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Supersimetría y propagación de solitones en guías de onda

MAXIMINO PEREZ MALDONADO (2019)

"Se hace el estudio teórico de la propagación de pulsos a través de un medio, descrito por las ecuaciones de Maxwell considerando las características materiales del medio, a través de la “ecuación de onda”; y se implementa un procedimiento para la obtención de una solución analítica de la misma ecuación bajo el uso de métodos supersimétricos, tal como se hace en mecánica cuántica para el caso de la ecuación de Schrödinger, ya que esta ecuación y la ecuación de onda son similares en una aproximación paraxial. El tratamiento supersimétrico nos permite proponer una aplicación tecnológica haciendo un filtrado de modos, a través de la aplicación iterativa del método de manera jerárquica. Por otra parte, en este mismo contexto óptico, se trabaja con sistemas dinámicos de óptica no lineal, tomando como sistema principal el modelo en guías de onda y fibras ópticas. Como es bien sabido, en estos sistemas ópticos generalmente se presentan soluciones que se pueden ver como soluciones de tipo onda solitaria y de tipo switcheo (kinks). Teniendo como referencia que, una de las principales aplicaciones de estos sistemas, es aquella que en sus ecuaciones la solución se presenta en el entorno de solitones ópticos, soluciones que presentan características específicas y bien definidas del pulso. Para ser exactos principalmente estas soluciones se observan en ecuaciones no lineales, como lo son las ecuaciones de Schrödinger (NLSE por sus siglas en inglés) y de Ginzburg-Landau (NLGLE). Entonces, tomando en cuenta lo mencionado anteriormente, para hacer una contribución en la obtención de soluciones de este tipo de problemas, en este trabajo se propone un método para encontrar soluciones solitónicas de las ecuaciones no lineales de Schrödinger y Ginzburg-Landau en casos generalizados de ecuaciones de coeficientes variables, en las cuales se hace el tratamiento con solitones no autónomos, mismos que están descritos bajo el manejo de dispersión y no linealidad, relacionados con ejemplos concretos en aplicaciones tecnológicas presentadas en la literatura. También, se presenta una descripción de un modelo no lineal comúnmente trabajado en óptica, pero bajo un esquema supersimétrico de factorización con ayuda del método propuesto por Rosu y Cornejo-Pérez para la factorización de ecuaciones diferenciales no lineales de segundo orden, en donde en esta tesis este problema es propuesto como una extensión del método, obteniendo soluciones solitónicas supersimétricas."

"Initially, to make the theoretical study of the propagation of pulses through a medium, it is necessary to work through the development of Maxwell’s equations, contemplating the material characteristics of the medium, from which the differential equation of the second order called “wave equation”, this equation that when is solved, gives us information of the explicit form of the pulse propagation in the medium. In this thesis a procedure was implemented to obtain an analytical solution of the wave equation under the use of supersymmetric methods, as is done in quantum mechanics for the case of the Schr¨odinger equation. Classical Schr¨odinger equation and the wave equation are similar in a paraxial approximation, the supersymmetric treatment is used to obtain a solution starting from the own factorization of the method. Where you get a parametric family solution by propagation constants analogous to energy in quantum mechanics, which generate in optics “ isomodespectrality” (i.e, is obtains the same propagation constants for the waveguides by supersymmetry method except for the fundamental mode or first mode), which correspond to the real and discrete eigenvalues of the linear Schr¨odinger spectral problem in its optic paraxial treatment, at the same time, by this method a partner waveguide is obtained, represented by the index of refraction and this is called “supersymmetric waveguide”, it means we are able to generate the type of structure that will support the modes of propagation partners, also, this supersymmetric method can be applied in a hierarchical manner, with which we realize that, it is guaranteed a filtering structures of propagation modes. On the other hand, in this same optical context, we work with dynamic systems of nonlinear optics, taking the model in waveguides and optical fibers as the main system. As is well known, in these optical systems solutions are usually presented that can be seen as solutions of solitary wave type and switching type (kinks). Taking as reference that one of the main applications of these systems is that in their equations the solution is presented in the environment of optical solitons whose solutions have specific and well defined characteristics of the pulse. To be exact, these solutions are mainly observed in non-linear equations, such as the Schrödinger (NLSE) and Ginzburg-Landau (NLGLE) equations."

