Development of ultra-stable characterization techniques for ultrashort laser beams

• Autores: Miguel López Ripa
• Directores de la Tesis: Íñigo Juan Sola Larrañaga (dir. tes.), Benjamín Alonso Fernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 217
• Títulos paralelos:
  • Desarrollo de técnicas ultraestables para la caracterización de haces láser ultracortos
• Tribunal Calificador de la Tesis: Helder Crespo (presid.), Ignacio López Quintás (secret.), David Novoa Fernández (voc.)
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• Resumen
  • English

    The dramatic evolution that the laser science has undergone in the last six decades, and particularly in the field of ultrashort pulses, has been accompanied by breakthrough advances in the development of techniques for their characterization. Despite the large number of characterization techniques developed in the last two decades, it is still necessary to implement simpler and more robust techniques that can also operate in multiple spectral ranges.

    This Thesis is devoted to the study and development of temporal and spatiotemporal characterization techniques with compact and stable configurations, which are versatile, e.g., to analyze ultrashort laser beams with different temporal durations and in various spectral regions.

    The structure of this Thesis is made up of four main blocks. Firstly, a brief introduction to ultrafast optical metrology and the state of the art of spatial, temporal and spatiotemporal characterization techniques is presented in Part I. Then, Part II is focused on the review and extension of the capabilities of the amplitude swing temporal characterization technique, demonstrating three key advances: operation in different spectral regions from visible to near-infrared, with a tunability range spanning of more than one octave; characterization of ultrashort pulses in the few-cycle regime; or study of the implementation with different amplitude modulation schemes.

    In addition, a new retrieval algorithm is developed to analyze the amplitude swing traces based on differential evolution strategies. Thirdly, the fundamentals, operation range and experimental demonstration of a spatiotemporal characterization technique based on bulk lateral shearing interferometry are depicted in Part III. Furthermore, the technique is applied to characterize complex spatiotemporal couplings, like constant and time-varying optical vortices or the aberrations when focusing with astigmatic lenses. Finally, the main conclusions of the work and future perspectives are discussed in Part IV.

  • English

    La drástica evolución que ha experimentado la ciencia láser en las últimas seis décadas, y en particular en el campo de los pulsos ultracortos, ha ido acompañada de grandes avances en el desarrollo de técnicas para su caracterización.

    A pesar de la gran cantidad de métodos de caracterización desarrollados en las ´ultimas dos décadas, aún es necesario implementar sistemas más simples y robustos que también puedan operar en múltiples rangos espectrales.

    Esta Tesis está dedicada al estudio y desarrollo de técnicas de caracterización temporal y espaciotemporal con configuraciones compactas y estables, que sean versátiles para, por ejemplo, analizar haces láser ultracortos con diferentes duraciones temporales y en diversas regiones espectrales.

    La estructura de la Tesis está dividida en cuatro bloques principales. En primer lugar, en la Parte I se presenta una breve introducción a la metrología óptica ultrarrápida y los avances de las técnicas de caracterización espacial, temporal y espaciotemporal a lo largo de los últimos años. Después, la Parte II se enfoca en la revisión y extensión de las capacidades de la técnica de caracterización temporal amplitude swing, demostrando tres avances clave:

    operación en diferentes regiones espectrales desde visible hasta infrarrojo cercano, con un rango de sintonizabilidad que abarca más de una octava;

    caracterización de pulsos ultracortos en régimen de pocos ciclos; o estudio de diferentes esquemas de modulación de amplitud. Además, se implementa un nuevo algoritmo de reconstrucción para analizar las trazas del sistema amplitude swing basado en las estrategias Differential Evolution. En tercer lugar, en la Parte III se describen los fundamentos, el rango de operación y la demostración experimental de una técnica de caracterización espaciotemporal basada en la interferometría lateral compacta (bulk lateral shearing interferometry).

    Además, la técnica se emplea para caracterizar acoplamientos espaciotemporales complejos, como son los vórtices ópticos constantes y variables en el tiempo o las aberraciones introducidas al focalizar haces láser con lentes astigmáticas. Finalmente, en la Parte IV se resumen las principales conclusiones y futuras líneas de trabajo.