Feixes de luz modulados espacialmente e analisados por uma cavidade ótica

Abstract

Os dispositivos a laser, desde a sua descoberta em 1960, possuem grande aplicabilidade em ciência e dentre as características do mesmo, o perfil transversal tem sido bastante explorado devido à alta dimensão nos graus de liberdade. Para a geração dos modos de ordem superior, máscaras geradas digitalmente contendo informação de fase são enviadas a um dispositivo modulador espacial de luz, do inglês Spatial Light Modulator (SLM), o qual transfere a informação de fase para o feixe de luz. O processo de análise de feixes, utiliza um interferômetro de Fabry-Perot, que consiste num conjunto de espelhos que confina a luz em modos específicos de propagação e é também conhecido como cavidade ótica. Tanto o SLM quanto o interferômetro de Fabry-Perot são utilizados corriqueiramente em diversos laboratórios pelo mundo, mas são raramente postos a serviço um do outro. Com o intuito de conhecer, ajustar e controlar mais precisamente o feixe modulado - e possivelmente oferecer alternativas para a criptografia quântica - foram analisadas através do interferômetro, configurações no SLM referentes a alinhamento e tamanho da máscara, para diferentes máscaras de fase comumente utilizadas. Para máscaras do tipo só fase, assim como a teoria prevê, surgem modos não desejados mesmo quando os parâmetros de alinhamento são otimizados. Tanto para máscara de Hermite-Gauss quanto para a de Laguerre-Gauss, em primeira ordem, o feixe produzido possui aproximadamente 70% da ordem desejada, enquanto que os 30% restantes são ruídos de ordens superiores. No caso de máscaras hermite-gaussianas com modulação de amplitude, o modo permanece puro para pequenos desalinhamentos ou desajustes nos parâmetros da máscara.

Abstract: Laser devices, since their discovery in 1960, have great applicability in science and among its characteristics, the transversal profile has been extensively explored due to the high dimension in the degrees of freedom. For the generation of higher-order modes, digitally generated masks containing phase information are sent to a spatial light modulator device (SLM), which transfers the phase information to the light beam. The beam analysis process uses a Fabry-Perot interferometer, which consists of a set of mirrors that confines light to specific modes of propagation and is also known as an optical cavity. Both the SLM and the Fabry-Perot interferometer are commonly used in several laboratories around the world but rarely work together in the same experiment. To know, adjust and control more precisely the modulated beam - and possibly offer alternatives for quantum cryptography - it was analyzed through the interferometer, configurations in the SLM referring to the alignment and size of the mask, for different phase masks commonly used. For single-phase masks, as the theory predicts, unwanted modes emerge even when the alignment parameters are optimized. For both the Hermite-Gauss mask and the Laguerre-Gauss mask, in the first order, the beam produced has approximately 70% of the desired order, while the remaining 30% is noise from higher orders. In the case of Hermite-Gaussian masks with amplitude modulation, the model remains pure for minor misalignments or mismatches in the mask parameters.