| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| OPTIMIZATION OF PASSIVE UL TRAFAST FIBER LASERS BASED ON INDIUM NITRIDE FOR NOVEL APPLICATIONS | | Autor/a | Monroy Lafuente, Laura | | Departamento | Electrónica | | Director/a | González Herráez, Miguel | | Codirector/a | Naranjo Vega, Fernando Bernabé | | Fecha de defensa | 14-02-2023 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | Sí | | Resumen | Los láseres ultrarrápidos en fibra constituyen una de las fuentes de luz más utilizadas actualmente debido a su fiabilidad y flexibilidad, convirtiéndose en la pieza clave de múltiples aplicaciones, como las comunicaciones ópticas, el procesamiento de materiales o la espectroscopía. Entre ellos, los láseres en fibra anclado en modos basados en el uso de absorbentes saturables demuestran características superiores de estabilidad, simplicidad y bajo coste, capaces de emitir pulsos ultracortos con potencias extremadamente altas en un amplio rango espectral. En las últimas décadas, se han probado varios absorbentes saturables, donde los materiales de semiconductor destacan por su amplia profundidad de modulación, su elevada absorción no lineal y su baja intensidad de saturación. Sin embargo, presentan algunas limitaciones como un estrecho ancho de banda y un bajo umbral de daño. Por tanto, en este trabajo se propone el uso de un semiconductor de InN en un láser todo en fibra anclado en modos para la generación de láseres ultrarrápidos de alta potencia en la región del infrarrojo cercano. Esta configuración ha demostrado trenes de pulsos Gaussianos en el rango de los femtosegundos mediante un sistema sencillo y de bajo coste.
En esta tesis, el objetivo es optimizar las características de un láser de fibra anclado en modos basado en un absorbente saturable de InN, y desarrollar un novedoso dispositivo espectroscópico para aplicaciones de detección. Primeramente, se estudia la mejora de las propiedades del absorbente saturable de semiconductor mediante un mayor control del dopaje residual así como del crecimiento de material,
demostrando el máximo comportamiento no lineal para este tipo de absorbentes saturables en un láser en fibra. También se discute como estas características podrían mejorarse mediante el desarrollo de un nuevo diseño de láser totalmente en fibra, capaz de contrarrestar las limitaciones actuales de ruido y perdidas de inserción dentro de la cavidad láser. De este modo, se demuestra la duración de pulso más corta y la máxima potencia óptica, conservando una configuración sencilla, lo que allana el camino hacia el desarrollo de sistemas láser comerciales en aplicaciones de alta potencia.
A continuación, se introducen nuevas aplicaciones potenciales del sistema láser de fibra: en la detección de gases, mediante la generación de supercontinuo del pulso láser ultrarrápido en fibras monomodo capaces de cubrir espectros de absorción más amplios; y en la caracterización de moléculas biológicas mediante el uso de una novedosa estructura espectroscópica SF-CARS conectada a la fuente láser totalmente en fibra. Además, se exponen las implicaciones del chirp-matching en el rendimiento de la medición de la absorción, y el impacto de la dispersión y los efectos no lineales generados por diferentes fibras ópticas en la compresión y el ensanchamiento de los pulsos de fibra ultrarrápidos. La configuración láser propuesta supera la máxima resolución medible y la cobertura espectral, las limitaciones más importantes a las que se enfrenta la espectroscopía moderna.
Finalmente, se resumen los objetivos alcanzados en esta tesis, evaluando el potencial de las aplicaciones propuestas, así como futuras líneas de investigación basadas en dichos hallazgos. |
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