Observações estatísticas e experimentais das flutuações de intensidade de lasers

Autor(a)
Santos, Emanuel Pinheiro.
<emanuelpsantos@outlook.com>
Ano de publicação
2021
Data da defesa
08/01/2021
Curso/Outros
Física
Tipo
TCC - Trabalho de Conclusão de Curso
Local
UFAL, Campus Arapiraca, Unidade Educacional ARAPIRACA
Resumo

Existem basicamente dois modos de emissão LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) discutidos na literatura: o “laser convencional” e o “laser aleatório”.O laser convencional é gerado ao se aprisionar um feixe de luz entre dois espelhos e fazê-lo atravessar um certo meio de ganho (cristal, pó, gás...) que emite luz com eficiência. Como o feixe de luz é refletido de volta para o meio de ganho por causa da refletividade dos espelhos, novos feixes de luz de mesmo comprimento de onda são gerados e assim a luz escapa por um dos espelhos com muita intensidade. A amplificação de luz por emissão estimulada da radiação já tinha sido prevista em trabalhos anteriores escritos por Einstein. Existe também o MASER, que segue o mesmo princípio do Laser só que para micro-ondas. O outro tipo de emissão estimulada, investigado na literatura, são os Lasers Aleatórios (LAs). Os LAs diferem dos lasers convencionais pelo fato de que a realimentação óptica não é provida por espelhos e sim devido a partículas espalhadoras aleatoriamente distribuídas no meio de ganho, ou seja, um laser sem cavidade óptica. Este segundo tipo de laser, proposto teoricamente por Letokhov em 1967, gerou um grande interesse da comunidade científica, principalmente a partir da sua primeira demonstração não ambígua em 1994 por Lawandy e colaboradores. Dentre as muitas investigações experimentais e teóricas nestes lasers, um fenômeno tem atraído bastante a atenção dos cientistas: as “flutuações das intensidades” observadas em realizações experimentais sob as mesmas condições iniciais. Neste trabalho revisamos algumas descobertas sobre as flutuações de intensidade dos lasers aleatórios, tanto no contexto experimental quanto teórico. A partir disto, mostramos de maneira experimental e computacional que algumas características encontradas nos lasers aleatórios podem ser também encontradas nos lasers convencionais, tais como as flutuações das intensidades de saída. Com isto, demonstramos pela primeira vez os voos de Lévy para lasers ordenados e a Lei de Lévy-Pareto para o mesmo sistema. Realizamos tais estudos de maneira experimental e numérica através de simulações Monte Carlo. Conseguimos então mostrar que as transições de regimes estatísticos até então relatadas para lasers aleatórios, “Gaussiana-Lévy-Gaussiana”, também podem ser observadas em lasers convencionais, que são sistemas ordenados. Por fim, relatamos quais são os parâmetros responsáveis para as observações estatísticas e experimentais das flutuações de intensidade de saída dos lasers.

 

 

Abstract

There are basically two modes of LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) emission, discussed in the literature: the “conventional laser” and the “random laser”. The conventional laser is generated by trapping a beam of light between two mirrors and making it pass through a certain medium of gain (crystal, dust, gas ...) that emits light efficiently. As the beam of light is reflected back to the gain medium because of the reflectivity of the mirrors, new beams of light of the same wavelength are generated and, thus, the light escapes through one of the mirrors with great intensity. The amplification of light by stimulated emission has already been considered in previous works written by Einstein. In addition, there is also the MASER, which follows the same principle as the laser but with microwaves. The other type of stimulated emission, investigated in the literature, are the Random Lasers (RLs). RLs differ from conventional lasers in that optical feedback is not provided by mirrors, but by scattering particles randomly distributed in the gain medium, i.e., a laser without an optical cavity. This second type of laser, proposed theoretically by Letokhov on 1967, generated great interest in the scientific community, mainly from its first unambiguous demonstration in 1994 by Lawandy and collaborators. From many investigations on these lasers, a phenomenon has attracted the attention of scientists: the “fluctuations of intensities”, observed in experimental realizations under same identical conditions. In this work, we review some findings about the intensity fluctuations of random lasers, both in the experimental and theoretical context. From here, we show in an experimental and computational way that some characteristics shown in random lasers can also be found in the conventional lasers, such as output intensities fluctuations. With that, we report for the first time, the Lévy flights for ordered lasers and the Lévy-Pareto Law for the same system. We carry out such studies experimentally and numerically through Monte Carlo simulations. We were then able to show that the transitions of statistical regimes hitherto reported for random lasers, “Gaussian-Lévy-Gaussian”, also occur for conventional lasers, where that is an ordered regime. Finally, we report what are the parameters responsible for the statistical and experimental observations of the fluctuations in the output intensity of the lasers.

 

Orientador(a)
Dr. Moura, André de Lima.
Banca Examinadora
Dr. Alves, Carlos Argolo Pereira.
Dr. Albuquerque, Samuel Silva de.
Palavras-chave
Estatística.
Laser.
Laser aleatório.
Método de Monte Carlo.
Áreas do Conhecimento/Localização
Coleção Propriedade Intelectual - CPI/BCA.
Categorias CNPQ
1.00.00.00-3 Ciências exatas e da terra.
Visualizações
32
Observações


Não foi possível exibir o PDF