Doctoral thesis

Supersimetría Guías de onda Solitones Modos transversale electromagnéticos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS MATEMÁTICAS

Atrapamiento óptico usando el vórtice perfecto

JOAQUIN GARCIA GARCIA (2016)

"En esta tesis se plantea construir un sistema de pinzas ópticas empleando el vórtice óptico perfecto, generado haciendo uso del modulador espacial de luz de pantalla de cristal líquido modelo PLUTO- VIS, para un experimento de atrapamient"o de partículas pequeñas."

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Master thesis

Instrumentos ópticos--Pinzas ópticas Guías de onda óptica Óptica cuántica CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Slow light in photonic crystals waveguides

Luz lenta en guías de onda de cristales fotónicos

GISELA LOPEZ GALMICHE Abraham Vázquez Guardado ISRAEL DE LEON ARIZPE José Javier Sánchez Mondragón (2014)

Se analizó la dispersión producida por las imperfecciones tecnológicas en una guía de cristal fotónico. El modelado y análisis de las pérdidas de las estructuras de luz lenta se llevaron a cabo por el método de expansión de la onda plana usando el software MPB.

We analyzed the scattering produced by technological imperfections in a strip photonic crystal waveguide. Modeling and losses analysis of the slow light structures were carried out by plane wave expansion method using the MPB software.

Article

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Dispersión múltiple Guías de onda de cristales fotónicos Diseño óptico y fabricación Multiple scattering Photonic crystal wave guides Optical design and manufacturing

Estudio preliminar de optimización de guías de onda activas obtenidas por implantación de iones en cristales de Nd:YAG

Preliminary study of the optimization of active ion-implanted waveguide in Nd:YAG crystals   

Arnoldo Salazar Soto (2009)

El estudio de guías de onda angostas fabricadas en cristales de Nd:YAG por implantación de protones y iones de carbono ha probado que es factible el desarrollo de láseres basados en estas guías, los cuales ofrecen la posibilidad de obtener eficiencias altas de emisión, potencias umbral bajas, densidades altas de potencia y tamaño compacto.  En este trabajo de tesis se analizaron una serie de guías de onda angostas fabricadas por implantación de protones y iones de carbono en cristales de Nd:YAG. Las muestras fueron sometidas a un tratamiento térmico de 400 ºC durante 30 minutos, con el objetivo de reducir las pérdidas en las guías al eliminar los centros de color y por lo tanto la absorción.  Posteriormente al tratamiento, se evaluó el desempeño de las guías como medio de ganancia en una cavidad láser. Mediante análisis microscópico se estimaron las dimensiones de las guías de onda y se compararon con los tamaños determinados antes del tratamiento. Adicionalmente, se capturó la distribución transversal de intensidad (modos) a la salida de las guías para tres longitudes de onda ?=635 nm, ?=808 nm (longitud de onda de bombeo) y ?=1064 nm (longitud de onda de la emisión láser), mediante las cuales se pudo evaluar las propiedades de guiado de estas guías. Se realizaron análisis de espectroscopia de las guías de onda por medio de los espectros de absorción y de luminiscencia; de donde se determinó que las propiedades de estos tras el tratamiento térmico no cambian significativamente. Se calcularon dos de los parámetros más importantes relacionados con el desempeño láser que son la sección transversal de emisión estimulada, para la cual se encontró una disminución significativa ~ 50% y el tiempo de vida de luminiscencia el cual aumentó casi en un 45%.  Otra parte de la tesis se enfocó en el bombeo óptico de un láser de guía de onda angosta mediante un diodo láser a 808 nm con un área de emisión de 100x1 µm2. El acoplamiento de esta fuente de luz a la guía de onda se realizó mediante la circularización de un haz altamente elíptico del diodo láser con una fibra óptica de núcleo de diámetro de 200 µm y la salida de esta enfocada a la cara de entrada de la guía de onda mediante una microlente fabricada en uno de los extremos de la fibra. Esta microlente fue fabricada por fundido y estiramiento de la fibra con una fusionadora de fibras ópticas. 

