ES2776027T3 - Dispositivo y procedimiento para convertir luz y sistema láser - Google Patents

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Abstract

Dispositivo (30), que comprende una estructura resonante configurada para resonar luz láser Raman de onda continua, incluyendo la estructura resonante: un medio Raman (42) que tiene una conductividad térmica superior a 2 W/K/m, estando dispuesto el medio Raman (42) entre un acoplador de entrada (34) y un medio no lineal de segundo orden (44), en el que: el acoplador de entrada (34) está configurado para transmitir luz láser de bombeo de onda continua (12) para el medio Raman recibido desde una fuente de luz externa situada externamente al dispositivo (30), siendo el acoplador de entrada (34) reflectante para resonar la luz láser Raman de onda continua generada por una interacción Raman entre el medio Raman (42) y la luz láser de bombeo de onda continua (12); estando dispuesto el medio no lineal de segundo orden (44) dentro de la estructura resonante, y dispuesto para interactuar con la luz láser de bombeo de onda continua (12) y la luz láser Raman de onda continua o con la luz láser Raman de onda continua para generar otro láser de onda continua luz (46); e incluyendo la estructura resonante un acoplador de salida (40) configurado para ser altamente transmisor de la otra luz láser de onda continua (46) para que la otra luz láser de onda continua (46) salga de la estructura resonante; y en el que un período del ciclo de resonancia de la estructura resonante produce una pérdida de menos de un 5% de la energía de la luz Raman resonante en el período del ciclo de resonancia para facilitar una generación de luz Raman de onda continua, en el que el período del ciclo de resonancia es el tiempo necesario para que la luz láser Raman de onda continua resonante realice una trayectoria de ida y vuelta dentro de la estructura resonante.

Description

D E S C R IP C IÓ N
D isp o s itivo y p ro ce d im ie n to para c o n v e rtir luz y s is te m a lá se r
C A M P O T É C N IC O
La d e sc rip c ió n que se da a qu í se re fiere, en genera l, a d isp o s itivo s para co n ve rtir luz re c ib id a p or los m ism os, s is te m as lá se r re lac io na do s, y p ro ce d im ie n to s re la c io n a d o s para c o n v e rtir luz y, en p articu la r, pero no e xc lu s iva m e n te , a d isp o s itivo s , s is te m a s y p ro ce d im ie n to s para c o n v e rtir luz re c ib id a en luz in fra rro ja de a lta po ten c ia u tilizan do e s tim u la c ió n R am an d isp e rsá n d o se .
A N T E C E D E N T E S
La g e n e ra c ió n de luz de o nd a co n tin u a de a lta p o te n c ia a lo n g itu d e s de o nd a d ife re n te s de los ion e s de t ie rra s ra ras (e je m p lo s de los cua les inc lu ye n , e n tre o tros , líneas lá se r Nd, Yb, Er, Ho, T m ) y sus a rm ó n ico s s igu en s ie n d o un d esa fío para los láse re s de e s ta do só lido a ctu a le s. Este d esa fío ha s ido a bo rd a d o p o r a lg u n o s u tilizan do la con ve rs ió n de fre cu e n c ia no linea l en o sc ila d o re s p a ra m é trico s ó p tico s (O P O ). S in e m b a rg o , las p e rsp e c tiva s de a u m e n ta r en g ran m e d ida la po tenc ia de sa lida de los O P O s p ueden se r lim itad as ya que la ca rga té rm ica de los c ris ta le s no linea les p uede p ro vo ca r un d es fase y daños. Los láse re s de fib ra de onda con tin u a (cw ) R am an o frecen e le va d a s p o ten c ias de sa lida de 150 W o m ás en lon g itu de s de o nd a d ife re n te s de las líneas lá se r de los láse re s d o p a d o s de tie rra s raras y sus a rm ó n icos . La te cn o lo g ía lá se r de fib ra R am a n no p uede u tiliza rse para v a r ia r a rm ó n ico s de láse res d o p a d o s de t ie rra s ra ra s d ad o q ue los c o m p o n e n te s de fib ra , p o r e je m p lo , e sp e jo s de re jilla de fib ra in te g rad os , p ue de n s e r m uy d ifíc ile s de lo g ra r p a ra lá se re s de a lta p o te n c ia y d e b id o a los e fe c to s a cu m u la tivo s de d a ñ o s en la fib ra , ta le s com o fo to -o scu re c im ie n to . S in e m ba rg o , una co n ve rs ió n a rm ó n ica p o s te rio r y /o una sa lid a de a ncho de línea e s tre cha p ue de n re s u lta r p rob le m á tica s , e sp e c ia lm e n te en p re se n c ia de una fu e rte d isp e rs ió n de B rillo u in es tim u lad a .
Se han d e m o s tra d o s is te m a s lá s e r q ue p re se n ta n , en el in te rio r de una e s tru c tu ra re so n a n te , un m e d io de g a n a n c ia c ris ta lin a d o p a d a y un m e d io R am a n para c o n v e rtir una fre cu e n c ia n a tiva de l m e d io de g a n a n c ia c ris ta lin a d op ad a . El a u m e n to de la po ten c ia de e stos s is te m a s láser, p o r e je m p lo , d u ra n te la o p e ra c ió n de o nda con tin u a o cu a s i-co n tin u a en lo n g itu d e s de o nd a in fra rro ja s , ha re su lta d o p rob lem á tico .
M ILD E N R P E T AL: "S O L ID -S T A T E R A M A N L A S E R G E N E R A T IN G D IS C R E T E L Y T U N A B L E U L T R A V IO L E T B E T W E E N 266 - A N D 320 N M ", O P T IC S L E T T E R S , O P T IC A L S O C IE T Y O F A M E R IC A , US, vol. 32, n° 7, 1 de ab ril de 2007 (2007 -04 -01 ), pág ina s 814 -816 y W O 2006 /058381 A 1, y U S 5 673 281 A cada uno d e sc rib e un re so n a d o r lá se r R a m a n de c a v id a d e s e x te rna s , q ue inc lu ye un m e d io a c tivo R am a n só lid o q ue tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a de m ás de 2 W /K /m y un m e d io no line a l a d ic io n a l d isp u e s to en el re son ad or, s ie n d o el m e d io no linea l a d ic io n a l uno de un se g u n d o a rm ó n ico g en e rad o r, un g e n e ra d o r de fre cu e n c ia de sum a o un g e n e ra d o r de fre cu e n c ia de d ife renc ia .
D E S C R IP C IÓ N
La inve n c ió n se d e fine en las re iv in d ica c io n e s in d e p e n d ie n te s 1, 13, 15 y 21. En las re iv in d ica c io n e s d e p e n d ie n te s se e xp o n e n re a liza c io n e s de la invenc ión .
Se d e sc rib e a q u í un d isp o s itivo para c o n v e rtir luz re c ib id a p o r el m ism o. El d isp o s itivo co m p re n d e una e s tru c tu ra re son an te q ue co m p re n d e un m edio R am an. La e s tru c tu ra re son an te está d isp ue s ta para re so n a r luz R am an gen erad a p o r una in te ra cc ió n R am a n e n tre el m e d io R am a n y la luz cu a n d o se recibe .
Se d e sc rib e a q u í un d isp o s itivo para c o n v e rtir luz re c ib id a p o r el m ism o. El d isp o s itivo co m p re n d e una e s tru c tu ra re so n a n te q ue c o m p re n d e un m e d io R am a n q ue tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a de m á s de 2 W /K /m . La e s tru c tu ra re son an te está d isp u e s ta para re so n a r luz R am a n g e n e ra d a p o r una in te racc ión R am a n e n tre el m ed io R am a n y la luz cu a n d o se recibe . La e s tru c tu ra re son an te e stá d isp u e s ta para p e rd e r m enos de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te en un p e río d o de c ic lo de re so n a n c ia de la e s tru c tu ra re son an te .
El d isp o s itivo de a cu e rd o con la p re se n te in ve n c ió n co m p re n d e un a c o p la d o r de e n tra da . El a c o p la d o r de e n tra d a es para la e n tra d a de luz cu a n d o se rec ibe en la e s tru c tu ra re son an te .
U na re a liza c ió n de l d isp o s itivo p uede s e r cap az de g e n e ra r m ás luz R am a n q ue los d isp o s itivo s de la té cn ica anterio r. La co n d u c tiv id a d té rm ic a s u p e r io r a 2 W /K /m puede d is ip a r el c a lo r g e n e ra d o d en tro de l m e d io R am an d u ra n te la g e n e ra c ió n de luz R am an, e sp e c ia lm e n te , a un qu e no n e ce sa ria m e n te , de una p o te n c ia re la tiva m e n te m ayor.
En una re a liza c ió n , la luz R am a n es luz in fra rro ja . La e s tru c tu ra re so n a n te p ue de e s ta r d isp u e s ta p ara re s o n a r la luz in fra rro ja R am a n. La g a n a n c ia de la in te ra cc ió n R am a n g e n e ra lm e n te d is m in u y e al a u m e n ta r la lo n g itu d de o n d a de la luz R am a n . P o r e je m p lo , p a ra una zo n a de p un to fo ca l d ad a en el m e d io R am a n, p u e d e n e c e s ita rse m ás luz para la g e n e ra c ió n de luz R am a n in fra rro ja q ue la g e n e ra c ió n de luz R am a n v is ib le . En co n se cu e n c ia , el c a lo r g en e ra d o d u ra n te la g e n e ra c ió n de luz R am an in fra rro ja p u e d e s e r m a y o r q ue el c a lo r g e n e ra d o d u ra n te la g e n e ra c ió n de luz R am a n de lon g itu d de o nda m ás corta . En co n se cu e n c ia , la g e n e ra c ió n de luz in fra rro ja R am a n p uede e s ta r a so c ia d a a d e sa fío s de in g e n ie ría in c lu ye n d o la g e n e ra c ió n de len tes té rm ic a s re la tiva m e n te po ten tes , b irre frin g e n c ia ind u c id a y p é rd ida de luz R am an, y una m a yo r p ro b a b ilid a d de fra c tu ra de l m e d io R am a n in d u c id a té rm ica m e n te .
El m e d io R am an p uede se r tu n g s ta to de bario . El tu n g s ta to de bario p uede te n e r una co n d u c tiv id a d té rm ica de 2 ,3 W /K /m . La c o n d u c tiv id a d té rm ic a c ita d a a q u í p ue de s e r para una te m p e ra tu ra de l m e d io R am a n de 320 K.
U na m a yo r co n d u c tiv id a d té rm ic a de l m e d io R am an p uede d a r com o re su lta d o una m a yo r d is ip a c ió n de calor, fa c ilita n d o la g e n e ra c ió n de una m a yo r p o te n c ia de luz R am a n, o la g e n e ra c ió n de luz R am a n en lo n g itu d e s de o nda p re v ia m e n te ina lca n za b le s . La c o n d u c tiv id a d té rm ic a p u e d e s e r s u p e r io r a 5 W /m /K . El m e d io R am an p uede s e r un m a te ria l de va n a d a to ta l com o v a n a d a to de itrio o v a n a d a to de g ad o lin io . El v a n a d a to p ue de te n e r una co n d u c tiv id a d té rm ic a de 5 ,2 W /K /m . La co n d u c tiv id a d té rm ic a p ue de s e r s u p e r io r a 100 W /m /K . El m e d io R am a n p ue de s e r s ilic io . El s ilic io p ue de te n e r una co n d u c tiv id a d té rm ic a de 153 W /m /K . La co n d u c tiv id a d té rm ic a p ue de s e r s u p e r io r a 1800 W /m /K . El m e d io R am a n p ue de s e r d ia m a n te . El d ia m a n te p ue de te n e r una c o n d u c tiv id a d té rm ica e n tre 1000 W /m /K y 3000 W /m /K o m ás, d e p e n d ie n d o de la ca lid ad de l d ia m ante .
A lg u n a s a p lica c io n e s de luz R am a n se b e n e fic ia ría n de la luz R am a n de o nd a co n tin u a (es dec ir, la luz y, p o r lo tan to , la luz R am a n es co n tin u a d u ra n te m ás de 1 s) o la luz R am an de o nda cas i co n tin u a (es dec ir, la luz y, p o r lo tan to , la luz R am a n es co n tin u o p o r m ás de 1 js ) . En e s to s casos, la p o te n c ia m á x im a de la luz p uede e s ta r lim itad a p o r la d isp o n ib ilid a d de fu e n te s de luz de po ten c ia a d e cu a d a y la ca p a c id a d de ca rga té rm ica de l m e d io R am an lo cual, a su vez , lim ita la g a n a n c ia de la in te ra cc ió n R am a n. T e n e r una e s tru c tu ra re so n a n te d isp u e s ta p ara p e rd e r m e n o s de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te en un p e río d o de c ic lo de re so n a n c ia (es dec ir, el tie m p o re q u e rid o para q ue la luz R am a n re a lice un re co rrid o de ida y v u e lta ) de la e s tru c tu ra re so n a n te p ue de p e rm itir la g e n e ra c ió n de luz R am a n de o nd a co n tin u a o de o nd a cas i con tinu a . La re du cc ió n de la p é rd ida p ue de a d m itir n ive les de g a n a n c ia m ás b a jos en lon g itu de s de o nd a de luz R am a n m ás la rgas, p o r e je m p lo . La e s tru c tu ra re so n a n te puede e s ta r d isp u e s ta p ara p e rd e r m e no s de un 2 % de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te en un p e río do de c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra de re so n a n c ia p ue de e s ta r d isp u e s ta para p e rd e r m e no s de un 1 ,5% de la e n e rg ía de la luz R am a n de re so n a n c ia en un p e río do de c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra de re so n a n c ia p uede e s ta r d isp u e s ta para p e rd e r m e no s de un 1% de la e n e rg ía de la luz R am an de re so n a n c ia en un p e río do de c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra re so n a n te p ue de e s ta r d isp u e s ta para p e rd e r m e no s de un 0 ,2 % de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te en un p e río do de c ic lo de re son an c ia .
En una re a liza c ió n , el m e d io R am a n tie n e p o r lo m e no s una p é rd ida de a bso rc ió n y d isp e rs ió n q ue reduce la p o tenc ia de la luz R am a n re so n a n te en m e n o s de un 2 % al p a sa r a tra vé s de l m ism o. La re d u cc ió n de la p é rd ida de l m e d io R am a n p ue de d a r co m o re su lta d o la g e n e ra c ió n de m ás luz R am a n o lo n g itu d e s de o nda de luz m ás largas, e sp e c ia lm e n te luz R am an de o nd a co n tin u a o cuas i con tinu a . El m e d io R am a n p ue de te n e r p o r lo m e no s una p érd ida de a bso rc ió n y d isp e rs ió n q ue reduce la p o ten c ia de la luz R am a n re son an te en m e no s de un 1% al p a sa r a tra vé s . El m e d io R am a n puede te n e r p or lo m enos una pérd ida de a bso rc ió n y d isp e rs ió n q ue reduce la p o ten c ia de la luz R am an re son an te en m e no s de un 0 ,5 % al p a sa r a tra vé s de l m ism o. El m e d io R am a n p uede te n e r p o r lo m e no s una pérd ida de a b so rc ió n y d isp e rs ió n q ue re du ce la p o te n c ia de la luz R am a n re so n a n te en m e no s de un 0 ,1 % al p a sa r a tra vé s .
En una re a liza c ió n , la e s tru c tu ra re so n a n te tie n e un p ue rto ó p tico de luz R am a n co n fig u ra d o para la sa lid a de m e no s de un 2 % de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te en el p e río do de l c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra re son an te p ue de te n e r un pue rto ó p tico de luz R am an co n fig u ra d o para la sa lid a de m e no s de un 1% de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te en el p e río d o de l c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra re so n a n te p ue de te n e r un p ue rto ó p tico de luz R am a n co n fig u ra d o para la sa lida de m e no s de un 0 ,5 % de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te en el p e río d o del c ic lo de re son an c ia . La e s tru c tu ra re son an te p uede te n e r un pue rto ó p tico de luz R am a n co n fig u ra d o para la sa lida de m e no s de un 0 ,1 % de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te en el p e río d o de l c ic lo de re sonanc ia .
