Realizzazione di una sorgente accordabile di impulsi laser ultrabrevi mediante four wave mixing in fibra cava

Four Wave Mixing is a nonlinear third-order effect which involves the interaction and the exchange of energy between intense ultrashort pulses. In this thesis, I will discuss the realization of a tunable source of ultrashort pulses in the visible spectrum exploiting the Four Wave Mixing process from both the theoretical and experimental points of view. The visible signal is generated by the interaction between a pump pulse at 800 nm and a pulse tunable in the mid-IR spectrum (1300-1750 nm), coupled into the core of a hollow fiber. The fiber used in the experiment is filled with a noble gas which acts as the nonlinear medium. The efficiency of the Four Wave Mixing process, set by the Phase Matching condition, is controlled by the gas pressure between 0.1 and 1 atm. The description of the experimental data has been carried out by using a model on the propagation of ultrashort pulses in a hollow fiber taking into account the third-order nonlinear effects. The numerical resolution of the equations constituted by a system of Nonlinear Schroedinger Equations is performed by the Fourier Split-Step Method, exploiting the algorithm of the Fast Fourier Transform. The experimental data show the generation of a visible signal with a tunable wavelength, consistent with the theoretical model which has been developed.

Il Four Wave Mixing è un effetto non lineare del terzo ordine, che consente l'interazione fra impulsi ultrabrevi ed intensi. In questa tesi, viene presentato lo studio teorico e sperimentale di una sorgente accordabile di impulsi ultrabrevi nel visibile mediante Four Wave Mixing. Il segnale visibile viene generato dall'interazione fra un impulso di pompa ad 800 nm e un impulso nel mid-IR accordabile tra 1300 nm e 1750 nm, accoppiati in una fibra cava riempita di gas nobile che agisce come mezzo non lineare per il processo di Four Wave Mixing. L'efficienza di generazione di segnale, data dalla condizione di Phase Matching fra le costanti di propagazione degli impulsi, è controllata scegliendo un'opportuna pressione del gas, fra 0.1 atm e 1 atm. Le misure sperimentali sono descritte da un modello sulla propagazione di impulsi in fibra cava in presenza di effetti non lineari del terzo ordine. La risoluzione numerica delle equazioni costituite da un sistema di Nonlinear Schroedinger Equations è stata effettuata tramite il metodo Split-Step di Fourier, utilizzando l'algoritmo della Fast Fourier Transform. Le misure effettuate degli spettri in uscita dalla fibra hanno mostrato la possibilità di generazione di un segnale visibile accordabile in lunghezza d'onda, in ottimo accordo con il modello teorico sviluppato.