Optical channel waveguides fabricated by proton and carbon implantation in Nd:YAG have proven to be a promising option in the development of laser based on them since they offer the possibility of a high slope efficiency, low threshold  pump power, high power densities and a small size.  In this thesis a set of proton and carbon ion implanted Nd:YAG channel waveguides were annealed at 400 ºC for 30 minutes with the purpose of reducing the optical propagation losses in the waveguide by eliminating color centers and thus absorption.  The laser performance of the annealed channel waveguides as a gain medium in a laser cavity was evaluated. By microscopic analysis the dimensions of the waveguides were estimated and compared to the dimensions before annealing. The transversal intensity distribution of the waveguide output beam was analyzed for three wavelengths, ?=635 nm, ?=808 nm (pump wavelength) and ?=1064 nm (laser emission wavelength), and the guiding properties of the guides. Spectroscopy of the waveguides was made by analyzing the absorption and luminescence spectra from which it was determined that no significant change occurred after heat treatment. Two of the most important parameters related to the laser performance are the stimulated emission cross section and fluorescence lifetime were it was found that after annealing the first decreased by ~ 50% and the later increased ~ 45 % from the nominal values of a bulk Nd:YAG crystal.  The other part of this thesis focused on the optical pumping scheme of the channel waveguide by a broad area laser diode operating at ?=808 nm with an emission area of 100x1 µm2. The coupling of the pumping signal was made by the circularization of the highly elliptical laser diode output beam by butt-coupling this output to a 200 µm diameter nucleus optical fiber. The circular output of the fiber is focused to the face of the waveguide by a microlens fabricated at the end of the fiber. The lensed fiber is fabricated by melting and pulling the fiber with a fusion splicer.   

Master thesis

Guías de onda ópticas,Implantación de iones,Fibra óptica con microlente,Láser de guía de onda,Tratamiento térmico de guías de onda CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Extracción de portadora y ayuda de adquisición de encadenamiento en comunicaciones ópticas coherentes

Carrier recovery and aided acquisition in coherent optical communications

Miguel Angel Cruz Reyes (1993)

A pesar de las ventajas ofrecidas por los sistemas de comunicaciones ópticas coherentes sobre los sistemas con detección directa, en cuanto a mayores distancias entre repetidores, multicanalización densa por longitud de onda óptica, entre otras; se presentan problemas en la implementación de cada uno de los elementos constituyentes del sistema general. La utlización de un formato de modulación BPSK-Portadora Suprimida en las comunicaciones ópticas coherentes, representa una buena opción para una probabilidad de error de bit dada, tomando en cuenta su economía en potencia transmitida. Sin embargo, en la sección de demodulación se requiere de algún esquema retroalimentado que sea capaz de realizar el proceso de extracción de portadora, esencialmente. En este trabajo se contempla el uso de un demodulador tipo Lazo de Costas, y de la misma forma se selecciona un método de Control Automático de Frecuencia (CAF) para el manejo de fluctuaciones de frecuencia comparables con el ancho de banda de dicho demodulador, de tal manera que se optimice su proceso de adquisición y encadenamiento, sin que se afecten las características dinámicas del funcionamiento del lazo. Se lleva a cabo una simulación de los circuitos CAF y Lazo de Costas, y una posterior implementación de un Lazo Compuesto CAF/COSTAS, para la demodulación de señales BPSK en comunicaciones ópticas coherentes.

In spite of the advantages that are shown by coherent optical communnications over direct detection fiber optic systems, in referring to longer distances between repeaters, optical wavelength multiplexing, among others, there are some subsystem´s implementation problems to solve. The BPSK-Suppressed Carrier modulation format appears like a very good option to use in coherent optical communications systems for a given bit error probability, taking in to account the power transmitted efficiency. However, in the demodulation stage it´s required a feedback scheme of recovering the carrier. In this work is proposed the use of a Costas Loop scheme for tracking and demodulation of BPSK-Suppressed Carrier signals, and an Automatic Frequency Control (AFC) is introduced when the initial frequency error is comparable to the Costas Loop bandwidth, to improve the acquisition process without significantly degrading the tracking threshold of the loop when the phase-locked condition is reached. Is performed an electronic SPICE simulation of both AFC and Costas Loop circuits, and a composite AFC/Costas Loop is realized by combining the individuals loops, with application to coherent optical communications.