U na re a liza c ió n de l d isp o s itivo co m p re n d e una p lu ra lida d de su p e rfic ie s re fle c ta n te s sep a rad as . La e s tru c tu ra re so n a n te p uede c o m p re n d e r las su p e rfic ie s re fle c ta n te s se p a ra d a s . C ada una de la p lu ra lida d de su p e rfic ie s re fle c ta n te s p ue de e s ta r en un e x tre m o re sp e c tivo de la e s tru c tu ra re so n a n te . P o r lo m e no s parte de la p lu ra lida d de s u p e rfic ie s re fle c ta n te s p ue de s e r cón cava . La e s tru c tu ra re so n a n te p uede c o m p re n d e r un re s o n a d o r h em is fé rico . T o d a la p lu ra lida d de su p e rfic ie s re fle c ta n te s p uede se r cón cava . La e s tru c tu ra re so n a n te p uede c o m p re n d e r un re s o n a d o r c o n cé n tr ico o cas i co n cé n tr ico . La e s tru c tu ra re so n a n te p uede c o m p re n d e r g e n e ra lm e n te cu a lq u ie r e s tru c tu ra re son an te a de cu a d a , p o r e je m p lo , un c ris ta l fo tó n ico o una e s tru c tu ra de re jilla de B ragg . A lte rn a tiva m e n te , la e s tru c tu ra re so n a n te p ue de c o m p re n d e r un re s o n a d o r de anillo.
En una re a liza c ió n , la in te ra cc ió n R am a n g en e ra una ca rga té rm ic a p ro m e d io en el m e d io R am an m a yo r que p or lo m e n o s uno de 0 ,1W , 1W , 3W , 10 W y 100W .
En una re a liza c ió n , el m e d io R am an tie n e un c o e fic ie n te de e xp an s ión té rm ic a de m e n o s de p o r lo m e no s uno de 10 x10 -6 K -1, 5 x10 -6 K-1y 2 x 10 -6 K-1.
En una re a liza c ió n , el m e d io R am an es c ris ta lin o y co m p re n d e p o r lo m e no s un e le m e n to del G ru p o IV de la ta b la p e rió d ica . El m e d io R am an p ue de c o m p re n d e r ca rbo no . El m e d io R am an p ue de c o m p re n d e r s ilic io . El s ilic io p uede s e r s ilic io c ris ta lin o . El m e d io R am a n puede c o m p re n d e r d ia m a n te . El d isp o s itivo p uede e s ta r d isp u e s to para que la luz R am a n se g e n e re p ara p ro p a g a rs e a lo la rgo de un e je < 110 > de l d ia m a n te . El d isp o s itivo p ue de e s ta r d isp u e s to para que un v e c to r de p o la rizac ión de la luz R am an se a lin e e con un eje <111 > del d ia m a n te . El d isp o s itivo puede e s ta r d isp u e s to para q ue cua nd o se g en e re la luz R am an se p rop a gu e a lo la rgo de cu a lq u ie r d irecc ión en el d ia m a n te p e rp e n d icu la r a una d ire cc ió n <111 > , y q ue el v e c to r de p o la riza c ió n de la luz R am a n se a lin e e con un e je < 111 > del d ia m a n te . A lte rn a tiv a o a d ic io n a lm e n te , el m e d io R am a n co m p re n d e p o r lo m e n o s uno de un c ris ta l de tu n g s ta to , un c ris ta l de m o lib d e n o y un c ris ta l de va n a d a to .
En u na re a liza c ió n , la luz tie n e una lo n g itu d de o n d a m a yo r de 900 nm . El m e d io R am a n p ue de te n e r un co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n m a yo r de 3 cm /G W . El m e d io R am a n p ue de te n e r un co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n m a yo r de 8 cm /G W .
En una re a liza c ió n , la luz tie n e una p o te n c ia m e d ia s u p e r io r a 10W . La luz p uede te n e r una p o te n c ia p ro m e d io m a yo r q ue p o r lo m e no s uno de 30W , 50W , 100 W y 1000W .
En una re a liza c ió n , la luz tie n e una p o ten c ia m á x im a p o r un idad de á rea de m enos de 160 M W /c m 2 en el m e d io R am an. En g en e ra l, se co n s id e ra q ue é ste es el u m bra l de d añ o de l d ia m a n te para luz inc id e n te de cw q ue tie n e una lo n g itu d de o n d a de 10,6 pm . El u m bra l de d año d e p e n d e del vo lu m e n del d ia m a n te y la ca lid a d de la sup e rfic ie . El u m bra l de d año p uede e sca la rse con tp025.W00,5 d ónde tp es la d u ra c ió n de l p u lso y W0 el rad io de l pun to de luz que inc id e en la sup e rfic ie .
De a cu e rd o con la in ve n c ió n , la e s tru c tu ra re so n a n te t ie n e un m e d io no linea l d is p u e s to para in te ra c tu a r con la luz y la luz R am an o la luz R am an para g e n e ra r o tra luz. El m e d io no linea l co m p re n d e un m e d io no linea l de se g u n d o orden . El m e d io no linea l de se g u n d o o rden p uede c o m p re n d e r un c ris ta l de, p o r e jem p lo , bora to de bario beta, bora to de ces io y litio, b o ra to de b ism u to , tr ib o ra to de litio, yo d a to de litio, n io b a to de litio, se le n iu ro de g a lio y tita n il fo s fa to de p o tas io o, en g en era l, c u a lq u ie r m a te ria l a de cu a d o . El m e d io no linea l de se g u n d o o rde n p uede in te rro g a rse p e rió d ica m e n te . La e s tru c tu ra re so n a n te p ue de te n e r o tro p ue rto ó p tico de luz d isp u e s to para p a sa r p o r lo m e n o s un 50 % de la o tra luz. El m e d io no linea l p uede se r o tro m e d io R am an o cu a lq u ie r m e d io no linea l a de cu ad o . El m e d io no linea l p uede co n fig u ra rse para la sa lida de co in c id e n c ia de fa se en el se g u n d o a rm ó n ico de una luz R am an, o la fre cu e n c ia de su m a o de d ife re n c ia de una luz R am a n con la luz re c ib id a . El m e d io no linea l p uede in c lu ir un s in to n iz a d o r para p e rm itir al u su ario s e le cc io n a r e n tre p o r lo m e n o s una de las fre cu e n c ia s de se g u n d o a rm ó n ico , sum a o d ife re n c ia . El s in to n iz a d o r p ue de c o n tro la r la te m p e ra tu ra o el á n g u lo de l m e d io no lineal.
En una re a liza c ió n , la luz es una luz ve rd e y la o tra luz es una luz u ltrav io le ta .
En una re a liza c ió n , el d isp o s itivo co m p re n d e un e le m e n to de re frig e ra c ió n de m a te ria l R am a n a co p la d o té rm ica m e n te al m a te ria l R am an.
En una rea lizac ión , la e s tru c tu ra re son an te co m p re n d e un re ve s tim ie n to re flec tan te en p or lo m e no s una sup e rfic ie del m a te ria l R am an. La e s tru c tu ra re so n a n te p uede c o m p re n d e r una p lu ra lida d de re cu b rim ie n to s re fle c ta n te s en una p lu ra lid a d de su p e rfic ie s del m a te ria l R am an.
En una rea lizac ión , la long itud de la tra ye c to ria de la luz R am a n a tra vé s de l m ed io R am a n es de e n tre 2 m m y 20 mm. La lon g itu d de la tra ye c to ria de la luz R am a n a tra vé s de l m e d io R am a n p ue de se r de e n tre 7 m m y 10 mm.
En una re a liza c ió n , el d iá m e tro de la luz es de e n tre 0,5 y 0 ,7 v e ce s m e n o r que el d iá m e tro de la luz R am an den tro de l m e d io R am an.
U na re a liza c ió n co m p re n d e un m e d io de tra s la d o de l m e d io R am a n q ue p uede a cc io n a rse para tra s la d a r el m ed io R am a n para c o n tro la r el e fe c to de b irre frin g e n c ia sob re el m e d io R am a n en la luz R am an.
Se d e sc rib e a q u í un s is te m a lá se r q ue co m p re n d e un d isp o s itivo de a cu e rd o con la d e sc rip c ió n a n te r io r y una fu e n te de luz. El d isp o s itivo y la fu e n te de luz e stán d is p u e s to s de m a ne ra co o p e ra tiva p ara q ue el d isp o s itivo rec iba luz.
En una re a liza c ió n , la fu e n te de luz co m p re n d e p o r lo m e no s uno de un lá se r de gas, un lá se r q ue tie n e iones de neo d im io , un lá se r q ue tie n e iones de ite rb io , un lá se r q ue tie n e ion e s de ho lm io , un lá se r q ue tie n e iones de tu lio , un lá se r que tie n e iones de e rb io , un s in to n iz a d o r láser, un lá se r de fib ra , un lá se r q ue t ie n e un m e d io lá se r de e sta do só lido, un lá se r que tie n e un m e d io c ris ta lin o en m asa, un lá se r de a ncho de línea e s trecho , un lá se r de d iodo, un láse r s e m ic o n d u c to r b o m b e a d o ó p tica m e n te , un lá se r de v a p o r a lca lin o b o m b e a d o p o r d iodos, un lá se r q u ím ico y un lá se r de d io d o s cón ico . La fu e n te de luz p uede inc lu ir un m a te ria l no linea l para c o n v e rtir su luz en un a rm ó n ico ta l co m o un seg u n d o , te rc e r o cua rto a rm ó n ico . P ue d e u tiliza rse c u a lq u ie r fu e n te de luz a de cu ad a .
En una re a liza c ió n , la fu e n te de la luz c o m p re n d e iones de neo d im io . La fu e n te de la luz p ue de e s ta r d is p u e s ta para g e n e ra r la luz en fo rm a de haz. La fu e n te de la luz p ue de e s ta r d isp u e s ta p ara g e n e ra r luz q ue te n g a una lon g itu d de o nda de 1064 nm. La fu e n te de la luz p uede e s ta r d isp u e s ta para g e n e ra r luz en un e s ta d o lin e a lm e n te p o la rizad o . La fu e n te de la luz p ue de e s ta r d isp u e s ta para g e n e ra r luz q ue te n g a un v a lo r M 2 de m e no s de 2. La fu e n te de luz puede e s ta r d isp u e s ta p ara g e n e ra r luz q ue te n g a una p o te n c ia m e d ia m a yo r de p o r lo m e no s uno de 1, 5, 10, 30, 50, 100 y 1000 W .
En una rea lizac ión , la fue n te de luz co m p re n d e un te le sco p io co n fig u ra d o para e xp a n d ir el haz. La fue n te de luz puede c o m p re n d e r un a te n u a d o r de luz. La fu e n te de luz p uede c o m p re n d e r un a is la d o r óp tico . La fu e n te de luz puede c o m p re n d e r un ro ta d o r de p o la riza c ió n linea l. La fu e n te de luz p ue de c o m p re n d e r una len te de e n foq ue .
En una re a liza c ió n , la fue n te de luz e stá d isp u e s ta para p ro p o rc io n a r luz con tinu a d u ra n te p o r lo m enos 1 ps. La fuente de luz p ue de e s ta r d isp u e s ta p ara p ro p o rc io n a r luz co n tin u a d u ra n te p o r lo m e no s 1 s.
En una re a liza c ió n , la fu e n te de luz e stá d isp u e s ta para p ro p o rc io n a r luz con un a ncho de línea de a ncho to ta l a m itad de l m á x im o de m e n o s p o r lo m e no s uno de 2 ,0 c m -1, 1,5 c m -1, 1,0 c m -1 y 0 ,5 c m -1. A lte rn a tiv a m e n te , la fu e n te de luz p uede e s ta r d isp u e s ta para p ro p o rc io n a r luz q ue te n g a un a ncho de línea de a ncho to ta l a m itad del m á x im o de m enos de 10 c m -1.
Se d e sc rib e a q u í un p ro ce d im ie n to p ara c o n v e rt ir luz. El p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta pa de in te ra c tu a r la luz con un m e d io R am a n p ara g e n e ra r luz R am an. El p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta pa de re s o n a r la luz R am a n g en e rad a .
Se d e sc rib e a q u í un p ro ce d im ie n to p ara c o n v e rt ir luz. El p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta p a de in te ra c tu a r la luz con un m e d io R a m a n p ara g e n e ra r luz R am a n. El m e d io R am a n t ie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a de m á s de 2 W /K /m . El p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta pa de re so n a r la luz R am an generada . M e no s de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te se p ie rde en un p e río do de c ic lo de re so n a n c ia de la luz R am a n re son an te .
El p ro ce d im ie n to de a cu e rd o con la p re se n te inve nc ión co m p re n d e la e ta pa de la e n tra d a de luz en una e s tru c tu ra re so n a n te q ue tie n e el m e d io R am an. La luz R am a n g e n e ra d a re su e n a en la e s tru c tu ra re son an te .
De a cu e rdo con la inve nc ión , m enos de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am an re son an te se p ie rde en un c ic lo de re son an c ia . M e no s de un 2 % de la e n e rg ía de la luz R am an re son an te p uede p e rd e rse en un c ic lo de re son an c ia . M e no s de un 1,5% de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te p ue de p e rd e rse en un c ic lo de re son an c ia . M e no s de un 1% de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te p ue de p e rd e rse en un c ic lo de re son an c ia . M e no s de un 0 ,2 % de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te p ue de p e rd e rse en un c ic lo de re son an c ia .
En una re a liza c ió n , el p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta pa de p a sa r la luz R am a n a tra vé s de l m ed io R am a n q ue puede c a u s a r p o r lo m e no s una p é rd id a de d isp e rs ió n y a b so rc ió n q ue p ue de e lim in a r m e no s de un 2 % de la p o te n c ia de la luz R am an. La e ta pa de p a sa r la luz R am a n a tra v é s de l m e d io R am a n p ue de c a u s a r p o r lo m e n o s una p é rd ida de d isp e rs ió n y a b so rc ió n q ue p uede e lim in a r m e no s de un 1% de la p o te n c ia de la luz R am a n. La e ta p a de p a s a r la luz R am a n a tra vé s del m e d io R am an puede c a u s a r p o r lo m e no s una p érd ida de d isp e rs ió n y a bso rc ió n que puede e lim in a r m e no s de un 0 ,5% de la p o tenc ia de la luz R am an. La e ta pa de p a sa r la luz R am an a tra vé s de l m ed io R am an p uede c a u sa r p or lo m enos una pérd ida de d ispers ión y a bsorc ión que puede e lim in a r m enos de un 0 ,1 % de la po tenc ia de la luz R am an.
U na re a liza c ió n d e l p ro ce d im ie n to co m p re n d e la e ta pa de g e n e ra r una ca rg a té rm ic a p rom ed io en el m e d io R am an m a yo r q ue p o r lo m e no s uno de 0 ,1W , 1W , 3W , 10 W y 100 W .
En una re a liza c ió n , el m e d io R am an es c ris ta lin o y co m p re n d e p o r lo m e no s un e le m e n to del G ru p o IV de la ta b la p e rió d ica . El m e d io R am an p uede c o m p re n d e r ca rbo no . El m e d io R am a n p uede c o m p re n d e r d ia m a n te . El m ed io R am a n p uede c o m p re n d e r s ilic io .
En una re a liza c ió n , la luz tie n e una lo n g itu d de o nd a m a yo r de 900 nm . El m e d io R am a n p ue de te n e r un co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n m a yo r de 3 cm /G W . El m e d io R am a n p ue de te n e r un co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n m a yo r de 10 c m /G W p ara la luz.
En una re a liza c ió n , la luz tie n e una p o te n c ia m e d ia m a yo r de 5W . La luz p ue de te n e r una po ten c ia m e d ia m a yo r de 10W . La luz p ue de te n e r una p o te n c ia m e d ia m a yo r de 20W . La luz p ue de te n e r una p o te n c ia m e d ia m a yo r de 50W . La luz p ue de te n e r una p o te n c ia m e d ia m a yo r de 100W . La luz p ue de te n e r una p o te n c ia m e d ia m a yo r de 1000 W .
En una re a liza c ió n , la luz tie n e una p o te n c ia m á x im a p o r u n id ad de su p e rfic ie de m e no s de 160 M W /cm 2 en el m ed io R am an.
En una re a liza c ió n , la luz es co n tin u a d u ra n te p o r lo m e no s 1 |js . La luz p ue de se r co n tin u a d u ra n te p o r lo m e no s 1 s.
