Estudo de laser no infravermelho longínquo

Construímos um laser de CO2 operando em regime contínuo, sintonizável, por meio de uma rede de difração, em 100 linhas entre 9 e 11 mm. Este laser foi utilizado para bombear duas cavidades ópticas no IVL, sendo uma do tipo guia de onda e outra do tipo Fabry-Perot. Efetuamos medidas da intensidade do sinal IVL de saída variando-se a pressão do gás no interior da cavidade para as moléculas de 13CH2F2 e CH3OH. Comparações da dependência do sinal de saída IVL com a pressão do gás no interior da cavidade foram efetuadas para diversas linhas IVL entre as cavidades Fabry-Perot e guia de onda. Estudamos também as emissões laser da molécula deuterada, CD3OH quando bombeada pelas linhas da banda 10 P do laser de CO2 na cavidade Fabry-Perot. No capítulo I são apresentados os diversos tipos de laser IVL comumente utilizados na pesquisa, bem como um breve histórico a respeito das descobertas na área. No capítulo II apresentamos os cálculos das constantes de atenuação para os diferentes modos de propagação em diversos tipos de guias de onda. No capítulo III a molécula de CH3OH é caracterizada quanticamente, sendo apresentadas as transições laser cujos níveis de energia envolvidos foram identificados. No capítulo IV descrevem-se os lasers e as montagens experimentais utilizadas na tomada dos resultados apresentados, bem como a discussão dos mesmos. Nossas conclusões são apresentadas juntamente com sugestões para trabalhos futuros. Concluiu-se que a análise quantitativa da dinâmica dos lasers IVL estudados requer medidas de potência de saturação da absorção da radiação infravermelho, para as linhas de bombeio, caracterização do feixe de bombeio no interior da cavidade, bem como a caracterização dos coeficientes de transporte do meio ativo em função da pressão do gás no interior da cavidade, e ainda a caracterização óptica da cavidade laser quanto as perdas por propagação. Concluiu-se ainda a partir da literatura e de medidas efetuadas para as linhas de 96,5 mm, 232 mm e 392 mm da molécula de CH3OH, que o laser com cavidade Fabry-Perot oscila, para uma mesma potência de bombeio, a pressões mais altas que na cavidade guia de onda. Isto se deve ao processo de difusão, o qual constitui o principal mecanismo de desexcitação do nível inferior laser. No laser guia de onda este processo de desexcitação se dá principalmente através de colisões com a parede do guia. No apêndice I apresentamos o esquema detalhado das peças que constituem o laser de CO2. No apêndice II apresentamos algumas características do detetor Golay utilizado nas medidas. No apêndice III apresentamos um esquema da fonte de alimentação do laser de CO2 construída por nós.A C02 laser tunable over 100 lines in the range from 9 to 11 mm was built. It was used to pump two FIR laser cavities, a waveguides and a Fabry-Perot type. We have measured the FIR laser output intensity as a function of the gas pressure for 13CH2F2 and CH3OH. Comparison of this pressure dependence for the two cavities was done for several lines. Laser emission from deuterated methanol CD3OH, pumped by the 10 P band lines of the CO2 laser was also studied. We have obtained FIR emission on 31 lines of which 21 have not been previously reported. Chapter I gives a summary of the laser configurations, commonly used in the FIR with a brief historical development of this research area. In chapter II we present numerical calculations that we have carried for the propagation?s mode attenuation constants for several options of cylindrical waveguides. In chapter III we have studied those energy levels of the methanol molecule which play a role in the FIR laser action. Transitions which have already been assigned are indicated in a separate table. Chapter IV describes the lasers and experimental set up used in this work. We also discuss our results as well as we summarize the conclusions of our work and present suggestions for future work. It is shown that. a quantitative analysis of FIR lasers requires measurements of the saturation power of the IR pump radiation. characterization of the pump beam inside the cavity; the characterization of the transport coefficients of the active medium as a function of the gas pressure inside the cavity as well a knowledge of attenuation loss of the cavity for the FIR radiation. Using our results for the lines 96.5 mm, 232 mm and 392 mm and data given in literature we came to a conclusion that for the same pump power the Fabry-Perot cavity oscillates at higher pressure than the waveguides cavity. We credited this behaviour to the fact that main deexictation mechanism for the lower laser level is a diffusion process. Appendix I contains a detailed scheme of the CO2 laser. Appendix II gives the parameters of the Golay detector used in our measurements. In appendix III we present the scheme of the CO2 laser power supply which we have buil