Master thesis

Constante dieléctrica,Guías de onda rectangulares,constante de propagación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

Estudio de guías de onda de polímeros ópticos

 Study of optical polymer waveguides

Juan Jesús Sánchez Sánchez (2009)

Se presenta un estudio sobre la fabricación de guías de onda con un polímero óptico, el SU-8. El trabajo parte desde la  selección de sustratos  y preparación de los mismos para lograr depósitos uniformes y con espesor controlado de los polímeros, requisito para la obtención de guías de onda ópticas. Para ello se hicieron pruebas de depósitos mediante la técnica de centrifugado, analizando el efecto de variar el número de revoluciones y tratamiento térmico de secado. Se caracterizó la dependencia del  índice de refracción con los parámetros de depósito. Posteriormente, se procedió a  realizar el diseño de guías de onda ópticas planas y de canal en función del espesor, índice de refracción, y llevar a la práctica los diseños propuestos usando la técnica de microlitografía. Se incluye un trabajo de caracterización de las propiedades ópticas de las guías, propagación de la luz,  caracterización modal  (en guías planas) y un estudio de microscopia electrónica para obtener imágenes de la geometría de las guías y la detección de posibles defectos en las mismas

We present a study on the manufacture of waveguides with a SU-8 polymer. The work starts from the selection of substrates and preparing them to achieve uniform and deposits with controlled thickness of the polymer, a requirement for obtaining optical waveguides. To do so is evidence of deposits made by the spin technique, analyzing the effect of varying the number of revolutions and heat treatment of drying. Saw the reliance of the refractive index with the parameters of the deposit. Subsequently, proceeded to carry out the design of planar optical waveguides and channel depending on the thickness, refractive index, and implement the proposed designs using the microlithography technique. It includes a characterization of the optical properties of the guides, propagation of light, characterization modal (in flat directories) and a study of electron microscopy to obtain images of the geometry of the guides and the detection of possible defects. 

Master thesis

Polímeros ópticos,Micro-litografía,Optica integrada,Guías de onda ópticas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Fabricación de guías de onda ópticas por Depósito de Capas Atómicas (ALD)

Optical waveguides fabricated by Atomic Layer Deposition (ALD)

DIANA LAURA CABALLERO ESPITIA (2020)

La óptica integrada es un área que al unir las propiedades de guiado de la luz a la estructura de microdispositivos electrónicos busca obtener mejoras en transmisión de datos, sensores de sustancias biológicas y multiplexado de señales. Para desarrollar tecnologías de óptica integrada es necesario remontarse a sus componentes básicos: las guías de onda, estructuras que permiten el transporte de ondas electromagnéticas de un punto a otro. En este trabajo de tesis, se presenta el diseño óptico, fabricación y caracterización de dos grupos de guías de onda planas basadas en películas delgadas de Al2O3 por medio de la técnica de Depósito de Capas Atómicas (ALD). Un grupo se fabricó utilizando H2O como reactante y el otro utilizando O3, dentro de un rango de espesores de 500 nm a 1000 nm. Se muestran resultados de caracterización óptica realizados a ambos grupos de fabricación, los cuales incluyen acoplamiento de luz a 633 nm, índice de refracción efectivos asociados a los modos de cada espesor y medición de pérdidas de propagación. De igual forma, se presentan resultados obtenidos de elipsometría, microscopía electrónica de barrido (SEM), Espectrometría fotoelectrónica (XPS) y espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FTIR) como caracterización del material. Las pruebas de XPS y FTIR no logran detectar la presencia de carbono en las películas fabricadas, por lo que la presencia de carbono es < 1%, difícil de detectar en ambas técnicas, como se ha reportado previamente en la literatura. Se observa un cambio en las propiedades ópticas de las guías de onda fabricadas con ozono con respecto a lo previamente reportado en las guías fabricadas con agua. Las películas de ozono muestran un índice de refracción más alto en comparación con las de agua, el cual es de 1.642 para H2O y de 1.651 para O3. Así mismo, se muestran cambios en el índice de refracción efectivo de los modos de propagación y pérdidas de propagación de la luz menores en las guías fabricadas por O3, siendo 0.51 dB/cm el valor más bajo para O3 y 3.03 dB/cm el valor más bajo para H2O. Se encontró que las guías de onda de Al2O3 fabricadas por O3 presentan una mejora en la propagación de la luz en comparación de las guías de onda fabricadas por H2O. Esto puede deberse a diferencias en la densidad en las películas, porosidad en las películas fabricadas con agua y a una mayor estabilidad del material obtenido por ozono. Se sugieren caracterizaciones para cuantificar la densidad de película y ...