El p ro ce d im ie n to de a cu e rd o con la p re se n te in ve n c ió n co m p re n d e la e ta p a de in te ra c tu a r la luz R am a n re so n a n te y la luz o la luz R am a n con m e d io no linea l de se g u n d o o rden para g e n e ra r o tra luz.
U na re a liza c ió n co m p re n d e la e ta pa de e lim in a r el c a lo r de l m e d io R am a n u tiliza n d o un e le m e n to de re frig e ra c ió n de m a te ria l R am an.
En una re a liza c ió n , la lo n g itu d de la tra ye c to ria de la luz R a m a n a tra vé s de l m e d io R am a n es e n tre 2 m m y 20 m m . La lon g itu d de la tra ye c to ria de la luz R am a n a tra vé s de l m e d io R am a n p ue de s e r e n tre 7 m m y 10 mm.
En u na re a liza c ió n , el d iá m e tro de la luz es e n tre 0 ,5 y 0 ,7 v e c e s m e n o r q ue el d iá m e tro de la luz R am a n d e n tro del m e d io R am an.
U na re a liza c ió n co m p re n d e la e ta pa de tra s la d a r el m e d io R am a n para c o n tro la r el e fe c to de b irre frin g e n c ia de l m ed io R am a n en la luz R am an.
En una re a liza c ió n , la e s tru c tu ra re so n a n te es un re s o n a d o r de anillo .
D on de sea pos ib le , p ueden co m b in a rse las ca ra c te rís tica s de los d isp o s itivo s , s is te m a s lá se r y p ro ce d im ie n to s d e sc rito s a n te rio rm e n te .
B R E V E D E S C R IP C IÓ N DE LA S F IG U R A S
Se d e sc rib irá n a h o ra unas re a liza c io n e s a m o do de e je m p lo só lo con re fe re n c ia a las fig u ra s a d ju n ta s en las cua les:
La fig u ra 1 es un d ia g ra m a e sq u e m á tico de un d isp o s itivo para c o n v e rtir luz re c ib id a p o r el m ism o;
La fig u ra 2 es un d ia g ra m a e sq u e m á tico de una re a liza c ió n de a cu e rd o con la inve nc ión de un d isp o s itivo para c o n v e rtir luz re c ib id a p o r el m ism o;
La figu ra 3 m u es tra un d ia g ra m a e sq u e m á tico de un s is te m a lá se r que co m p re n d e un d isp o s itivo para co n ve rtir luz re c ib id a p o r el m ism o, y una fu e n te lá se r de e je m p lo q ue g e n e ra la luz;
La fig u ra 4 m u e s tra una p o ten c ia de sa lid a de luz R am an en fu n c ió n de una p o te n c ia de luz de b o m b e o para el s is te m a lá se r de la fig u ra 3; y
La figu ra 5 m u e s tra una g rá fica de la d e p e n d e n c ia de la g an an c ia R am an de la long itud de onda de la luz para v a r io s m e d io s R am an.
La figu ra 6 m u es tra un m apa de b irre fring e nc ia para la luz que se p rop a ga a tra vé s de un m edio R am an de e jem plo. La fig u ra 7 m u e s tra la d e p e n d e n c ia de l rad io de la c in tu ra de una p o te n c ia té rm ic a d ep os itad a .
Las fig u ra s 8 a 14 m u es tra n g rá fica s de p o te n c ia de sa lid a y e fic ie n c ia fre n te a la po ten c ia de b o m b e o para una re a liza c ió n de un d isp o s itivo para c o n v e rtir luz re c ib id a p o r el m ism o.
La fig u ra 15 m u e s tra una g rá fica de un e je m p lo de un co e fic ie n te de a co p la m ie n to de sa lid a no linea l ó p tim o para un re s o n a d o r con un m e d io R am a n de d ia m ante .
La fig u ra 16 m u es tra una co m p a ra c ió n de un m o de lo de e je m p lo con d a tos m ed idos.
La fig u ra 17 m u e s tra una g rá fica de l a co p la m ie n to de sa lida en fu n c ió n de la p o te n c ia de sa lid a de S toke s para d ife re n te s n ive les de p o te n c ia de b o m b e o para un m o d e lo de e jem p lo .
La fig u ra 18 m u e s tra una g rá fica de u m bra l en fu n c ió n de los p a rá m e tro s de b o m b e o y co n fo ca le s de S to ke s para un m o d e lo de e jem p lo .
La fig u ra 19 m u e s tra una g rá fica de u m bra l en fu n c ió n de la a b so rc ió n y la lon g itu d re s id u a l de l d ia m a n te , y la long itud ó p tim a del c ris ta l, para un m o de lo de e jem p lo .
La fig u ra 20 m u e s tra una e s tru c tu ra re so n a n te q ue co m p re n d e un re so n a d o r de anillo .
La fig u ra 21 m u e s tra la e s ta b ilid a d de la e s tru c tu ra re so n a n te en fu n c ió n de la d e p o s ic ió n de c a lo r en el c ris ta l R am an y el ta m a ñ o de c in tu ra de b om b eo p ara las co n d ic io n e s del lá se r de la fig u ra 4.
Las fig u ra s 22 y 23 m u e s tra n una g rá fica b id im e n s io n a l de la p o ten c ia de e n tra d a re q u e rid a para g e n e ra r luz R am an en los e je m p lo s de las fig u ra s 1 y 3.
D E S C R IP C IÓ N DE R E A L IZ A C IO N E S
La fig u ra 1 m u es tra un d isp o s itivo para c o n v e rt ir luz 12 re c ib id a p o r el m ism o, el d isp o s itivo se ind ica, en g en era l, con el n ú m e ro 10. La luz 12 es g e n e ra d a p o r u na fu e n te de luz 11 en fo rm a de lá se r d o p a d o de iones de t ie rra s ra ra s de o nda con tinu a , e sp e c ífica m e n te un lá se r que tie n e un c ris ta l de g ran a te de itrio y a lu m in io d op ad o con neod im io , a u n q u e p uede u tiliza rse c u a lq u ie r fu e n te de luz a de cu ad a . En o tra re a liza c ió n , el lá se r tie n e un c ris ta l de va n a d a to d o p a d o con n eo d im io . El d isp o s itivo 10 y la fu e n te de luz 11 están d is p u e s to s de m a ne ra co o p e ra tiva para que el d isp o s itivo re c ibe la luz 12. Es dec ir, la sa lid a de l haz de la fu e n te de luz 11 e s tá a lin e a d a con un e je ó p tico 13 en un p ue rto ó p tico de e n tra d a 15 de l d isp os itivo , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te en to d a s las rea liza c io ne s .
El d isp o s itivo 10 co m p re n d e una e s tru c tu ra re so n a n te 14. La e s tru c tu ra re so n a n te tie n e un m e d io R am an 16. La e s tru c tu ra re so n a n te 14 está d isp u e s ta para re so n a r la luz R am an 18 g e n e ra d a p o r una in te ra cc ió n R am a n e n tre el m e d io R am an 16 y la luz 12 cu a n d o se rec ibe . La in te ra cc ió n R am a n co m p re n d e d isp e rs ió n R am an e s tim u la d a . La luz R am a n p ue de c o m p re n d e r p or lo m e n o s uno de un p rim e r S tokes, un se g u n d o S to ke s y un S toke s de un o rden s u p e r io r (p o r e je m p lo , un te rc e r S to ke s) que el se g u n d o S tokes. El m e d io R am an, en to d a s las re a liza c io n e s , tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a de m ás de 2 W /K /m . S in e m ba rg o , e sta co n d u c tiv id a d té rm ica puede s e r de hasta 3000 W /m /K o m ás, d e p e n d ie n d o del m e d io R am an e le g id o 16. El m e d io R am an a d e cu a d o p uede in c lu ir cu a lq u ie ra de va n a d a to , s ilic io , tu n g s ta to , m o lib d e n o y d ia m a n te , p o r e je m p lo . G e n e ra lm e n te , a un qu e no n e ce sa ria m e n te , un m edio R am a n que tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ica m ás a lta p uede m itig a r los e fe c to s a d ve rso s del c a lo r g e n e ra d o en el m ism o. G e n era lm e n te , un m e d io R am a n que tien e una co n d u c tiv id ad té rm ica m ás a lta es a de cu ad o para la generac ión de luz R am a n de o nd a co n tin u a o cas i con tinu a , e sp e c ia lm e n te en lo n g itu d e s de o nd a in fra rro ja y de in fra rro ja m ed ia , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te lim itado a esto. G e n e ra lm e n te , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te , un m e d io R am an que tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a m ás a lta es a d e cu a d o para una g e n e ra c ió n de luz R am a n de m a yo r p o te n c ia m edia . D u ra n te el uso, se g e n e ra c a lo r en el m e d io R am a n m e d ia n te el p ro ce so de d isp e rs ió n R am a n e s tim u la d o ine lá s tico y, en a lg u n a s re a liza c io n e s , ta m b ié n p o r a bso rc ió n p a ra s ita ria (p o r e je m p lo , d e b id o a im p u re za s c ris ta lin a s , ce n tro s de c o lo r y d e fec tos , e tc .). Un e le m e n to de re frig e ra c ió n de l m e d io R am an puede , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te , e s ta r a co p la d o té rm ic a m e n te al m ed io R am an para e lim in a r el c a lo r g e n e ra d o den tro del m e d io R am an. P o r e jem p lo , el m e d io R am a n p u e d e m o n ta rse en un d is ip a d o r de ca lo r. El d is ip a d o r de c a lo r p ue de s e r un b lo q u e de cob re . P uede in te rca la rse una lám ina de ind io o cu a lq u ie r so ld a d u ra o pasta co n d u c to ra té rm ic a e n tre el m e d io R am a n y el d is ip a d o r de c a lo r para p ro p o rc io n a r un buen co n ta c to té rm ico . El d is ip a d o r de c a lo r p ue de te n e r ca n a le s de flu id o a tra vé s del m ism o y, a tra vé s de los cana les , se m u e ve un flu id o , p o r e je m p lo , a gua o a ire, para e lim in a r el c a lo r tra n s fe r id o al d is ip a d o r de ca lo r. A lte rn a tiv a o a d ic io n a lm e n te , el d is ip a d o r de c a lo r p ue de te n e r unas a le ta s p ara e n fr ia r el a ire . El d is ip a d o r de c a lo r p uede e n fria rse con un v e n tila d o r. G e n e ra lm e n te p uede u tiliza rse c u a lq u ie r e le m e n to de re frig e ra c ió n de m e d io R am an a de cu ad o .
La e s tru c tu ra de re so n a n c ia 14 está d isp u e s ta p ara p e rd e r p o r lo m e n o s un 5 % de la e n e rg ía de luz de re so n a n c ia R am a n en un p e río d o de c ic lo de re so n a n c ia de la e s tru c tu ra de re so n a n c ia 14. El p e río d o de c ic lo de re so n a n c ia de la e s tru c tu ra de re so n a n c ia es el t ie m p o q ue ta rd a un fo tó n de la luz de re so n a n c ia R am a n para re a liza r un re co rrido de ida y v u e lta d en tro de la e s tru c tu ra de re so n a n c ia de la luz 14. E s ta p é rd ida inc luye , p o r e je m p lo , la p é rd ida de cu a lq u ie r e sp e jo de la e s tru c tu ra de re son an c ia , y cu a lq u ie r m e d io de la e s tru c tu ra de re sonanc ia , inc lu ye nd o el m edio R am a n 16. P ueden u tiliza rse e sp e jo s y c ris ta le s de ca lid ad su fic ien te . U na p é rd ida de m enos de un 5 % p ue de fa c ilita r la g e n e ra c ió n de luz R am an de o nda co n tin u a o cas i con tin u a , e sp e c ia lm e n te en las lon g itu de s de o nda in fra rro ja e in fra rro ja m e d io d o n d e la g a n a n c ia R am an es re la tiva m e n te baja. P o r e je m p lo , el so lic ita n te tie n e la im p re s ió n de que p ue de s e r d ifíc il o im p o s ib le o b te n e r un fu n c io n a m ie n to e fic ie n te u tiliza n d o una e s tru c tu ra re so n a n te q ue te n g a una p é rd ida m a yo r de un 5% p o r c ic lo de re so n a n c ia para la g e n e ra c ió n de luz R am a n de o nd a co n tin u a o cas i con tinu a .
La fig u ra 5 m u e s tra una g rá fica de la d e p e n d e n c ia de la g a n a n c ia R am a n de la lo n g itu d de o n d a de la ("de l b om b eo d e ") luz para v a r io s m e d io s R am an. En p articu la r, la d e p e n d e n c ia de la lon g itu d de o nda de los co e fic ie n te s de g a n a n c ia s e le cc io n a d o s p ara el d ia m a n te para la p o la rizac ión de b o m b e o p a ra le lo a una d irecc ión de l c ris ta l <110 > se ind ica m e d ia n te s ím b o lo s llenos, el n itra to de bario se ind ica m e d ia n te c írcu lo s huecos, el tu n g s ta to de bario se ind ica m e d ia n te tr iá n g u lo s huecos, el s ilic io se ind ica m e d ia n te cu a d ra d o s hue co s y el tu n g s ta to de p o tas io y gad o lin io e stán ind ica d o s p o r d ia m a n te s huecos. Los cu a d ra d o s llenos son va lo re s o b te n id o s a p a rtir de a ju s te s a la d isp e rs ió n no linea l de C A R S a lre d e d o r de la fre cu e n c ia R am an. Los tr iá n g u lo s llenos m u e s tra n los co e fic ie n te s d e te rm in a d o s a p a rtir de la d isp e rs ió n e sp o n tá n e a y el uso 72= 7 ps e xce p to p ara el p u n to a 694 nm q ue se d e te rm in ó u tiliza n d o T2= 5 ,2 ps (2 ,04 c m -1). Los c írcu lo s llenos m u e s tra n co e fic ie n te s o b te n id o s a p a rtir de m e d ic io n e s de l u m bra l de SR S. La línea co n tin u a m u e s tra una p red icc ió n te ó ric a gs(<110>). La líne a d is co n tin u a es la gs te ó ric a para b om b eo p ara le lo a una d ire cc ió n de l c ris ta l < 111 > y es 1 A v e ce s la línea con tinu a . En a lg u n a s lo n g itu d e s de o nd a de luz R am an, e sp e c ia lm e n te p ara lo n g itu d e s de o nda de luz s u p e rio re s a 1500 nm, p ue de s e r v e n ta jo so q ue la p é rd id a sea in fe rio r a un 2% , un 1% o un 0 ,2% , p o r e je m p lo . P o r el co n tra rio , p a ra lo n g itu d e s de o nd a co rta s p ue de s e r v e n ta jo so q ue la p é rd ida sea s u p e r io r a un 2 % o a un 1%, p o r e jem p lo .
Las p é rd ida s p o r a bso rc ió n y d isp e rs ió n del m ed io R am an pueden re d u c ir su s ta n c ia lm e n te el re n d im ie n to del d isp o s itivo 10. El m e d io R am a n 16 de l d isp o s itivo 10 tie n e p é rd ida s de a bso rc ió n y d isp e rs ió n q ue re du cen la p o tenc ia de la luz R am an re son an te en m e no s de un 2 % p o r p a sa d a a tra vé s del m e d io R am an. O tras re a liza c io n e s pueden te n e r una p é rd ida m e d ia R am a n de m e no s de un 1%, un 0 ,5 % o inc lu so un 0 ,1% , lo q ue p ue de fa c ilita r la g en e rac ión de luz R am an de o nda con tinu a o cas i con tinu a , e sp e c ia lm e n te a lon g itu de s de o nda de in fra rro jo y de in fra rro jo m edio en las cu a le s la g a n a n c ia R am a n es re la tiva m e n te baja. En el e je m p lo de la fig u ra 1, el m e d io R am a n es un d ia m a n te m o n o c ris ta lin o con ba jo co n te n id o de n itróg en o y u ltra ba ja b irre frin g e n c ia IIa C V D . S in e m b a rg o , en a lg u na s re a liza c io n e s , el m e d io R am an p uede c o m p re n d e r p o r lo m e no s uno de tu n g s ta to de bario , un v a n a d a to ta l com o v a n a d a to de itrio o v a n a d a to de gad o lin io , s ilic io o cu a lq u ie r o tro m e d io R am a n a de cu ad o .
