Formación de estructuras no lineales mediante control de la fase en sistemas fotorrefractivos

Zusammenfassung

Esta tesis doctoral se ha realizado en el campo de la Óptica No Lineal experimental, dentro de un marco de investigación básica. El objeto de estudio es la manipulación experimental de estructuras que pueden emerger en la sección transversal de un haz láser bajo determinadas condiciones, y que además están caracterizadas por su fase: como, por ejemplo, vórtices, solitones o dominios de fase. Como elemento activo no lineal que contribuye a la generación de este tipo de estructuras, se utilizan diferentes tipos cristal fotorrefractivos (PRCs) con tiempos de respuesta largos como el BaTiO3 y el SBN o tiempos cortos como el KTLN. El presente manuscrito está redactado como un compendio de artículos, con un total de cinco publicaciones. Tres de ellas han sido realizadas en la Universitat de València y las otras dos se han llevado a cabo en la Universitá di Roma. El texto ha sido concebido como una estructura que incluye 4 capítulos. En el primer capítulo se encuentra una introducción sobre los conceptos e ideas básicas en los que se han basados los experimentos: la formación de patrones. Además, se explica la teoría y fenomenología que soportan los experimentos y que ayudan a la comprensión de los resultados. En el segundo, se presentan los resúmenes de los trabajos publicados, donde se explica la metodología que se ha usado para desarrollar los experimentos. En el tercer capítulo se encuentran las conclusiones, donde se subrayan los aspectos más novedosos que se han obtenido en este período de formación doctoral. Y, por último, como cuarto capítulo, se adjuntan las publicaciones en las que se basan los experimentos realizados. El período de formación de doctorado se ha desarrollado en el Department d’Òptica i Optometria i Ciéncies de la Visió, en la Facultat de Física de la Universitat de València (España). Durante este período se han realizado dos estancias breves, dentro del mismo marco experimental que en la Universitat de València. Una estancia se ha realizado en La Universitá degli Studi di Roma, ’La Sapienza’ en Roma (Italia). La segunda estancia fue realizada en el centro de Ingeniería Eléctrica en Princeton (New Jersey, EE.UU.). Los trabajos realizados en Valencia, se basan en la demostración experimental de la ruptura de simetrías de fase en estructuras no lineales que emergen en un oscilador óptico fotorrefractivo (PRO). Este cambio de simetría se produce por la aplicación de una modulación óptica conocida como Rocking [6, 7]. El objetivo principal de estos trabajos es el cambio del estado del sistema, de invariancia o biestabilidad en fase, a un estado bi- o multi-estable en fase respectivamente. Como se explica en detalle más adelante, esto permite la manipulación de estructuras complejas: unas con invariancia de fase como vórtices y otras que presentan bi-estabilidad o multi-estabilidad en fase, por ejemplo, dominios o paredes de fase. Los experimentos llevados a cabo en la estancia de investigación en Roma, se basan en la propagación libre a través de cristales fotorrefractivos y en láseres de tipo VCSEL. El objetivo es la generación y la manipulación de estructuras cambiando su fase a través del cambio de las propiedades en el PRC. En un paso posterior, los patrones que se han generado en el PRC son inyectados en un láser de tipo VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) de área ancha. Con una metodología adecuada, es posible excitar otras estructuras localizadas muy cerca de donde se han inyectado las estructuras generadas en el PRC en la superficie del VCSEL. La innovación que presentan estos dos trabajos es que, las nuevas estructuras localizadas tienen la capacidad de comportarse como un sistema de dos niveles, capaces de encenderse y apagarse en función de la fase del patrón generado en el PRC y con un tiempo de respuesta del orden del microsegundo.