In the pursuit for integrated optics technologies required by functional scale-reduced systems, development of waveguiding structures in micro and nanoscale is critical. This work presents the design and fabrication of Al2O3 thin film-based waveguides grown by Atomic Layer Deposition (ALD). Two fabrication groups with a thickness between 500 nm and 1000 nm are shown: the first one using H2O as reactant and the second one using O3. Physical properties where obtained by means of Scanning Electron Microscopy, X-Ray photoelectron spectrometry, Fourier-transform infrared spectroscopy and Variable Angle Ellipsometry. Optical waveguide characterization at 632.8nm is based on measurement of the effective refractive index by a prism coupling technique and propagation loss coefficient by fiber to waveguide couple. The same characterizations were made for both fabrication groups in other to make a comparison between optical and structural properties obtained in each reactant variation. Both fabricated groups show propagation of light at 632.8 nm and low carbon presence due to XPS and FTIR analysis, which both show no peaks of binding energy and vibrational modes respectively that could be associated with carbon presence, indicating that if there are indeed traces of carbon in the fabricated films, they are lower than 1%. Ozone thin films show a higher refractive index in comparison to thin films fabricated with water, 1.642 for H2O and 1.651 for O3. Also, changes in effective refractive index and propagation losses lower for the ozone case where obtained with 0.51 dB/cm being the lowest value for O3 and 3.03 dB/cm the lowest value for H2O. In conclusion, Al2O3 optical waveguides fabricated using ozone as oxygen source show an improvement in light propagation in comparison to Al2O3 optical waveguides using H2O. This could be related to differences in film density, vacancies in ALD with H2O fabricated films and a higher material stability due to near stoichiometric characteristics of the ozone films. Further thin film density and porosity characterizations are recommended.

Master thesis

Guías de onda planas, óptica integrada, películas delgadas, Al2O3, Depósito de Capas Atómicas Planar optical waveguides, integrated optics, thin films, Al2O3, Atomic Layer Deposition CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS SÓLIDOS PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS SÓLIDOS

Estudio de resonadores de anillo de guías de onda ópticas

Study of optical ring resonators in optical waveguides

JOSE DANIEL CASTRO TOSCANO (2019)

La óptica integrada es la aplicación y manipulación de fenómenos físicos de la luz para obtener la miniaturización de estructuras ópticas que pueden ser usadas en una diversidad de áreas. Una de estas estructuras son los resonadores de anillo ópticos, los cuales son dispositivos de suma importancia para el área de óptica integrada, por su aplicación de filtrado de señales ópticas en distancias micrométricas, como alternativa tecnológica a los métodos de resonancia y filtrado que ocupen un espacio grande (p.ej. dispositivo resonador de anillo de fibra óptica), siendo una gran propuesta para el desarrollo de componentes de óptica de alta integración. Por lo que, el objetivo consiste en el estudio del principio de operación y simulación de la propagación de luz en resonadores de anillo. Para la investigación de un diseño más compacto y funcional para la óptica integrada; se usó Software de simulación y propiedades ópticas de materiales dieléctricos con un índice de refracción alto: 〖Al〗_2 O_3, SiN, Y_2 O_3, 〖Si〗_3 N_4 y TiO_2; en substratos de sílice (SiO_2), con cubiertas de aire y SiO_2. El rango de longitudes de onda de operación empleado, es de 1530nm a 1570nm, es usado en comunicaciones ópticas. Los resultados presentados han sido calculados en plataformas programáticas como lo son COMSOL, MATLAB e Image J. Esta investigación cubre temas de alto interés para la comprensión y diseño de las componentes del resonador de anillo: guías de onda angostas tipo bus, resonadores circulares y finalmente su integración con el acoplamiento óptico de estos dos elementos. Además, se presentan los parámetros de diseño de diversos resonadores de anillo optimizados para operar a 1530nm – 1570nm basados en guías de onda de 〖Al〗_2 O_3, SiN, Y_2 O_3, 〖Si〗_3 N_4 y TiO_2.