El d ia m a n te tie n e una a lta co n d u c tiv id a d té rm ica , g e n e ra lm e n te m a yo r que 1000 W /m /k , y un bajo co e fic ie n te de e xp a n s ió n té rm ic a q ue lo hace a d e cu a d o para a lg u n a s re a liza c io n e s de g e n e ra c ió n de luz R am an in fra rro ja de a lta po tenc ia . La in te racc ión R am an en el d ia m a n te 16 p uede g e n e ra r a p ro x im a d a m e n te 100 W de ca lo r o m ás. Esto puede p ro d u c irse para re a liza c io n e s en las q ue la luz tie n e una p o ten c ia m e d ia m a yo r de, p o r e je m p lo , 500 W o 1000W .
A d e m á s de sus p ro p ie d a d e s té rm ic a s favo ra b le s , a lo n g itu d e s de o nda de luz de 1000 nm, el co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n p uede s e r m a yo r de 3 c m /G W u 8 cm /G W . El d ia m a n te p uede e s ta r o rie n ta d o re sp e c to a la e s tru c tu ra re so n a n te de m o do q ue la luz R am a n, cu a n d o se g enera , se p ro p a g u e a lo la rgo de un e je < 110 > de l d ia m a n te , y el v e c to r de p o la riza c ió n de la luz R am a n p ue de q u e d a r a lin e a d o con un e je < 111 > de l d ia m a nte .
Los so lic ita n te s han d e scu b ie rto que el uso de luz con un a ncho de línea m e n o r o a p ro x im a d a m e n te igua l al del e sp e c tro de g a n a n c ia R am an (a p ro x im a d a m e n te 1,5 cm -1) da com o re su lta d o una m a yo r gan an c ia . P o r e je m p lo , la fue n te de luz 11 e stá d isp u e s ta para p ro p o rc io n a r luz que tie n e un a ncho de línea de m e no s de 2 cm -1, pero una fuen te de luz con un a n ch o de líne a in fe r io r a p o r lo m e n o s uno de 10 c m -1, 2 ,0 c m -1, 1,5 c m -1, 1,0 c m -1, 0 ,5 cm -1 y 0 ,2 cm -1 p ue de m e jo ra r la e fic ie n c ia y p ue de te n e r o tros ben e fic ios . P uede u tiliza rse cu a lq u ie r fu e n te co m e rc ia l a de cu ad a .
La e stru c tu ra re son an te 14 del d isp o s itivo 10, a un qu e no n e ce sa ria m e n te de to d a s las re a liza c io n e s , tie n e fo rm a de d os e sp e jo s se p a ra d o s 20 y 22. C ada uno de los e sp e jo s 20 y 22 co m p re n d e un e sp e jo de s ílice que tie n e un re ve s tim ie n to re flec tan te a d e cu a d o en fo rm a de re ve s tim ie n to d ie lé c trico , pero puede u tiliza rse cu a lq u ie r re ve s tim ie n to a d e cu a d o o e le m e n to de e sp e jo . El re v e s tim ie n to d ie lé c tr ic o de l e sp e jo 20 es a lta m e n te tra n s m is iv o de la luz 12 (en g en era l, m a yo r de un 80 % tra n sm is ivo , a un qu e no n e ce sa ria m e n te ) y a lta m en te re flec tan te de la luz R am an re son an te 18 (en g en era l, m a yo r de un 99 % re flec tan te , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te ). El re ve s tim ie n to d ie lé c tr ico de l e sp e jo 22 re fle ja la luz 12 (p a ra que la luz haga una d o b le p a sa d a a tra v é s de l m e d io R a m a n ) y tra n s m ite p a rc ia lm e n te la luz R am a n 18. El e sp e jo 22 fu n c io n a co m o p ue rto ó p tico de luz R am a n o a c o p la d o r de sa lid a q ue d e ja q ue sa lg a m e no s de un 2% de la e n e rg ía de luz R am an re son an te de la e s tru c tu ra re so n a n te p o r c ic lo de re son an c ia . En a lg u na s re a liza c io n e s , e sp e c ia lm e n te las re a liz a c io n e s de o nd a c o n tin u a de ba ja g a n a n c ia en lo n g itu d e s de o nd a in fra rro ja o de in fra rro jo m ed io , p uede se r ve n ta jo so c o n fig u ra r la p é rd ida de l puerto ó p tico para que sea in fe rio r a un 1%, un 0 ,5% o un 0 ,1 % p ara m e jo ra r la in te ra cc ió n R am an. P o r el con tra rio , para lo n g itu d e s de o nd a co rta s p ue de se r ve n ta jo so q ue la p é rd ida sea s u p e r io r a un 2 % o a un 1%, p o r e jem p lo .
La luz de re so n a n c ia R am a n 18 de la fig u ra 1 es un p rim e r S to ke s g e n e ra d o p o r la in te ra cc ió n R am an. En a lg u na s re a liza c io ne s , el re s o n a d o r p uede co n fig u ra rse para co n fin a r el p rim e r S toke s de m o do q ue el p rim e r S toke s in te ractúe con el m e d io R am an para g e n e ra r un se g u n d o S tokes. P o r e je m p lo , los e sp e jo s 20 y 22 p ueden s e r a lta m en te re fle c ta n te s (> 99 ,9% , p o r e je m p lo ) de l p rim e r S toke s. El e sp e jo 22 p ue de tra n s m it ir p a rc ia lm e n te el se g u n d o S toke s y el e sp e jo 20 p ue de re fle ja r m u ch o el s e g u n d o S toke s. El e sp e jo 22 p ue de s e r p a rc ia lm e n te tra n s m is ivo de l te rce r S to ke s y el e sp e jo 20 p ue de s e r a lta m e n te re fle c ta n te de l p rim e r y s e g u n d o S toke s, etc.
La p érd ida de luz de re son an c ia R am a n en un p e río do de c ic lo de re so n a n c ia p uede se r de va ria s fu e n te s de pérd ida . La d is trib uc ió n de las p é rd ida s e n tre las fu e n te s g e n e ra lm e n te no es tan im p o rta n te com o la p érd ida neta, y que la p é rd id a neta de v a r ia s fu e n te s de p é rd ida sea in fe rio r a un 5% . En el d isp o s itivo 10, p o r e je m p lo , a u n q u e no n e ce sa ria m e n te en to d a s las re a liza c io ne s , las p é rd id a s son p re d o m in a n te m e n te de l a co p la d o r de e n tra d a 20 para la luz 12, p é rd id a s de su p e rfic ie de l m e d io R am a n, p é rd id a s de vo lu m e n de l m e d io R am a n y el a c o p la d o r de sa lid a 22. E sp e c ífica m e n te , las p é rd id a s son un 0,01 % del a co p la d o r de e n tra d a 20, un 0 ,2 % p o r p asada a tra vé s de una su p e rfic ie de l m e d io R am a n, un 0 ,17 % /cm (p ara la lon g itu d de in te ra cc ió n de 0 ,95 cm en el m e d io R a m a n ) y un 0 ,4% para el a co p la d o r de sa lid a 22. En co n se cu e n c ia , para el d isp o s itivo 10 de la fig u ra 1, la p é rd ida de luz de re so n a n c ia R am a n en un p erío do de l c ic lo de re son an c ia es 0,01 0 ,2 *4 0 ,17 *0 ,95 *2 0 ,4 = 1 ,53% . S in e m ba rg o , cu a lq u ie ra de los c o m p o n e n te s p ue de co n fig u ra rs e con un v a lo r de p é rd id a d ife re n te , de m o do q ue la p é rd id a de luz R am a n en un p e río do de c ic lo de re so n a n c ia sea in fe rio r a un 5% . Las p é rd ida s m ás bajas, en p a rtic u la r las p é rd ida s de m e d io R am a n en m a sa m ás b a ja s (p o r e je m p lo , p é rd id a s en m a sa de l d ia m a n te en las re a liza c io n e s q ue t ie n e n un m e d io R am a n de d ia m a n te ), p ueden m e jo ra r el re n d im ie n to del d isp o s itivo 10. Los c o m p o n e n te s de las fig u ra s 2 y 3 pueden co n fig u ra rse para te n e r v a lo re s de p érd ida s im ila res , o va lo re s a lte rn a tivo s de p érd ida de a cu e rd o con co rre sp o n d a . En a lg u n a s re a liza c io n e s , las fu e n te s de p é rd id a s d is tin ta s de las m e n c io n a d a s a n te rio rm e n te , p o r e je m p lo , la g e n e ra c ió n de S toke s de o rde n s u p e r io r o la c o n ve rs ió n de fre cu e n c ia no linea l de l p rim e ro S tokes, son fu e n te s de p é rd ida para luz R am a n re so n a n te q ue p uede s e r n ecesa rio te n e r en cuenta .
La fig u ra 2 es un d ia g ra m a e sq u e m á tico de una re a liza c ió n de un d isp o s itivo 30 de a cu e rd o con la inve n c ió n para c o n v e rtir luz 12 p o r el m ism o. La e s tru c tu ra re so n a n te del d isp o s itivo 30 co m p re n d e unos e sp e jo s e x tre m o s 34 y 36 y uno s e sp e jo s 38 y 40 d is p u e s to s ó p tic a m e n te e n tre los e sp e jo s e x tre m o s para d e fin ir u na g e o m e tría Z. El e sp e jo 34 es a lta m e n te re fle c ta n te de la luz R am a n (el "S to ke s ") y a lta m e n te tra n s m is iv o de la luz (" luz de b om b eo "). El e sp e jo 38 re fle ja m u cho la luz y S tokes. El e sp e jo 40 es a lta m en te re flec tan te de la luz, la luz R am an, y a lta m en te tra n sm is ivo , ta l com o p o r lo m e n o s un 50% , de o tra luz 46 g e n e ra d a p o r o tra in te ra cc ió n no linea l en la e s tru c tu ra re so n a n te . El e sp e jo 36 es a lta m e n te re fle c ta n te de la luz, la luz R am a n y la o tra luz. Un m e d io R a m a n 42, p o r e je m p lo , un c ris ta l de d ia m a n te , e s tá d is p u e s to en un b razo de l re s o n a d o r Z y d is p u e s to en e l o tro b razo d e l re s o n a d o r Z se e n cu e n tra un m e d io 44 no linea l de se g u n d o o rden d isp u e s to para in te ra c tu a r con p o r lo m e no s uno de la luz y el R am an luz para g e n e ra r la o tra luz. El m e d io no linea l de se g u n d o o rde n p uede co rta rse o s in to n iza rse y co n fig u ra rse re sp e c to al re s o n a d o r para d u p lica r la fre cu e n c ia de la luz R am an. P o r e je m p lo , la luz p ue de te n e r una lon g itu d de o nd a de 1064 nm (la de una fu e n te de luz lá se r N d :Y A G , p o r e je m p lo ), la luz R am a n p uede te n e r una lon g itu d de o nd a de 1240 nm y la o tra luz p uede s e r de 620 nm. A lte rn a tiva m e n te , el c ris ta l no linea l de se g u n d o o rden puede co n fig u ra rse o a ju s ta rse de m odo que la o tra fre cu e n c ia de luz sea la sum a o d ife re nc ia de las fre cu e n c ia s de luz y luz R am an. Se a p re c ia rá que la so luc ión a n te rio r es a p licab le a una am plia va rie d a d de fre cu en c ias , d esde la u ltrav io le ta a la in frarro ja , y a una a m p lia g a m a de tip o s de in te ra cc io n e s no linea les , p o r e je m p lo , la m e zc la de cua tro ondas.
La figu ra 3 m u es tra un d ia g ram a e sq u e m á tico de un s is te m a láse r 50 que co m p re n d e o tro d isp o s itivo 52 para co n ve rtir luz re c ib id a p o r el m ism o , y una fu e n te lá s e r 54 que g e n e ra la luz. El d isp o s itivo 52 t ie n e fo rm a de lá se r R am an de d ia m a n te de cw re so n a d o r e xte rno que fun c io n a a 1240 nm. La fu e n te de luz 54 tie n e fo rm a de lá se r N d :Y V O 4 de 1064 nm . El m e d io R am an es un m a te ria l de d ia m a n te de baja p é rd id a 56 a co p la d o té rm ic a m e n te a un e le m e n to de re frig e ra c ió n de m a te ria l R am an, m o n ta d o e sp e c ífica m e n te en un d is ip a d o r té rm ico de cob re 57. El d is ip a d o r té rm ico p ue de e n fr ia rse con un flu id o . El u m bra l de g e n e ra c ió n de luz R am a n fu e de 11,3 W de luz inc id en te . S e log ró una e fic ien c ia de p en d ie n te de a p ro x im a d a m e n te un 50% . H asta d onde co n oce el so lic itan te , 10,1 W re p rese n ta la po tenc ia lá se r R am a n c ris ta lin a de cw m á s a lta log rada .
El c ris ta l de d ia m a n te e ra un d ia m a n te m o n o cris ta lin o C V D tip o IIa de u ltra ba ja b irre frin g e n c ia y de bajo co n te n id o en n itró g e n o (E le m e n t6 L td .) de d im e n s io n e s 5 * 9 ,5 * 1,2 m m 3. S e a p licó un re cu b rim ie n to a n tirre fle c ta n te , en fo rm a de p ila d ie lé c trica , a las ca ras e x tre m a s (R = 1% a 1064 nm, R = 0 ,2 % a 1240 nm ). El rayo de b o m b e o p o la rizad o lin e a lm e n te fu e inc id e n te en la ca ra de d ia m a n te de 5 * 1,2 m m y se p ro p a g ó a lo la rgo de l e je <110>.
La fue n te de luz 50 (e l "b o m b e o ") co m p re n d e un lá se r N d :Y V O 458 de o nda con tin u a que g enera una sa lida p o la rizad a lin e a lm e n te a 1064 nm con una M 2 de a p ro x im a d a m e n te 1,7 a la m á x im a p o te n c ia de sa lid a . Se u tilizó un te le s co p io 60 con un aum e nto de 5 para expans ión del haz y co lim ac ión . U na p laca de m edia onda 62 y un p o la rizad o r 64 s irv ieron de a te n u a d o r de po ten c ia de bom beo . D espu és de p a sa r a tra vé s de un a is la d o r ó p tico 66, se u tilizó una p laca de m e d ia o nda 68 para a lin e a r el v e c to r de p o la riza c ió n de b om b eo con el e je < 111 > del d ia m a n te para a cc e d e r a una g a n a n c ia m ás e le vad a . Para a lc a n z a r el u m bra l de la d isp e rs ió n e s tim u la d a R am an, se u tilizó una len te de e n foq ue 70 de long itud foca l f = 50 m m para e n fo ca r el b om b eo en el d ia m ante . El d iá m e tro del pun to foca l (a 1 /e2) en el in te rio r de l d ia m a n te fue de 60 pm , lo que re su ltó en una in te ns id ad inc id e n te de a p ro x im a d a m e n te 0 ,8 M W /cm 2 en el u m bra l de la g e n e ra c ió n de luz R am an. El bom beo , el b o m b e o res idua l, y las p o te n c ia s de S toke s se m id ie ron m e d ia n te fo to d io d o s PIN ca lib ra d o s 72 y un m e d id o r de p o ten c ia 74.
La e s tru c tu ra re son an te del d isp o s itivo 52 co m p re n d e un re s o n a d o r cas i co n cé n tr ico de 105 m m de la rgo fo rm a d o por d os su p e rfic ie s re fle c ta n te s en fo rm a de e sp e jo s có n ca vo s 76, 78 con un rad io de cu rva tu ra de 50 m m . En fu n c io n a m ie n to , los e sp e jo s cón ca vo s 76, 78 a yu da ro n a re g u la r el m o do del o sc ila d o r R am an y los ta m a ñ o s de c in tu ra de bom beo . El a co p la d o r de e n tra d a 78 era a lta m e n te tra n s m is ivo (T = 96 % ) en la long itud de o nd a de b o m b e o y a lta m e n te re fle c ta n te (R = 99 ,99 % ) en la p rim e ra lo n g itu d de o nd a de S to ke s de 1240 nm . El a c o p la d o r de sa lid a 76 era a lta m e n te re fle c ta n te a 1064 nm para p ro p o rc io n a r un b om b eo de d ob le paso, y p re se n ta b a una tra n sm is ió n de un 0 ,4 % en la p rim e ra long itud de o nda de S tokes. A lg u n a s re a liza c io ne s , sin e m b a rg o , só lo e m p le an e sp e c ifica c io n e s de b om b eo de paso ún ico y d ise ño de l e sp e jo re la jan te . P ara e v ita r la g en e rac ión de l se g u n d o co m p o n e n te de S tokes, se re du jo al m ín im o las re fle c tiv id a d e s de los e sp e jo s a 1485 nm. S in e m ba rg o , a lg u n a s re a liza c io n e s pueden o p tim iza rse para la g en e rac ión en el se g u n d o S tokes, p o r e jem p lo , m a x im iza n d o la re flec tiv id ad del e sp e jo a 1485 nm.
