| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| ULTRA-LONG OPTICAL FIBER RING RESONATORS AND THEIR APPLICATIONS | | Autor/a | Cáceres Pablo, Inés | | Departamento | Electrónica | | Director/a | Ania Castañón, Juan Diego | | Fecha de depósito | 10-04-2025 | | Periodo de exposición pública | 11 de abril a 6 de mayo de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | Solicitada | | Resumen | La aparición de los láseres en la década de 1960 tuvo un impacto significativo en el desarrollo de las fibras ópticas y, en consecuencia, en la óptica no lineal. Hoy en día, los láseres de fibra están en alta demanda, son estudiados activamente y evolucionan continuamente para satisfacer las necesidades tanto de la ciencia como de la industria de fuentes de radiación de onda continua o ultrarrápida, dada su amplia gama de aplicaciones. Entre ellos, los láseres de fibra con anclado de modos atraen una atención particular debido a sus numerosas ventajas, que incluyen compacidad, bajo costo, estabilidad y facilidad de operación.
Esta tesis se centra en el estudio del rendimiento y la optimización de los láseres
de fibra en configuración de anillo ultra-largos y ultrarrápidos (UURFLs), una nueva
clase de láseres de fibra con anclado de modos pasivo, basados en una configuración
de espejo de semiconductor de absorbente saturable utilizando nitruro de Indio
(InN). Estos láseres pueden generar pulsos de baja frecuencia de repetición en el
rango de femtosegundos, con altas potencias de pico y energías de pulso en longitudes de onda de telecomunicaciones. El estudio pone énfasis en aspectos clave
como el jitter temporal, la gestión de chirp, el impacto del control de polarización y la generación de supercontinuo (SCG). Los UURFLs, particularmente aquellos con amplificación asistida por Raman, representan un tipo innovador de láser con aplicaciones potenciales en metrología de alta precisión y procesamiento de materiales. El uso de la amplificación Raman dentro de los UURFLs permite la transmisión adiabática de solitones a lo largo de cavidades extendidas, reduciendo las tasas de repetición mientras se conserva su duración y se incrementa su energía del pulso. Los resultados presentados destacan el potencial de los UURFLs para aplicaciones que requieren bajas tasas de repetición y altas energías de pulso, como la generación de peines de frecuencias ópticas y espectroscopia.
El estudio también explora la dinámica de transición en tiempo real entre diferentes armónicos en los UURFLs, revelando el comportamiento solitónico, la formación de estados intermedios y la existencia de transiciones prohibidas. Estas observaciones proporcionan valiosos conocimientos sobre el diseño del sistema, arrojando luz sobre la dinámica del anclado de modos y sus implicaciones para optimizar el rendimiento del láser en aplicaciones que requieren la sintonización dinámica de la frecuencia de repetición y la intensidad del pulso. Otro aspecto clave examinado en este trabajo es el control de la polarización. Al manipular el estado de polarización de la señal antes de la sección de amplificación, se puede inducir y aprovechar la dependencia de polarización de la respuesta del amplificador para mejorar el rendimiento del láser. Este efecto mejora significativamente la duración del pulso y la potencia máxima de salida, contribuyendo a una mayor estabilidad del sistema y un anclado de modos más robusto, particularmente en configuraciones de cavidad más largas que incorporan amplificación Raman.
Se presenta un método simple para la estimación del jitter temporal, junto con un estudio experimental sobre la acumulación de chirp en los UURFLs. El estudio revela una correlación directa entre el chirp y la longitud de la cavidad extendida, relacionada con la desviación de la propagación ideal de solitones. Estos hallazgos ofrecen valiosos conocimientos sobre la gestión del jitter temporal y el chirp para mejorar el rendimiento de los UURFLs, haciéndolos más adecuados para aplicaciones de alta precisión. La tesis también investiga la generación de supercontinuo (SCG) en varios tipos de fibra, incluyendo fibras monomodo estándar (SMFs), fibras altamente no lineales (HNLFs) y fibras multimodo (MMFs). Los UURFLs se utilizan como fuentes para generar SCG en SMFs y HNLFs, logrando anchos de banda espectrales amplios y duraciones de pulso comprimidas. Además, se estudia la generación de supercontinuo en fibras multimodo de índice gradual (GRIN MMFs), utilizando un láser de fibra Q-switched en una configuración completamente en fibra, produciendo un supercontinuo de alta potencia y bajo ruido, adecuado para aplicaciones de sensado e imagen.
Finalmente, la tesis concluye resumiendo los objetivos clave alcanzados y destacando posibles direcciones futuras de investigación. Además, se incluye una lista de las publicaciones de la autora. |
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