Integrated optics is the application and manipulation of physical lighting phenomena for obtaining miniaturized of optical structures that can be used in myriad areas. One of these tools is the optical ring resonators, being devices of high importance in the area of integrated optics by the fact of filtering optical signals at micrometric distances, leaving behind filtering and resonance methods that need a large space (ex, ring resonators devices made of optical fiber), being a great bet for the development for optical components with high integration. The objective consists in the study, research and simulation of lighting propagation in the ring resonator. For the search of a more compact and functional design; using different Software for simulation and based on dielectric materials with high refractive index: 〖Al〗_2 O_3, SiN, Y_2 O_3, 〖Si〗_3 N_4 and TiO_2; and substrates based on silice (SiO_2), with covers of air and SiO_2. Working with wavelengths with a range of 1530nm to 1570 nm, being used in optical communications. The results have been obtained and calculated in software platforms that are COMSOL, Matlab and ImageJ. In itself comprising subjects that are important components for the total understanding of the ring resonator being: Channel Waveguide, Circular Resonators and finally the coupling of the two previous elements. Also, representing the design’s parameters of a variety ring resonators optimized to work in 1530 - 1570nm based in waveguides of〖Al〗_2 O_3, SiN, Y_2 O_3, 〖Si〗_3 N_4 y TiO_2.

Master thesis

Simulación de Guías de onda ópticas; Simulación de Resonador de anillo; Simulación de filtrado; Diseño Simulation of optical waveguides; Simulation of Ring Resonator; Filtering Simulation; Design INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Construcción y caracterización de un láser de CO2 de guía de onda excitado por RF

Construction and caracterization of an RF exited CO2 waveguide laser

Jesús Fernando Monjardín López (2000)

Este trabajo trata sobre la construcción y caracterización de un láser de CO2 de guía de onda excitado por RF compacto, el cual no requiere de flujo de gas y funciona a temperatura ambiente. El desarrollo de los láseres de CO2 ha tenido un gran avance desde que Patel construyó el primero en 1964, hasta nuestros días. Nosotros hemos construido y caracterizado un láser de CO2 de guía de onda el cual esta excitado por descargas de RF en lugar de las descargas comunes de DC. Funciona a temperatura ambiente y no requiere de flujo de gas, es compacto y muy eficiente, hemos alcanzado una eficiencia máxima del 11.33% utilizando una mezcla de gases en proporción de 1:1:2.7:0.3 (Torr) compuesta por CO2:N2:He:Xe a una presión de 44 Torr. Se emplea una guía de onda cuadrada de 3x3 mm de sección transversal que está compuesta por las superficies de los dos electrodos de aluminio separadas por dos piezas de vidrio las cuales forman las paredes laterales de la guía de onda. El haz de salida del láser tiene un factor de calidad M2=1.12 lo cual esta muy cerca del factor de calidad ideal.

This work deals with the construction and caracterization of a compact RF excited CO2 waveguide laser, which does not require gas flux and work at room temperature. The development of CO2 lasers have been growing up since the construction of the first CO2 laser by Patel in 1964, until now. We have constructed and characterized a CO2 waveguide laser excited by RF discharges instead of common DC discharges. It works at room temperature and does not require gas flux, it is compact and efficient. We have reached an 11.33% maximum efficiency using a gas mixture of CO2:N2:He:Xe and ratio of 1:1:2.7:0.3 (Torr), at a pressure of 44 Torr. The waveguide is 3x3 mm cross section which is compound by the electrode surfaces and separated by two pieces of glass that form thewaveguide lateral walls. The output beam has a quality factor M2=1.12 which is close to the ideal quality factor value.