En a lg u n a s re a liza c io n e s , el re s o n a d o r está d isp u e s to para que la luz R am an 18 s iga una tra ye c to ria en z ig za g a tra vé s de l m e d io R am a n p ara d is tr ib u ir el c a lo r g e n e ra d o d e n tro de l cris ta l, lo q ue p ue de re d u c ir los e fe c to s té rm ico s . La luz 12 p ue de s e g u ir la m ism a tra ye c to ria en z igzag .
La fig u ra 20 m u es tra un e je m p lo en el que la e s tru c tu ra re so n a n te co m p re n d e un re s o n a d o r de a n illo 78, en el que partes s im ila res en fo rm a y /o func ión a las de la figu ra 1 se han ind icado de m a ne ra s im ilar. La e s tru c tu ra de re son an c ia 78 co m p re n d e p o r lo m e no s tre s e sp e jo s 80. U no de la p lu ra lid a d de e sp e jo s e stá co n fig u ra d o p ara la e n tra d a de luz 12 en la e s tru c tu ra de re s o n a n c ia p ara la in te ra cc ió n con el m e d io R am a n 16, y uno de la p lu ra lid a d de e sp e jo s está co n fig u ra d o para la sa lid a de la luz R am an 18 gen e rad a . Los e sp e jo s pueden co n fig u ra rse p o r m e d io de un re ve s tim ie n to de p ila d ie lé c trica a d e cu a d o ta l com o, p o r e je m p lo , q ue p rese n te c u a lq u ie r re fle c tiv id a d a de cu ad a , in c lu ye n d o los d e sc rito s aquí.
La o rie n ta c ió n de l c ris ta l s e le cc io n a d a re sp e c to a la d ire cc ió n de p ro p a g a c ió n de la luz R am an g e n e ra lm e n te , a un qu e no n e ce sa ria m e n te , d e p e n d e de la d e p e n d e n c ia de g an a n c ia d ire cc io n a l de l c ris ta l, y ta m b ié n de las p ro p ie d a d e s d ire c c io n a le s de la m u e s tra de d ia m a n te fo rm a d o . La fo rm a c ió n p o r C V D del d ia m a n te , p o r e je m p lo , sue le s e r m ás rá p id a en la d ire cc ió n <100>. La b irre frin g e n c ia re s id u a l m ás ba ja p uede e s ta r en d ire cc io n e s p e rp e n d icu la re s a la fo rm a c ió n . P ara a cc e d e r a u na a lta g a n a n c ia a lta y a una p é rd id a de d e s p o la r iza c ió n m á s baja , p o r lo ta n to , es m ás co n ve n ie n te co lo ca r el e je de luz R am an a lo largo de una d irecc ión < 110 > y la p o la riza c ió n p a ra le la a la <111>. La p ro p a g a c ió n a lo la rgo de o tros e jes es p os ib le sin m a yo re s co m p ro m iso s de g an an c ia . S in e m ba rg o , para d ise ño s q ue re qu ie ren una tra ye c to ria de trá n s ito la rga a tra vé s de l m a te ria l, p u e d e h a b e r g ra n d e s d ife re n c ia s de cos tes de a cu e rd o con las ta s a s de c re c im ie n to a n iso tró p ico , y d eb ido a las d ificu lta d e s para p u lir ca ras m ás d u ra s com o la {111}.
La can tida d de b irre frin g e n c ia re s idu a l en la m u es tra ta m b ié n in fluye en el d iseño . El uso de c ris ta le s con caras B re w s te r p uede p ro v o ca r g ra n d e s p é rd id a s sa lvo q ue el re ta rdo (Anl/A) al tra n s ita r p o r el c ris ta l sea m u ch o m e n o r que n /4. El uso de ca ras re cu b ie rta s a n tirre fle c ta n te s p ue de e v ita r e ste p rob lem a ; sin e m b a rg o , la d e s p o la r iza c ió n p uede re d u c ir la g a n a n c ia e fe c tiva y a fe c ta r a la p ureza de la p o la rizac ión de l haz de sa lida . E s to s e fe c to s se a g ra va n en a lta p re c is ió n de re so n a d o re s , ta le s co m o los u tiliz a d o s en lá se re s de cw, en los q ue la v id a útil p ro m e d io de los fo to n e s en la cav ida d co rre sp o n d e a un g ran n ú m e ro de p a sa d a s en el cris ta l.
La b irre frin g e n c ia d e p e n d e de la p os ic ió n en el c ris ta l, q ue se c ree que es el re su lta d o de las te n s io n e s in te rn a s en el c ris ta l. La fig u ra 6 m u e s tra un m a pa de b irre frin g e n c ia para luz q ue se p ro p a g a a tra vé s de las ca ras e x tre m a s de un de c ris ta l R am a n de e je m p lo en fo rm a de c ris ta l de d ia m a n te . C a d a c ris ta l te n d rá su p rop io m a pa de a cu e rd o con las te n s io n e s p a rticu la re s fo rm a d a s en ese c ris ta l d u ra n te el c re c im ie n to y c u a lq u ie r re co c id o p o s te rio r. El m apa resa lta va ria s á rea s en un cris ta l con va lo re s de b irre frin g e n c ia va ria b le s y d on de la flech a ind ica las d ire cc io n e s de l e je ráp ido . Es p ro b a b le que el fu n c io n a m ie n to de l lá se r sea m ás e fic ie n te en re g io n e s de m e n o r b irre frin g e n c ia o en re g io ne s d on de la po la rizac ión de sa lida es p ara le la al e je ráp ido. En co n se cu e n c ia , p uede se r d e se a b le tra s la d a r el c ris ta l para q ue la luz R am a n se p ro p a g u e a tra vé s de una re g ió n d e l m e d io R a m a n q u e te n g a una b irre fr in g e n c ia m e n o r q ue la de o tra reg ión del m e d io R am an. El d isp o s itivo puede te n e r un m e d io de tra s la d o 59 a co p la d o o p e ra tiva m e n te al m e d io R am a n y o pe ra b le para tra s la d a r el cris ta l. El m e d io de tra s la d o p uede te n e r fo rm a, p o r e je m p lo , de m e d io de tra s la d o de m o to r linea l, m e d io de tra s la d o de to rn illo o, en genera l, c u a lq u ie r m e d io de tra s la d o a de cu ad o . A lte rn a tiv a o a d ic io n a lm e n te , la e s tru c tu ra re son an te p uede te n e r una p laca de o nda o p c io n a l 61 d isp u e s ta p o r lo m e no s p a rc ia lm e n te para in va lid a r la b irre frin g e n c ia de la reg ión del m ed io R am a n a tra vé s del cua l se p rop a ga la luz R am an.
La fig u ra 4 m u es tra la p o ten c ia de sa lid a de la luz R am an ("S to ke s ") en fu n c ió n de la po ten c ia de la luz ("luz de b om b eo "). P o r e n c im a de l um bra l, la po ten c ia de sa lida de S to ke s a u m e n tó lin e a lm e n te con la po ten c ia de entrada . La po ten c ia de sa lid a m á x im a a lca n zó 10,1 W con 31 W de po ten c ia de e n tra da . P o r e n c im a del ra ng o de fu n c io n a m ie n to , la p o ten c ia re s idu a l de b o m b e o p e rm a n e c ió a p ro x im a d a m e n te co n s ta n te en a p ro x im a d a m e n te 10 W . La e fic ie n c ia de c o n ve rs ió n a la p o te n c ia m á x im a fue de un 31,7% . El p a rá m e tro M 2 fu e 1,7 p ara la luz de b o m b e o y 1,16 p ara la luz de S toke s. D ado q ue no se o b se rvó ca íd a de p o te n c ia , y d e b id o a q ue el d ia m a n te tie n e e xc e le n te s p ro p ie d a d e s té rm ica s , se e sp e ra q ue p uedan g e n e ra rse p o te n c ia s de sa lid a m u ch o m a yo re s a u m e n ta n d o la p o tenc ia de bom beo .
Se e sp e ra que la p o tenc ia de sa lida a u m e n te con la p o ten c ia de e n tra da hasta q ue la len te té rm ica en el c ris ta l R am an c re zca a l n ive l en el que a fec ta a la e fic ie n c ia de l láser. La e fic ie n c ia de l lá se r puede d is m in u ir para g ra n d e s ca rga s té rm ic a s ya que el ta m a ñ o del m o do S to ke s se reduce e m p e o ra n d o la su p e rp o s ic ió n e sp a c ia l de l m o do S to ke s con el bom b eo , o d eb ido a a b e rra c io n e s de l haz ind u c id as en la len te té rm ica . La sep a ra c ió n de l e sp e jo del re s o n a d o r puede v a r ia r p a ra m e jo ra r la su p e rp o s ic ió n y la e fic ie n c ia de l lá s e r y, p o r lo tan to , c o m p e n s a r p o r lo m e n o s p a rc ia lm e n te el e fe c to de la len te . S in e m b a rg o , a un c ie rto n ive l de p o te n c ia m ás a lto y una len te té rm ica m ás poten te , el re so n a d o r se v u e lve ine s tab le para las cu rva tu ra s e sp e c ifica d a s de l e sp e jo y, p o r lo tan to , el s is te m a tie n e un lím ite de po tenc ia . Un p ro ce d im ie n to para p e rm itir lím ites de p o te n c ia m ás a ltos es u tiliza r e sp e jo s de rad io de cu rva tu ra m á s corto . O tro p ro ce d im ie n to es u tiliz a r un ta m a ñ o de pun to de b o m b e o m ás g ran d e en el c ris ta l R am an. La fig u ra 21 m u e s tra la e s ta b ilida d de la e stru c tu ra re son an te en fun c ión de la d ep os ic ió n de ca lo r en el c ris ta l R am an y el ta m a ñ o de la c in tu ra de b om b eo para las co n d ic io n e s del lá se r de la figu ra 4. A qu í, el lím ite de po ten c ia se ca lcu ló a p a rtir de la re lac ión e n tre la d e p o s ic ió n de p o te n c ia y la p o te n c ia de la len te, u tiliz a n d o la e cu a c ió n de la len te té rm ic a de la p á g in a 21, y la po ten c ia m á x im a de la len te ca lcu la d a para el con ju n to de e spe jos . El uso de ta m a ñ o s de c in tu ra m ás g ran d es p e rm ite p o te n c ia s m u ch o m ás e le va d a s an tes de a lc a n z a r el lím ite de p o ten c ia . La g rá fica ta m b ié n m u e s tra e l caso de c ris ta le s ión icos m o le cu la re s que tie n e n lím ites m u ch o m á s b a jos de a cu e rd o con su co n d u c tiv id a d té rm ic a m ás baja.
La m e d ic ión s im u ltá n e a de la p o te n c ia de bom beo , la p o ten c ia re s idu a l re fle ja da de b om b eo y la p o tenc ia de sa lid a de S to ke s g e n e ra d a p e rm itió d e d u c ir las p é rd ida s to ta le s del re son ad or. A p a rtir de l d e te rio ro de bom beo , q ue re p rese n ta la d ife re n c ia e n tre el b om b eo y el b o m b e o re s idu a l tra s la a lin e a c ió n de la e s tru c tu ra re son an te , se d e te rm in ó la p o te n c ia a co p la d a en los cam p os S toke s y fo n o n e s . De la p o ten c ia de b om b eo d e te r io ra d a (21,8 W ), se d e sv ía un 14 ,2% a la e xc ita c ió n de los fo n o n e s ó p tico s (3 ,2 W ) y el re s to se a tr ib u ye a la g e n e ra c ió n del ca m p o de S tokes in tra ca v ita r io (18 ,7 W ). D ado q ue la sa lid a de S toke s m e d id a (10,1 W ) fu e de un 54 % de S toke s g en e rad os , la d ife re n c ia (8 ,6 W ) re p re se n ta la d isp e rs ió n c o m b in a d a y la p é rd id a de a b so rc ió n p a ra s ita ria . La re d u cc ió n de las p é rd id a s p o r d isp e rs ió n y a b so rc ió n p ue de m e jo ra r el re nd im ie n to . La T a b la 1 es una lis ta q ue ind ica la a s ig n a c ió n de e n e rg ía a tra vé s de l s is tem a.
T l 1. L i n i n n i r v l i m
Figure imgf000011_0001
A p o te n c ia s de sa lid a su p e rio re s a a p ro x im a d a m e n te el d ob le de la p o te n c ia u m bra l, la fra cc ió n de p é rd id a (46 % ) de la po ten c ia de S toke s g e n e ra d a fue co n s ta n te en fu n c ió n de la p o ten c ia de bom beo , lo que su g ie re que d o m in a ro n los p ro ce so s de a b so rc ió n line a l y p é rd id a de d isp e rs ió n . U tiliza n d o la tra n s m is ió n de l a co p la d o r de sa lid a co n o c id a (T = 0 ,4 ± 0 ,1% ), puede ca lcu la rse la po ten c ia de S toke s que c ircu la en la cav idad R am an y d e d u c ir el co e fic ie n te de a bso rc ió n y d isp e rs ió n co m b in a d o del d ia m a n te a e stos n ive les de bom beo . El lím ite s u p e r io r m e d io de l co e fic ie n te de p é rd ida de la m u e s tra de d ia m a n te se e s tim ó en 0 ,17 ± 0 ,05 % /cm a 1240 nm, que se e n cu e n tra ce rca de l v a lo r del c o e fic ie n te de a bso rc ió n típ ico (0 ,1 % /cm a 1064 nm ) para n itró g e n o m u y bajo (g e n e ra lm e n te no m ás de a p ro x im a d a m e n te 100 p pb ) de m ate ria l.
A u n q u e p ue de o b te n e rse una e fic ie n c ia lig e ra m e n te m a yo r o p tim iz a n d o el a co p la m ie n to de sa lid a , los re su lta d o s de e ste e s tu d io m u es tra n que la p rinc ip a l lim itac ió n para esta co n fig u ra c ió n es la p é rd ida de d ia m a n te en m asa. S u p o n ie n d o a va n ce s en el p ro ce so de c re c im ie n to de l d ia m a n te C V D , se e sp e ra q ue la e fic ie n c ia de l lá se r R am a n (y, en co n se cu e n c ia , la p o te n c ia de una luz de b o m b e o d e te rm in a d a ) m e jo re su s ta n c ia lm e n te en el fu tu ro .
El c a lo r d e p o s ita d o en los c ris ta le s R am an co n s is te en la p é rd ida ine lá s tica d eb ido al ca m b io R am an, que fu e de a p ro x im a d a m e n te 3 W para el lá se r de d ia m a n te d e sc rito a n te rio rm e n te , y la a b so rc ió n re s idu a l (que fu e de h as ta 8,5 W en el caso a n te rio r). La co n d u c tiv id a d té rm ic a s u p e r io r y el b a jo co e fic ie n te de e xp a n s ió n té rm ic a de l d ia m ante , co m b in a d o s con un d ise ño de re s o n a d o r con cén tr ico , a c túan para d is m in u ir el im p ac to de e s to s e fe c to s a m e d id a que el d is p o s itivo se e sca la a m a yo re s p o ten c ias . El p a rá m e tro de a lto ch o q u e té rm ic o p ara el d ia m a n te s es p ro m e te d o r para e sc a la r a a lta p o te n c ia sin d a ñ o s ca ta s tró fico s
Se e sp e ra que p uedan u tiliza rse de m a ne ra s im ila r o tros m e d io s R am an de a lta co n d u c tiv id a d té rm ica , ta le s com o c ris ta le s de tu n g s ta to , m o lib d a to y v a n a d a to s para o b te n e r a lta s p o ten c ias de luz R am an.
