beer foi empregada, sendo n0 o índice de refração do meio<br />
ativo. Logo, no início de processo de amplificação, a intensidade aumenta<br />
exponencialmente no tempo com uma taxa γc/n0. Como o meio ativo e a<br />
cavidade possuem comprimentos L e ℓ, respectivamente, apenas uma<br />
fração L/ℓ dos fótons está dentro do meio ativo num dado instante de<br />
tempo e é amplificada. O número de fótons, Φ, é proporcional à<br />
intensidade, e assim podemos escrever uma equação de taxas da forma:<br />
S. C. Zilio Óptica Moderna – Fundamentos e Aplicações<br />
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