Design, realization and characterization of Tm-fiber amplifiers with output power in excess of 1W in the wavelength range from 1.85 to 2.05µm

This thesis work regards the design, the realization and the characterization of Thulium Fiber Amplifiers with output power in excess of 1 W, operating in the wavelength range from 1.85 to 2.05 µm. Two different configurations have been investigated. Firstly, a diode cladding pumped amplifier in forward pumping scheme has been developed. When pumped at λp1=795.8 nm the amplifier showed a gain bandwidth from 1.95 to 2.05 µm. Secondly, a backward pumping configuration has been implemented, by pumping the fiber core with an Er:fiber laser at λp2=1.57 µm. This second amplifier demonstrated high gain in the wavelength region from 1.85 to 1.95 µm. In addition, a Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) device, with a single frequency Distributed Feedback Laser as oscillator and the Tm:fiber Amplifier, has been assembled and characterized. The MOPA source is characterized by a saturated gain of 21 dB at 1.9 µm and by an output power in excess of 1W, with an efficiency of 45% when seeded by 5 mW of singlefrequency radiation. The MOPA source is currently used as a pump source in an optical parametric oscillator for the realization of squeezed stated of light in the mid-infrared spectral range at around 3.8 µm.

Questo lavoro di tesi riguarda la progettazione, la realizzazione e la caratterizzazione di un amplificatore laser al tulio in fibra, con una potenza di uscita oltre 1 W, nell’intervallo di lunghezze d’onda che va da 1.85 a 2.05 µm. Sono state studiate due diverse configurazioni. In prima battuta è stato progettato e realizzato un amplificatore in configurazione di forward pumping, con fascio di pompa iniettato nel cladding. Quando l’amplificatore è pompato ad una lunghezza d’onda di λp1=795.8 nm, esso mostra un guadagno nella regione che va da 1.95 a 2.05 µm. In seconda battuta è stato progettato e realizzato un amplificatore in configurazione di backward pumping, con fascio di pompa a λp2=1.57 µm, iniettato nel core della fibra attiva. Questo amplificatore mostra un guadagno nella regione che va da 1.85 a 1.95 µm. Inoltre, è stato assemblato e caratterizzato un Master Oscillator Power Amplifier (MOPA), con un Distributed Feedback Laser usato come oscillatore e l’amplificatore a tulio. La sorgente MOPA è caratterizzata da un guadagno saturato di 21 dB a 1.9 µm e da una potenza di uscita oltre 1 W, con un’efficienza del 45% quando in ingresso è presente una radiazione di singola frequenza di 5 mW. La sorgente MOPA è utilizzata come sorgente di pompa in un oscillatore ottico parametrico per la realizzazione di stati compressi di luce nel medio infrarosso, a circa 3.8 µm.