En una re a liza c ió n , el d ise ño de la cav idad e x te rn a p uede s e r un c o m p le m e n to s im p le a p lica b le a una v a rie d a d de te c n o lo g ía s de lá s e r de o nda con tin u a de a lta p o te n c ia ( in c lu y e n d o láse re s de fib ra de lon g itu d de o nda a ju s ta b le o fija ) para a m p lia r su rango de lon g itu d de o nda a tra vé s de casca d a de S toke s y co n ve rs ió n a rm ó n ica p o s te rio r o pc ion a l.
La g a n a n c ia re la tiv a m e n te a lta, la a lta co n d u c tiv id a d té rm ic a y e l b a jo co e fic ie n te de e xp a n s ió n té rm ic a de l d ia m a n te p ue de n p ro p o rc io n a r con ve rtid o re s de long itud de o nda de p o tenc ia to d a v ía m ás a lta con una a m p lia c ió n de fre cu en c ia m u y baja, a lto b rillo y ca lid ad de haz, lo que los hace m uy a d e cu a d o s para la co n ve rs ió n a rm ó n ica p os te rio r. P o r e je m p lo , la re s is te n c ia a la fra c tu ra de l d ia m a n te es re la tiva m e n te a lta. El p a rá m e tro de ch o q u e té rm ic o R [W /cm ] y el lím ite de p o ten c ia p ara fra c tu ra Plim [W ] se u tilizan a m e n u d o para c a ra c te r iza r los lím ites de fra c tu ra de c ris ta l para lá se re s b o m b e a d o s ó p tica m e n te . E s to s d os p a rá m e tro s e s tán re la c io n a d o s p o r Plim = 4.n .P /a , d o n d e a es la inve rsa de la lon g itu d del c ris ta l en el que se d ep o s ita la m a yo r parte de la e ne rg ía . El lím ite de p o ten c ia Plim es la p o te n c ia d e p o s ita d a en el c ris ta l cu a n d o p uede p ro d u c irse fra c tu ra . P ueden h a ce rse co m p a ra c io n e s de o rden de m a gn itu d con o tros m a te ria les . P ara va n a d a to , R = 4 ,8 W /cm , d on de para d ia m a n te R = 7 x104 W /cm . En co n se cu e n c ia , Plim para el d ia m a n te es de a p ro x im a d a m e n te 104 v e ce s m ás e levado .
El d ia m a n te co n s is te en dos re de s cú b ica s ce n tra d a s en la cara in te rp e n e tra n te s d e sp la za d a s p or un cua rto de la d ia g o n a l del cubo con p ro p ie d a d e s de s im e tría en la c lase de s is te m a de s ím b o lo s in te rn a c io n a le s Fd3m . La ce lda u n ita ria co n tie n e 8 á to m o s en el cubo de d im en s ió n la te ra l 0 ,36 nm, y es el m ás a tó m ica m e n te d en so de to d o s los só lidos. La s im e tría y la fue rte un ión co va le n te de la red re s tring e el e sp e c tro del fon ón ó p tico a fre cu e n c ia s sup e rio re s a 1000 cm -1. De hecho , la te m p e ra tu ra de D eb ye (2200 K), que m arca la te m p e ra tu ra para la cua l el núm e ro de o cu p a c ió n de los fo n o n e s ó p ticos se v u e lve s ig n ifica tivo , e xce d e en g ran m e d id a la de la m a yo ría de los o tros m a te ria le s a is la n te s . La re s is te nc ia té rm ica e x tre m a d a m e n te baja de l d ia m a n te y su ba jo coe fic ie n te de e xp an s ión son c o n se cu e n c ia s de la a lta te m p e ra tu ra de D ebye . El e sp e c tro R am an de p rim e r o rde n con tien e só lo la ca ra c te rís tica de trip le d e g e n e ra c ió n ún ica a 1332 ,3 cm -1 co rre sp o n d ie n te a los d e sp la za m ie n to s e n tre las dos redes cú b ica s in te rp e n e tra n te s a lo la rgo de l e n la ce d ia g o n a l de un ión. El a n ch o de línea es de a p ro x im a d a m e n te 1,5 cm -1. La s im e tría o b s ta cu liza la a bso rc ió n de red de p rim e r o rden que n o rm a lm e n te p ro p o rc io n a el lím ite de tra n sm is ió n de lon g itu d de o nda la rga de la m a yo ría de los m a te ria les . C om o resu ltado , el d ia m a n te tra n s m ite en to d a s las lon g itu de s de o nd a m e no s q ue la b an da p roh ib id a , con la e xce p c ió n de la re g ió n de 3-6 pm d o n d e la a b so rc ió n m o d e ra d a (< 10 c m -1) p re va le ce com o re su lta d o de p ro ce so s de m ú ltip le s fo n o n e s de o rden s u p e r io r p e rm itid os . T ie n e una banda a n ch a (e sp a c io in d ire c to de 5 ,47 e V ) que p ro p o rc io n a tra n sm is ió n de h asta 225 nm. A l tra ta rse de una red cúb ica , las p ro p ie d a d e s ó p tica s lin e a le s son iso tró p ica s .
La p o te n c ia de sa lid a e sp e c ífica y la lon g itu d de o nd a re q u e rid a s para una a p lica c ió n son p a rá m e tro s q ue d e te rm ina n la m e jo r o pc ión de m a te ria l R am an. En la T a b la 1 se re su m e n a lg u n a s de las p ro p ie d a d e s ó p tica s y fís ica s de im p o rta n c ia para el d ise ñ o y el re n d im ie n to de l lá se r R am an ju n to con e je m p lo s de o tro s c ris ta le s R am a n de uso com ú n que re p re se n ta n los n itra tos a lca lin o s (o yod a to ), tu n g s ta to s de un so lo m eta l, tu n g s ta to s de d ob le m e ta l y va n a d a to s de m eta l. El t ie m p o de d es fase de fo n o n e s T2 y el a ncho de línea A v están re la c io n a d o s a tra vé s de T 2= (n c A v )-1. A p rim e ra v is ta , las ca ra c te rís tica s s o b re sa lie n te s de l d ia m a n te son su a lta co n d u c tiv id a d té rm ica , bajo coe fic ie n te de e xp an s ión té rm ica , a m p lio ra ng o de tra n sm is ió n y gran ca m b io R am an. La cap ac id ad de l d ia m a n te para de s e r un im p orta n te m a te ria l lá se r R am an v ie n e dada p o r una gran can tida d de o tras va ria b le s , inc lu ye nd o su ca p a c id a d para d is ip a r rá p id a m e n te el ca lo r, la ro bu s te z , la a b so rc ió n y la d isp e rs ió n , a s í com o a sp e c to s p rác ticos ta le s co m o la ca p a c id a d de fa b rica c ió n con re cu b rim ie n to s ó p tico s robus tos . La c o n d u c tiv id a d té rm ic a p ue de s e r una fu n c ió n de la te m p e ra tu ra y, en g en era l, d ism in u ye para la m a yo ría de los m a te ria le s a te m p e ra tu ra s m á s a ltas. P o r lo tan to , el uso de m a te ria le s de co n d u c tiv id a d té rm ica n a tu ra lm e n te m ás e le vad a , p o r e jem p lo , el d ia m a nte , p uede e v ita r un "e sca p e té rm ic o " que puede p ro d u c irse cua nd o se u tilizan o tros m e d io s R am an, p o r lo que un a u m e n to de la te m p e ra tu ra reduce la cap ac id ad de l m e d io R am an para tra n s p o rta r el ca lo r, a u m e n ta n d o to d a v ía m ás la te m p e ra tu ra de l m e d io R am an.
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Figure imgf000013_0001
P ue d e se r d ese a b le te n e r una p érd ida p o r d eb a jo de c ie rto lím ite s u p e rio r para p e rm itir un fu n c io n a m ie n to óp tim o. Una e s tim a c ió n para el lím ite s u p e rio r p uede d e riva rse de la e xp re s ió n P é rd id a [% ] < 100 [exp (2Iin.g'.l/As)-1], d o n d e Iin es la in te n s id a d de la luz re c ib id a en el c ris ta l, g'/As es el co e fic ie n te de g a n a n c ia R am an (d o n d e g' es a p ro x im a d a m e n te in d e p e n d ie n te de la long itud de onda de S tokes As), y l es la long itud del cris ta l). P uede a p re c ia rse q ue el lím ite su p e rio r de la p érd ida a u m e n ta con la po tenc ia de luz rec ib ida e inve rsam en te con la long itud de o nda de S tokes. En un e jem plo, g'/A = 10 cm /G W , l = 1 cm e Iin = 0 ,8 M W /c m 2 y la p érd ida m á x im a es 1,6% . P uede u tiliza rse un a co p la m ie n to de sa lida de a p ro x im a d a m e n te 0 ,5 % con o tras p é rd id a s de re s o n a d o r de a p ro x im a d a m e n te 0 ,4 % p o r tra ye c to ria de ida y vu e lta (p é rd id a s co m b in a d a s de a bso rc ió n y d isp e rs ió n en el d ia m a n te ), d an do las p é rd ida s to ta le s de tra ye c to ria de ida y v u e lta de a p ro x im a d a m e n te 1%, con un re n d im ie n to sa tis fa c to rio .
C on el fin de d e te rm in a r los lím ites de p o te n c ia a p ro x im a d o s p ara v a r io s c ris ta le s R am an, se ca lcu ló la p o ten c ia de la len te té rm ica y su e fe c to sob re la e s ta b ilid a d de l re s o n a d o r p ara v a r io s m a te ria le s de e jem p lo .
La len te té rm ica en el c ris ta l se d e te rm in ó ca lcu la n d o la d e p o s ic ió n de c a lo r en el c ris ta l d eb ido a la a bso rc ió n del c ris ta l R am a n y a la g e n e ra c ió n de los fo n o n e s ó p ticos p o r el p roce so R am an. Se sup on e q ue la po ten c ia se co n v ie rte en c a lo r en el c ris ta l con la m ism a d e p e n d e n c ia e sp a c ia l que el haz de S toke s. A p a rtir de la o b se rva c ió n y el a ná lis is te ó rico , y s u p o n ie n d o q ue p o r e n c im a del u m b ra l to d o s los fo to n e s de b om b eo se c o n v ie rte n en S toke s, la sa lid a de S to ke s g e n e ra d a para un lá se r R am a n v ie n e d ad a re sp e c to a una p rim e ra a p ro x im a c ió n por:
P A„
to ta l=A -s f( P -P th)
d on de P totai es la p o te n c ia de S toke s g e n e ra d o d en tro de la cav ida d , Ap es la long itud de o nda de bom b eo , As es la lo n g itu d de o n d a de S tokes, P es la p o ten c ia de b om b eo (es dec ir, la p o te n c ia de la luz 12) y P th es el u m bra l de la p o te n c ia de bom beo . D e b id o a las p é rd ida s de a b so rc ió n y d isp e rs ió n en el c ris ta l, la fra cc ió n de esta po ten c ia que sa le de l re s o n a d o r es
P o u t / P t o t a i eXp (2 a l 2 ln (1 - L ) ) - Roc
d o n d e P out es la p o te n c ia de sa lid a de S toke s, R oc es la re fle c tiv id a d de l a co p la d o r de sa lid a , a es el co e fic ie n te de a b so rc ió n de d ia m ante , l es la long itud de l c ris ta l y L son p é rd id a s a d ic io n a le s , p o r e je m p lo , d isp e rs ió n . La p o tenc ia d e p o s ita d a en el c ris ta l P dep está d o m in a d a p o r la p é rd id a de a b so rc ió n y la g e n e ra c ió n de fo n o n e s . D e b id o a q ue la in te ns id ad de S to ke s en el c ris ta l es m u ch o m ás e le va d a q ue el bom beo , la a bso rc ió n p o r parte de l b om b eo p uede no te n e rse en cu e n ta y
p r o u t
dep 1 - Rn, ( i - ' - “ ) M S - i )
d o n d e la p rim era parte re p re se n ta la p érd ida de l ca m p o de S to ke s in tra ca v ita rio d e b id o a la a bso rc ió n y la se g u n d a p arte es la p é rd ida a fo n o n e s y d e p e n d e de l ca m b io m a te ria l R am an, UR,p son las fre cu e n c ia s a n g u la re s R am a n y de bom b eo . La p o te n c ia de la len te té rm ic a en fu n c ió n de Pdep es
Figure imgf000014_0001
d o n d e wo es el ra d io de l haz, v es el n úm e ro de P o isson , n es el índ ice de re fra cc ió n , T la te m p e ra tu ra , a r es el c o e fic ie n te de e xp an s ión té rm ica , k es la co n d u c tiv id a d té rm ica . En la ta b la 1 se dan va lo re s a p ro x im a d o s para los d is tin to s m a te ria les .
La len te té rm ic a in flu ye en el ta m a ñ o del m o do en el c ris ta l R am a n y p ue de fo rz a r al re s o n a d o r a v o lv e rs e ine s tab le . De a cu e rd o con lo d e te rm in a d o p o r el m o d e lo de haz de m a triz A B C D , el ra d io de c in tu ra va ría con Pdep. La fig u ra 7 m u es tra la d e p e n d e n c ia del rad io de c in tu ra de la p o ten c ia té rm ic a d ep os itad a , s ien do las cu rva s de a rriba a aba jo co rte a de Y V O 4, co rte b p o la r a de KG W , corte b p o la r c de K G W , d ia m a n te , B a W Ü 4, y n itra to de bario . P ara p e rm itir la co m p a ra c ió n d irec ta de m a te ria les , el cá lcu lo se ha re a liza d o para una cu rva tu ra e sp e c u la r fija (rad io de 5 cm ) con lon g itu d de c ris ta l l= 1 cm y con una s e p a ra c ió n in ic ia l e s p e c u la r (ca rg a de c a lo r ce ro ) que p ro p o rc io n a un rad io de c in tu ra de 31 pm.
Se a p re c ia q ue la cav ida d es ine s tab le para Pdep m a yo r que 0 ,1 -1,5 W para la m a yo ría de los m a te ria le s , e xce p to el d ia m a n te . Las e xc e le n te s p ro p ie d a d e s té rm ic a s de l d ia m a n te p e rm ite n m ás de 35 W de c a lo r a n tes de q ue la cav idad se v u e lva ines tab le .
En las fig u ra s 8 a 14 se re p re se n ta la p o te n c ia de sa lid a y la d e p e n d e n c ia de la e fic ie n c ia de la p o te n c ia de bom beo, d e riva d a s de las e cu a c io n e s a n te r io re s h as ta el lím ite de esta b ilida d .
La p o ten c ia de sa lid a m á x im a q ue se m u es tra ind ica el pun to en el que la cav ida d se v u e lve ine s tab le . O p e ra r el láse r a p o te n c ia s c e rca n a s a e s to s n ive le s p u e d e d a r co m o re su lta d o una d ism in u c ió n de la e fic ie n c ia y u na re du cc ió n de la ca lid ad de l rayo láser. P ue d en o b te n e rse p o ten c ias m ás e le va d a s u tiliza n d o e sp e jo s de m a yo r cu rva tu ra , o c o lo ca n d o re cu b rim ie n to s e sp e cu la re s en las ca ra s de l c ris ta l R am a n, o co lo ca n d o una len te in tra ca v ita r ia de a cc ión con tra ria d en tro de l re son ad or. S in em ba rg o , la m e d id a en que e s ta s e s tra te g ia s son p rác ticas p uede se r lim itada. P o r e je m p lo , e sp e jo s re ve s tid o s con un ra d io de cu rva tu ra p e q u e ñ o y un d iá m e tro g ra n d e son co s to so s o poco p rá c tico s de fa b rica r. A d e m á s , p o r e je m p lo , la in co rp o ra c ió n de len tes in tra ca v ita r ia s p uede e le v a r su s ta n c ia lm e n te el u m bra l de l lá se r y re d u c ir el ra ng o o p e ra tivo estab le .
La p o tenc ia de sa lida ta m b ié n se ca lcu ló para el caso con la se g u n d a g e n e ra c ió n de a rm ó n ico s in tra ca v ita rio s del p rim e r S toke s al u ltrav io le ta . En este caso, el re so n a d o r cons ta de a ltos re fle c to re s a las lon g itu de s de o nda de bom b eo y S toke s, y el a rm ó n ico se e m ite e fic ie n te m e n te d e sd e el re s o n a d o r (vé ase , p o r e je m p lo , la fig u ra 15, q ue m u e s tra el co e fic ie n te de a co p la m ie n to de sa lid a no line a l ó p tim o para el re s o n a d o r con d ia m a n te ). El a co p la m ie n to e fe c tivo de sa lid a de re s o n a d o r en e ste ca so es una fu n c ió n de la p o te n c ia de S tokes.