Master thesis

Guías de onda,Excitación electrónica,Láseres CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Óptica nolineal y dispositivos fotónicos basados en nanopartículas metálicas embebidas en diferentes medios

Nonlinear optics and photonic devices based on metallic nanoparticles embedded in different media

HECTOR SANCHEZ ESQUIVEL (2017)

En este trabajo de tesis, se presenta el estudio de la nolinealidad de tercer orden de materiales nanoestructurados. Los materiales estudiados son nanocubos cóncavos de oro en agua destilada, nanopartículas esféricas de plata embebidas en una matriz de sílice y un arreglo ordenado de nanoprismas de plata depositados en sílice. Para el caso de las nanopartículas de oro, se utiliza la técnica de barrido en z con un láser de femtosegundos para resolver las contribuciones de absorción y refracción nolineal. Las muestras consisten en nanocubos de 30, 45 y 70 nm de lado. Los resultados muestran una contribución de absorción nolineal débil y un índice de refracción nolineal negativo y se determinaron las contribuciones electrónica y térmica a la respuesta obtenida. Para los arreglos de nanoprismas de plata, la respuesta nolineal fue estudiada utilizando de nueva también la técnica de barrido en z con pulsos de femtosegundos y picosegundos. La nanoestructura es un arreglo hexagonal de nanoprismas depositados sobre un sustrato dieléctrico. Se estudió la dependencia de la nolinealidad con la longitud de onda, irradiancia y contribución térmica. Para la absorción nolineal, se observan los efectos de absorción saturable así como inducida para diferentes longitudes de onda e intensidades. Para la parte refractiva, solamente se observa refracción nolineal positiva. La dinámica ultra-rápida de los nanoarreglos es estudiada mediante el uso de las técnicas resueltas en el tiempo de excitación y prueba y compuerta Kerr óptica. La respuesta temporal se encuentra en el orden de los picosegundos y consiste en dos procesos de signos opuestos y con tiempos de respuesta diferentes. Las aplicaciones de los materiales plasmónicos son estudiados mediante la fabricación de guías de onda ópticas. Los métodos de acoplamiento por prisma y luz esparcida son usados para estudiar la propagación lineal de las guías de onda, y los perfiles de los modos de propagación son calculados. Los efectos nolineales en las guías de onda son estudiados al acoplar un haz láser con pulsos de femtosegundos a la guía utilizando un sistema fibra-a-guía. Los efectos observados son absorción nolineal y automodulación de fase.

In this thesis, a study of the third order optical nolinearities of nanostructured materials is presented. The materials studied are gold concave nanocubes in distilled water, spherical silver nanoparticles embedded in a silica matrix, and silver nanoprisms deposited on silica. For the case of the gold nanoparticles, the z-scan technique with a femtosecond laser source is employed to resolve the nonlinear absorption and refraction contributions to the response. The samples consist of 30, 45 and 70 nm side length gold nanocubes. The results show a weak nonlinear absorption contribution, and a negative nonlinear refractive index and the electronic and thermal contributions to the response were determined. For the silver nanoprism arrays, the nonlinear response was studied using also the z-scan technique with femtosecond and picosecond pulses. The nanostructure is a hexagonal array of nanoprisms on embedded in a silica substrate. The dependence of the nonlinearity with wavelength, irradiance and thermal variables are studied. For the nonlinear absorption, a combination of saturable absorption and induced absorption is found at different wavelengths and intensities. On the other hand, only positive nonlinear refraction is observed. The ultrafast dynamics of the nanoarrays are studied using the time resolved techniques excite-probe and optical Kerr gate. The temporal response is found to be in the order of picoseconds and consists of two processes of opposite sign and different response times. Applications of plasmonic materials are studied by fabricating optical waveguides. These waveguides are manufactured using an ion multi-implantation processes. Scattered light imaging and coupling prism methods are used to study the linear propagation properties of the waveguides, and the propagation modes profiles is calculated. The nonlinear effects on the waveguides was studied by coupling a femtosecond laser beam to the waveguides using a fiber-to-guide system. The effects observed are nonlinear absorption and self-phase modulation.

Doctoral thesis

Óptica nolineal, plasmónica, guías de onda, nanomateriales, fenómenos ultrarápidos Nonlinear optics, plasmonics, waveguides, nanomaterials, ultrafast phenomena CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA NO LINEAL