Los cá lcu lo s a n te r io re s c o m p a ra n d o m a te ria le s se re a liza ro n para el caso de una luz de b om b eo v e rd e (532 nm ) que p ro d u ce un p rim e r S toke s am arillo , y en el se g u n d o a rm ó n ico en el u ltrav io le ta . Los re su ltad o s ta m b ié n son ind ica tivos de la p o ten c ia y el re n d im ie n to p rob a b le s para la co n ve rs ió n de lon g itu de s de o nda in fra rro ja s a lon g itu de s de onda in fra rro ja s de S to ke s y a lon g itu de s de onda v is ib le s m e d ia n te g e n e ra c ió n a rm ó n ica en un m e d io no linea l s itu a do d en tro del re son ad or.
El b o m b e o de láse re s R am an en las lon g itu de s o nda ve rd e p uede g e n e ra r lon g itu de s de o nda de S tokes en lon g itu de s de o nd a a m arilla y ro ja, y en lo n g itu d e s de o nd a u ltra v io le ta U V -C y U V -B a tra vé s de g e n e ra c ió n a rm ó n ica in tra ca v ita ria . A m b a s re g io ne s de lon g itu d de o nd a tie n e n m u ch as a p lica c io n e s im p orta n te s , p e ro se ha d e scu b ie rto q ue son d ifíc ile s de g e n e ra r u tiliza n d o o tros m e d io s. A n te una re a liza c ió n d e sc rita aquí, las fu e n te s de lá se r de cw de a lta po ten c ia en u ltrav io le ta eran p a rticu la rm e n te d ifíc ile s de re a liz a r d eb ido a la fa lta de e le m e n to s e s ta b le s de con ve rs ió n de fre cu e n c ia cas i c o m p a tib le s en fa se para el u ltrav io le ta , o los e s tric to s re q u is ito s e s ta b le c id o s en el láse r fu n d a m e n ta l y ó p tica s de g e n e ra c ió n a rm ó n ic a en el caso de e sq u e m a s de g e n e ra c ió n de a rm ó n ico s de ca v id a d e s m e jo rad os . El ca m p o in tra ca v ita rio m e jo ra d o a una lon g itu d de o nda de S to ke s c re a d a p o r la g a n a n c ia R am a n puede p e rm itir una co n ve rs ió n e fic ie n te a la ra d ia c ión U V u tiliza n d o S F G y S H G de cuas i a ju s te de fa se de T ipo I y II c o n ve n c io n a le s E sta so lu c ió n p ro p o rc io n a un p ro ce d im ie n to para d e s a rro lla r la te c n o lo g ía de lá se r ve rd e de cw m a du ro , ta l com o láse re s Nd e Y b de se g u n d o a rm ó n ico , y lá se re s s e m ico n d u c to re s b o m b e a d o s ó p tica m e n te , para g e n e ra r h aces U V de cw con a lta e fic ie n c ia y a lta po tenc ia .
M o d e la d o
El m o d e la d o m a te m á tico es una h e rra m ie n ta útil para la o p tim iza c ió n de l re n d im ie n to del láser. El m o d e lo ide n tifica p a rá m e tro s cuyo ca m b io p uede d a r lu g a r a una m a yo r p o te n c ia de sa lid a o un m e n o r u m bra l de fu n c io n a m ie n to .
El re n d im ie n to del lá se r se ca lcu ló en fu n c ió n de p a rá m e tro s de d ise ño del lá se r d e riva n d o una so luc ión a na lítica para la p o te n c ia de sa lida de S toke s. C o m e n za n d o con e cu a c io n e s a co p la d a s c re c im ie n to y d ec live de la in te ns id ad para S to ke s y bom beo:
d l L ( r , z )
dz 9 r iP iL — a lL
Figure imgf000015_0001
d o n d e ISint es la in te ns id ad de S to ke s en un m e d io R am an, IP es la in te ns id ad de bom beo , go,R es g a n a n c ia R am a n de señ a l p eq ue ña a long itud de o nd a de S toke s y b o m b e o re sp e c tiva m e n te , a y p p é rd ida s de a b so rc ió n a long itud de o nd a de S toke s y bom beo , que son vá lid a s para ca m p o s q ue e vo lu c io n a n le n ta m e n te en c o m p a ra c ió n con el t ie m p o de d e s fa se de fon on es . Para s im p lif ic a r el a ná lis is , se con s id e ra a q u í só lo el caso e sp ec ia l en que la con e x ió n en ca sca d a al se g u n d o S to ke s es ins ig n ifica n te . S u p o n ie n d o q ue los p e rfile s de in te ns id ad q ue se p rop a ga n a tra vé s del c ris ta l son g a u ss ia n o s , y d ado que, en la cav ida d de S to ke s de a lta finu ra , el c re c im ie n to de S toke s a tra vé s de l c ris ta l para cad a tra ye c to ria de ida y vu e lta y sus p é rd ida s d e b id o al a co p la m ie n to de sa lid a y la a bso rc ió n son p eq ue ña s, se obtiene :
Figure imgf000015_0002
d o n d e Ppin es la p o ten c ia de e n tra da de bom beo , PSout po ten c ia de sa lid a de S tokes, Xs , Xp son lo n g itu d e s de o nda de S to ke s y de bom beo , T a co p la m ie n to de sa lida , L lon g itu d de l d ia m a n te , a p é rd ida de a b so rc ió n de l d ia m a n te , G g a n a n c ia R am a n en una g e o m e tría e n fo ca d a d e te rm in a d a por:
Figure imgf000015_0003
d o n d e gs es el co e fic ie n te de g a n a n c ia R am a n y b un p a rá m e tro co n fo ca l de b o m b e o (se su p o n e igua l q ue S tokes).
En la fig u ra 16 se m u e s tra una co m p a ra c ió n de l m o d e lo con los d a tos m e d id o s para los p a rá m e tro s m e d id o s del s is te m a q ue se dan en la T a b la A . El m o d e lo p red ice con p re c is ió n el u m bra l y la e fic ie n c ia de la p e n d ie n te de l lá se r R am an. A lg u n a d is c re p a n c ia e n tre el m o de lo y el e xp e rim e n to , p a rticu la rm e n te en la p o te n c ia re s idu a l de bom beo, e s tá p ro d u c id a p o r s u p o n e r una fo rm a g a u ss ia n a de b om b eo re s idu a l. La fig u ra 16 m u e s tra una co m p a ra c ió n del m o d e lo con los d a tos m e d idos .
T a b la A. P a rá m e tro s in ic ia les de l m o de lo
Figure imgf000016_0003
P ara cad a n ive l de p o te n c ia de bom b eo , en g en era l, es p os ib le e n c o n tra r un a co p la m ie n to de sa lid a que m a x im ice la sa lid a de S tokes. No es p os ib le e n c o n tra r una p o ten c ia m á x im a de S toke s de la e cu a c ió n (2 ) en fo rm a ana lítica . En la fig u ra 17 se m u es tra una so luc ión n um é rica para los p a rá m e tro s que se dan en la T a b la B, que m u es tra el a co p la m ie n to de sa lid a en fu n c ió n de la p o te n c ia de sa lid a de S to ke s para d ife re n te s n ive les de p o te n c ia de bom beo. La línea que se o rig in a en la e sq u in a in fe rio r izqu ie rda m u e s tra un O C ó p tim o donde , para una sa lida de S tokes d e te rm in a d a , el b om b eo se m in im iza .
P ara el s is te m a a c tu a l u tiliza n d o d ia m a n te , el O C ó p tim o se e n cu e n tra e n tre 0 ,5 y 1% para p o ten c ias de sa lid a de 10­ 20 W .
Los p a rá m e tro s in ic ia les se e n u m e ra n en la T a b la B.
T a b la B. P a rá m e tro s in ic ia les de l m o de lo
Figure imgf000016_0004
P ara un O C dado, el m o de lo p red ice cóm o d e p e n d e el u m bra l de g e n e ra c ió n de los ca m b io s de v a r io s p a rá m e tro s del s is te m a. El u m bra l p ue de ca lcu la rse lim ita n d o la sa lid a de S to ke s a 0 en la e cu a c ió n (2):
T 2 a L
Pr —
th r = 2 g s atan(C ) ^
Figure imgf000016_0001
d on de bp y bs son p a rá m e tro s co n fo ca le s de b o m b e o y h aces S tokes, re sp e c tiva m e n te . En la e cu a c ió n (4 ) se p erm ite una so lu c ió n d ife re n te de los ca m p o s de b o m b e o y S tokes. El p a rá m e tro con foca l e stá re lac io na do con rad io de c in tu ra de b om b eo y S toke s wqp,s com o:
, 2" wo ,p,s
°P,S = Á j p,s .
La fig u ra 18 m u es tra el u m bra l en fun c ión de los p a rá m e tros co n fo ca le s de b o m b e o y S tokes, para los p a rá m e tros que se dan en la T a b la B y O C de un 0 ,4% . S e p red ice que la re lac ión ó p tim a de bp/bs es 0,4. E s to p uede e s ta r re lac io na do con la re lac ió n de l ra d io de c in tu ra com o:
Figure imgf000016_0002
lo q ue su g ie re q ue el rad io de c in tu ra de b o m b e o de 1064 nm d ebe s e r ~ 0 ,6 v e ce s m e n o r que la c in tu ra de S to ke s de 1240 nm.
P ara un e n fo q u e dado, la a b so rc ió n re s id u a l del c ris ta l a a u m e n ta lin e a lm e n te con la lon g itu d de l c ris ta l L (vé ase e cu ac ió n (4)). La señ a l g a n a n c ia p eq ue ña g s , p o r o tra parte , se m u ltip lica p o r a tan (L /b) com o re su ltad o de un e n foq ue p o ten te . P ara un c ris ta l m u ch o m ás la rgo que el p a rá m e tro co n fo ca l, a ta n se lim ita a n /2 y las p é rd id a s co m ie n za n a dom in a r. La fig u ra 19 m u e s tra el u m bra l en fu n c ió n de la a bso rc ió n y lon g itu d re s idu a l del d ia m a n te , y la long itud ó p tim a de l c ris ta l p a ra los p a rá m e tro s de l lá se r que figu ra n en la T a b la B.
En la a c tu a lid ad , las m u e s tra s de d ia m a n te s p rese n ta n una a b so rc ió n re s id u a l de 0 ,1 -0 ,5 % /cm . La lon g itu d ó p tim a p rev is ta de l c ris ta l para el caso m o de lad o de la T a b la B es de 7 -10 mm . De m a ne ra s im ila r, el m o d e lo p uede u tiliza rse p ara d e te rm in a r los p a rá m e tro s ó p tim o s para o tros p a rá m e tro s de l s is te m a , in c lu ye n d o o tros v a lo re s de long itud de o nd a de bom beo , a b s o rc ió n de c ris ta le s y p é rd id a de d isp e rs ió n , lon g itu d de l cris ta l, cu rva tu ra s e sp e cu la re s y o tros c ris ta le s R am an.
Las p re d icc io n e s del m o de lo a n a lítico de u m bra l y e fic ie n c ia de la p en d ie n te co n cu e rd a n con el re n d im ie n to m e d id o de l lá se r R am an y pueden u tiliza rse para la o p tim iza c ió n del s is te m a. P uede e n co n tra rse un a co p la m ie n to de sa lid a ó p tim o para una p o te n c ia de b o m b e o d ad a o una sa lid a de S to ke s d esea da . El u m bra l p ue de m in im iza rse re sp e c to a ta m a ñ o s de pun to de b om b eo y S tokes. El m o de lo ta m b ié n m u e s tra que c ris ta le s m ás la rgos de 1 cm p ueden se r c o n tra p ro d u c e n te s p ara el m a te ria l de d ia m a n te de a b so rc ió n to ta l y p é rd id a de d isp e rs ió n de a p ro x im a d a m e n te m ás de 0 ,2% /cm .
U no s va lo re s de p érd ida de re s o n a d o r su p e rio re s a un 5 % son g e n e ra lm e n te p ro b le m á tico s a m e d id a que a u m e n ta la p o te n c ia um bra l de b o m b e o y para una p o ten c ia de b o m b e o d isp o n ib le d e te rm in a d a , el d isp o s itivo se vu e lve ine fic ie n te . P ara el e je m p lo de l p rese n te d isp o s itivo 50 de la figu ra 3 que p ro p o rc io n a b a a p ro x im a d a m e n te 10 W de sa lid a de S tokes, los s o lic ita n te s han d e te rm in a d o que a u m e n ta r la p é rd ida del re s o n a d o r en la long itud de onda de S to ke s de e n tre un 1,5% y un 5% hará que el u m bra l a u m e n te a p ro x im a d a m e n te 3 ,3 ve ce s a 36W , lo que es m ás que la p o te n c ia de b o m b e o d isp o n ib le para ese s is te m a. La fig u ra 22 m u e s tra una g rá fica b id im e n s io n a l de la p o te n c ia de e n tra da re q u e rid a para g e n e ra r 10 W de luz R am a n (p o te nc ia de S toke s) en fun c ión del a co p la d o r de sa lida y la pérd ida de a b so rc ió n /d isp e rs ió n en el d ia m a n te en fu n c ió n del m o d e lo /e cu a c io n e s d e sc rita s a n te r io rm e n te (a q u í no se tie n e en cu e n ta p é rd id a s de re flex ión de cris ta l, pero p ue de su p o n e rse q ue ta le s p é rd id a s están in co rp o ra d a s en la p érd ida de a co p la m ie n to de sa lida , p o r e je m p lo ). La g rá fica de la fig u ra 22 m u e s tra q ue un fu n c io n a m ie n to e fic ie n te de la re a liza c ió n de la fig u ra 3 (o la fig u ra 1) co rre sp o n d e a la re g ión in fe rio r izq u ie rd a de la g rá fica , d o n d e el a co p la m ie n to de sa lida de su m a y la p érd ida de a b so rc ió n /d isp e rs ió n es in fe rio r a a p ro x im a d a m e n te un 2% , p o r e je m p lo , no m ás de un 1,5% . La g rá fica ind ica que, con p é rd id a s m a yo re s de a p ro x im a d a m e n te un 5% , el d isp o s itivo d e ja de s e r p rác tico en v is ta de las a ltas p o ten c ias de bom b eo re q u e rid a s (la p o te n c ia de la luz). La g rá fica ta m b ié n m u es tra que el a co p la m ie n to de sa lida d eb e se r p eq u e ñ o en co m p a ra c ió n con la p é rd ida de a b so rc ió n /d isp e rs ió n de la tra ye c to ria de ida y v u e lta para o b te n e r la m a yo r e fic ien c ia . U na so lu c ió n m á s e s tric ta de l haz de b o m b e o p ue de p e rm itir q ue se re d u zca el um bra l, pero e s ta so lu c ió n tie n e un b e n e fic io m u y lim itad o d e b id o a la d ism in u c ió n de l p a rá m e tro co n fo ca l y, p o r lo tan to , a la lon g itu d e fe c tiva de l cris ta l, lo q ue te n d rá un e fe c to c o n tra rre s ta n te (se h a c e r re fe re n c ia a la figu ra 19). In c lu so si se u tilizan lá se re s de b o m b e o m u ch o m ás e le va d o s q ue 36W , el a co p la m ie n to de sa lid a ó p tim o s igue e s ta n d o p o r d eb a jo de un 5% ya que es n ecesa rio a u m e n ta r el ta m a ñ o del pun to de b om b eo para e v ita r una len te té rm ic a m u y g ran d e (se h a ce r re fe re n c ia a la e cu a c ió n para la po ten c ia de la len te té rm ica en la p ág ina 22 ) o p o s ib le m e n te ta m b ié n d año cris ta lin o . P ara un e je m p lo en el q ue se u tiliza un lá se r de b o m b e o m uy g ra n d e para g e n e ra r 1000 W de sa lida de S toke s, y el á rea de l ta m a ñ o del pun to se in c re m e n ta para a se g u ra r q ue la in te ns id ad in c id e n te s iga s ien do a p ro x im a d a m e n te igua l (p o r lo tan to , se m e jo ra la len te té rm ic a y se evitan d añ os), la c ifra de p é rd id a ó p tim a s igue s ien do in fe rio r a un 2% , p o r e je m p lo , no m ás de un 1,5% (vé a se fig u ra 23). R esp e c to a las re a liza c io n e s de las fig u ra s 1 y 3, p o r e je m p lo , y los re su lta d o s del m o de lo en las fig u ra s 22 y 23, e x is te c ie rto m argen para a u m e n ta r la p o te n c ia de b o m b e o sin c a m b ia r el ta m a ñ o del pun to , sin e m b a rg o , se e sp e ra q ue e s to sea p os ib le só lo para un a u m e n to de p o te n c ia de fa c to r 2 o 3 a n tes de q ue el re n d im ie n to se ve a g ra ve m e n te a fe c ta d o p o r el re s o n a d o r de S to ke s q ue se a ce rca al lím ite de ine s tab ilid a d .
H a y q u e te n e r en cu e n ta q ue la c o m p e n s a c ió n de la len te té rm ic a en el m a te ria l R am a n p ue de lo g ra rse m e d ia n te la in trod ucc ión de len tes co n tra rre s ta n te s en el re son ad or. E s to pod ría log ra rse en la p rác tica ca m b ia n d o la cu rva tu ra del re son ad or, co lo ca n d o len tes a d ya ce n te s al m a te ria l R am a n o co lo ca n d o su p e rfic ie s cu rva s en el m a te ria l R am an. Sin e m ba rg o , e sta e s tra te g ia d ará lu g a r a un a u m e n to de l u m bra l de l lá se r y un ra ng o o p e ra tivo lá se r m u y re d u c id o para un re s o n a d o r cas i co n cé n tr ico . En el ca so de su p e rfic ie s cu rva s en el m a te ria l R am an, é stas son d ifíc ile s de fab rica r.
P ue d en re a liza rse v a r ia c io n e s y /o m o d ifica c io n e s en las re a liza c io n e s d e sc rita s sin a pa rta rse de l a lca n ce de la in ve n c ió n que se d e fine p or las re iv in d ica c io n e s . P o r e je m p lo , la fu e n te de luz p ue de c o m p re n d e r p o r lo m e no s uno de un lá se r de gas, un lá se r q ue tie n e iones de neo d im io , un lá se r q ue tie n e iones de ite rb io , un lá se r q ue tie n e iones de ho lm io , un lá se r q ue tie n e iones de tu lio , un lá se r q ue tie n e ion e s de e rb io , un s in to n iz a d o r láser, un lá se r de fibra, un lá se r q ue tie n e un m e d io lá se r de e s ta d o só lid o , un lá se r q u e tie n e m e d io c ris ta lin o a g ran e l, un lá s e r e s tre ch o de a ncho de línea, un lá se r de d iodo y un lá se r de d iodo cón ico . En g en era l, puede u tiliza rse c u a lq u ie r fu e n te de luz a d e cu a d a . La luz p uede te n e r una p lu ra lid a d de m o do s e sp ac ia le s . La luz p ue de c o m p re n d e r m ú ltip le s h aces que e n tre n en el m a te ria l R am a n en d ife re n te s á n g u lo s . P uede u tiliza rse c u a lq u ie r fu e n te de luz a d e cu a d a . La e s tru c tu ra re so n a n te puede c o m p re n d e r un e ta lon . P o r lo tan to , las p rese n te s re a liza c io n e s deben co n s id e ra rse en to d o s los a sp e c to s ilu s tra tiva s y no re s tric tivas .
La té c n ica a n te r io r d e sc rita aquí, si la hay, no d ebe to m a rse com o una a dm is ión de q ue la té cn ica a n te r io r fo rm a parte de l co n o c im ie n to g e n e ra l com ú n en c u a lq u ie r ju r isd ic c ió n .
En las s ig u ie n te s re iv in d ica c io n e s y en la d e sc rip c ió n a n te r io r de la inve nc ión , e xce p to cu a n d o el co n te x to re qu ie ra lo co n tra r io d eb ido a un len g ua je e xp re so o im p lica c ió n n ece sa ria , la p a la b ra "c o m p re n d e " o v a r ia c io n e s ta le s com o "co m p re n d e n " o "q u e co m p re n d e (n )" se u tiliza en un se n tid o inc lus ivo , para e sp e c ifica r la p re se n c ia de las c a ra c te rís tica s ind icad as , pero no para im p e d ir la p re se n c ia o a d ic ión de c a ra c te rís tica s a d ic io n a le s en d ive rsas re a liza c io n e s de la inve nc ión .

Claims (21)

R E IV IN D IC A C IO N E S
1. D isp o s itivo (30), que co m p re n d e una e s tru c tu ra re son an te co n fig u ra d a para re so n a r luz lá se r R am an de onda con tinu a , in c lu ye n d o la e s tru c tu ra re son an te :
un m e d io R am an (42 ) que tie n e una co n d u c tiv id a d té rm ic a s u p e r io r a 2 W /K /m , e s ta n d o d isp u e s to el m e d io R am an (42 ) e n tre un a c o p la d o r de e n tra d a (34 ) y un m e d io no linea l de se g u n d o o rde n (44), en el que:
el a c o p la d o r de e n tra d a (34 ) e stá co n fig u ra d o para tra n s m it ir luz lá se r de b om b eo de o nda c o n tin u a (12 ) para el m e d io R am an re c ib id o d esde una fu e n te de luz e x te rn a s itu a d a e x te rn a m e n te al d isp o s itivo (30), s ien do el a co p la d o r de e n tra da (34 ) re fle c ta n te para re s o n a r la luz lá se r R am an de o nda con tin u a g en e rad a p o r una in te ra cc ió n R am a n e n tre el m e d io R am a n (42 ) y la luz lá se r de b o m b e o de o nda co n tin u a (12);
e s ta n d o d isp u e s to el m e d io no linea l de s e g u n d o o rde n (44 ) d en tro de la e s tru c tu ra re son an te , y d isp u e s to para in te ra c tu a r con la luz lá se r de b o m b e o de o n d a co n tin u a (12 ) y la luz lá s e r R am a n de o nd a co n tin u a o con la luz lá se r R am a n de o nd a co n tin u a p ara g e n e ra r o tro lá se r de o nd a co n tin u a luz (46); e
in c lu ye n d o la e s tru c tu ra re so n a n te un a c o p la d o r de sa lida (40 ) co n fig u ra d o para s e r a lta m e n te tra n s m is o r de la o tra luz lá se r de o nda con tin u a (46 ) para que la o tra luz lá se r de onda con tin u a (46 ) sa lga de la e s tru c tu ra re son an te ;
y en el que un p e ríodo del c ic lo de re so n a n c ia de la e s tru c tu ra re son an te p rod u ce una p érd ida de m e no s de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am a n re so n a n te en el p e río do del c ic lo de re so n a n c ia p ara fa c ilita r una g e n e ra c ió n de luz R am an de o nd a con tinu a , en el q ue el p e río do de l c ic lo de re so n a n c ia es el tie m p o n ece sa rio para que la luz lá se r R am an de o nda co n tin u a re so n a n te re a lice una tra ye c to ria de ida y v u e lta d en tro de la e s tru c tu ra re son an te .
2. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 1, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el m e d io R am an (42 ) tie n e p o r lo m e n o s una p é rd id a de a b so rc ió n y d isp e rs ió n q ue re du ce la p o te n c ia de la luz R am a n re so n a n te en m e n o s de un 2 % cu a n d o se pasa a tra vé s de l m ism o.
3. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 1 o la re iv in d ica c ió n 2, c a ra c te r iza d o p o r el h echo de que co m p re n d e una p lu ra lida d de su p e rfic ie s re fle c ta n te s sep a rad as .
4. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s an te rio res , ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el m e d io R am a n es c ris ta lin o y co m p re n d e p o r lo m e no s un e le m e n to de l G ru p o IV de la ta b la periód ica .
5. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s an te rio res , ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el m e d io R am an (42 ) co m p re n d e d ia m ante .
6. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 5, d isp u e s to p ara q ue un v e c to r de p o la riza c ió n de la luz R am a n q u e d e a lin e a d o con un e je < 111 > del d ia m ante .
7. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 1, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el a co p la d o r de sa lid a (40) de la e s tru c tu ra re so n a n te está d isp u e s to para p a s a r p o r lo m e no s un 50 % de la o tra luz lá se r de o nda co n tin u a (46).
8. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s an te rio res , ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue la e s tru c tu ra re so n a n te co m p re n d e un re s o n a d o r de anillo .
9. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s an te rio res , c o n fig u ra d o de m a n e ra q ue el d iá m e tro de la luz lá se r de b o m b e o de o nd a co n tin u a es e n tre 0 ,5 y 0 ,7 v e ce s m ás p e q u e ñ o q ue el d iá m e tro de la luz R am a n d en tro de l m e d io R am a n (42).
10. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con c u a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s a n te rio res , c a ra c te r iza d o p o r el h echo de que co m p re n d e un m e d io de tra s la d o del m e d io R am an que puede a cc io n a rse para tra s la d a r el m e d io R am an para c o n tro la r el e fe c to de b irre frin g e n c ia del m e d io R am a n sob re la luz R am an.
11. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 5, co n fig u ra d o de m a n e ra q ue un ra d io de c in tu ra de la luz láse r de b o m b e o de o nd a co n tin u a d en tro de l m e d io R am a n (42 ) se e n cu e n tra en el rango e n tre 31 m ic ra s y 60 m icras.
12. D isp o s itivo (30 ) de a cu e rdo con la re iv in d ica c ió n 5, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue un eje rá p ido de la b irre frin g e n c ia de l m e d io R am a n m e d id a en la d ire cc ió n de p ro p a g a c ió n es p a ra le lo a un e je < 111 > de l d ia m a nte .
13. S is te m a lá se r q ue co m p re n d e un d isp o s itivo (30 ) de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 1 y u na fu e n te de luz e x te rna , c a ra c te r iza d o p o r el h echo de que el d isp o s itivo y la fu e n te de luz e x te rn a están d isp u e s to s de m a n e ra co o p e ra tiva p ara q ue el d isp o s itivo (30 ) re c iba la luz lá se r de b o m b e o de o nd a co n tin u a (12 ) d e sd e el e x te rio r fu e n te de luz, en el q ue la fu e n te de luz e x te rn a co m p re n d e p o r lo m e n o s uno de un lá s e r de gas, un lá se r q ue tie n e ion e s de n eo d im io , un lá se r q ue tie n e ion e s de ite rb io , un lá s e r q ue tie n e iones de h o lm io , un lá s e r q ue tie n e ion e s de tu lio , un lá s e r que tie n e iones de e rb io , un lá se r s in to n iza b le , un lá se r de fib ra , un lá se r s e m ic o n d u c to r b o m b e a d o ó p tica m e n te , un lá se r de v a p o r a lca lin o b o m b e a d o p o r d iodo, un lá se r q u ím ico , un lá se r q ue tie n e un m e d io lá se r de e s ta d o só lido , un lá se r q ue t ie n e un m e d io c ris ta lin o en m asa , un lá se r de a ncho de línea e s tre ch o , un lá se r de d iodo, y un lá s e r de d iodo cón ico .
14. S is te m a lá se r de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 13, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue la fu e n te de luz e x te rna está d isp u e s ta para p ro p o rc io n a r luz lá se r de b o m b e o de o nda co n tin u a (12 ) que tie n e un a ncho de línea m e n o r o a p ro x im a d a m e n te igua l al a n ch o de línea de g a n a n c ia de l m e d io R am an (42).
15. P ro ce d im ie n to q ue co m p re n d e c o n v e rtir luz lá se r de b om b eo de o nd a c o n tin u a (12 ) en luz lá se r R a m a n de o nda con tinu a , c o m p re n d ie n d o el p ro ce d im ie n to las e ta pa s de:
tra n s m it ir la luz lá se r de b o m b e o de o nd a c o n tin u a (12 ) a tra vé s de un a co p la d o r de e n tra d a (34), en el q ue la luz lá se r de b om b eo de o nda co n tin u a (12 ) se re c ibe d esde una fu e n te de luz e x te rn a s itu a d a e x te rn a m e n te d esde un d isp o s itivo (30), inc lu ye nd o el d isp o s itivo (30 ) una e s tru c tu ra re son an te , en el que la e s tru c tu ra re son an te está co n fig u ra d a p ara re s o n a r la luz lá se r R am a n de o n d a c o n tin u a e inc lu ye un m e d io R am a n (42 ) d is p u e s to e n tre el a co p la d o r de e n tra d a (34 ) y un m e d io no linea l de s e g u n d o o rde n (44);
in te ra c tu a r la luz lá se r de b o m b e o de o nda con tinu a (12) con el m ed io R am an (42) para g e n e ra r la luz lá se r R am an de onda con tinu a , s ien do el a co p la d o r de e n tra da (34 ) re flec tan te para re so n a r la luz lá se r R am an de onda con tin u a , p re se n ta n d o el m e d io R am a n (42 ) una co n d u c tiv id a d té rm ic a s u p e r io r a 2 W /K /m ;
in te ra c tu a r la luz lá se r R am a n de o nda co n tin u a re so n a n te y la luz lá se r de b o m b e o de o nd a con tin u a (12 ) o la luz lá se r R am a n de o nd a co n tin u a con un m e d io no linea l de s e g u n d o o rde n (44 ) p ara g e n e ra r o tra luz lá se r de o nda con tin u a (46), en el que el m ed io no linea l de se g u n d o o rden (44 ) e stá d isp u e s to d en tro de la e s tru c tu ra resonan te , y un a co p la d o r de sa lida (40 ) está inc lu ido en la e s tru c tu ra re son an te y el a co p la d o r de sa lida (40 ) e stá con figu ra do p ara s e r a lta m e n te tra n sm is ivo de la o tra luz lá se r de o nd a co n tin u a (46 ) para que la o tra luz lá se r de o nda con tinua (46 ) sa lga de la e s tru c tu ra re son an te ; y
re s o n a r la luz lá se r R am an de onda con tin u a g en e rad a de m o do que m e no s de un 5% de la e n e rg ía de la luz R am an re so n a n te se p ie rde en el p e río do de l c ic lo de re so n a n c ia de la luz R am a n re so n a n te para fa c ilita r la g e n e ra c ió n de luz lá se r R am a n de o nda con tinu a , en el que el p e río do de l c ic lo de re so n a n c ia es el t ie m p o n e ce sa rio p ara q ue la luz lá s e r R am a n de o nd a c o n tin u a re so n a n te re a lice una tra ye c to ria de ida y v u e lta d e n tro de la e s tru c tu ra re son an te .
16. P ro ce d im ie n to de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 15, ca ra c te r iza d o p o r el hecho de q ue el m e d io R am an (42 ) es c ris ta lin o y co m p re n d e p o r lo m e no s un e le m e n to del G rup o IV de la ta b la periód ica .
17. P ro ce d im ie n to de a cu e rd o con la re iv in d ica c ió n 15 o la re iv in d ica c ió n 16, c a ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el m e d io R am a n (42 ) co m p re n d e d ia m ante .
18. P ro ce d im ie n to de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s 15 a 17, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de q ue el d iá m e tro de la luz lá s e r de b o m b e o de o nda con tin u a (12 ) es e n tre 0,5 y 0 ,7 v e c e s m e n o r q ue el d iá m e tro de la luz R am a n d en tro de l m e d io R am a n (42).
19. P ro ce d im ie n to de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s 15 a 18, ca ra c te r iza d o p o r el h echo de que co m p re n d e la e ta pa de tra s la d a r el m e d io R am an (42 ) para c o n tro la r el e fe c to de b irre frin g e n c ia de l m e d io R am an so b re la luz R am an.
20. P ro ce d im ie n to de a cu e rd o con p or la re iv in d ica c ió n 17, ca ra c te r iza d o p o r el hecho de q ue un e je rá p ido de la b irre frin g e n c ia de l m e d io R am a n m e d id a en la d ire cc ió n de p ro p a g a c ió n es p a ra le lo a un e je < 111 > de l d ia m a nte .
21. S is te m a lá se r que com p re nd e :
un d isp o s itivo de a cu e rd o con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s 1 a 12, y
una fu e n te de luz e x te rna s itu a d a e x te rn a m e n te del d isp o s itivo (30), ca ra c te r iza d o p o r el hecho de q ue la fu e n te de luz e x te rn a e stá co n fig u ra d a para e m itir la luz lá se r de b o m b e o de o nd a con tin u a (12).
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