Optical Logic Arrays with Weak Beams Guided by Bright-Spatial Solitons

MIGUEL TORRES CISNEROS Marco Antonio Meneses Nava EDGAR ALVARADO MENDEZ RENE JAIME RIVAS OSCAR GERARDO IBARRA MANZANO (2012)

Se propone un prototipo de compuerta lógica óptica de 4 bits basada en haces débiles guiados por solitones espaciales brillantes. El principio de operación esta basado en el cruce de solitones espaciales, los cuales pueden guiar los haces débiles. La energía de los haces débiles puede ser transferida al utilizar diferentes valores de fase relativa entre los solitones espaciales para producir los 4 estados lógicos binarios: (0,0), (1,0), (0,1) y(1,1).

A basic four-bit logic opticalarray prototype operating withweak beams guided by bright-spatial solitons is proposed.The operation principle of thedevice is based on the crossingof spatial solitons, which guidethe weak beam, over twoparallel and well separatedsolitons. Selecting appropriatephase difference values ofparallel solitons, the energy ofthe weak beam can betransferred into them to produce the four binary logic states: (0,0), (1,0), (0,1) and (1,1).

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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Compuertas lógicas Solitones Materiales no-lineales Logic gates Solitons Nonlinear materials

Mechanisms of crossing for two optical waveguides based on dark spatial solitons

Mecanismo de cruce para dos guías de onda ópticas basadas en solitones espaciales obscuros

MIGUEL TORRES CISNEROS EDGAR ALVARADO MENDEZ Marco Antonio Meneses Nava LUZ ANTONIO AGUILERA CORTES RAFAEL GUZMAN CABRERA (2012)

Se presenta un estudio básico sobre la capacidad de utilizar el cruce de dos guías de onda ópticas basadas en solitones espaciales obscuros, para actuar como un divisor de haces ópticos controlable. El estudio se basa en el hecho que; la luz guiada es difractada en la zona de cruce de la guía de onda por una pantalla de fase efectiva, formada por el perfil de la colisión de los solitones. Se encontró que cuando los dos solitones obscuros están inmersos en el mismo fondo de luz brillante finito, la energía del haz guiado puede ser desviada hacia el canal óptico deseado, al modicar el ángulo de colisión. Sin embargo, cuando cada uno de los solitones está inmerso en su propio fondo de luz, la correspondiente unión óptica no funciona adecuadamente. Esto se debe a que el ancho finito de la luz de fondo actúa como un filtro pasa-bajas sobre el haz difractado. Además, el efecto de inestabilidad modulacional de cruzamiento de fase ocurre solamente para ángulos de colisión suficientemente pequeños.

A fundamental study on the capability of a crossing of two optical waveguides based on dark-spatial solitons to act as acontrollable optical beam splitter is presented in this work. It is based on the fact that the guided beam is diffracted at the waveguide crossing by an effective phase screen formed by the soliton collision profile. It was found that when the two dark solitons are immersed into the same finite bright background, the energy of a guided beam can be split into the desired optical channel according to the collision angle. On the other hand, when each dark soliton is immersed into its own bright background, the corresponding optical junction can not operate. This is because the finite width of the backgrounds acts as a low-pass filter over the diffracted beam, and because the onset of the cross-phase modulation instability effect occurs for small enough collision angles.

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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Compuertas lógicas Solitones Materiales no-lineales Logic gates Solitons Nonlinear materials

Compactones, soluciones de ecuaciones no lineales con estructura tipo esferas duras

MAXIMO AUGUSTO AGUERO GRANADOS JORGE ALEJANDRO BERNAL ARROYO MARIA GUADALUPE FRIAS PALOS JORGE MAURICIO PAULIN FUENTES (2001)

This paper studies certain solutions of non linear equations that model physical processes having similarities with coherent structures of the hard sphere type -a model for particles that is widely used in various branches of physics. These compact solutions (drops, kinks, etc.) interact among themselves only across short distances, because they do not possess infinite tails live classical solitons.

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Multidisciplinarias (Ciencias Sociales) solitons compactons Klein-Gordon equations CIENCIAS SOCIALES CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Solitones singulares y regulares en la ecuación no lineal de Kadomtsev-Petvishvili

Erick Flores Romero MAXIMO AUGUSTO AGUERO GRANADOS (2001)

The Kadomtsev-Petviashvili equation for shallow water waves with negative dispersion (KP) can be reduced to the Boussinesq type (TBq) equation utt - uxx + (u2)xx + uxxxx = 0 by means of infinitesimal transformations of Lie's method. We use the one-dimensional soliton-solutions of the TBq equation in order to obtain two-dimensional soliton-solutions of the KP equation. We analyze some remarkable properties of these solutions.

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Multidisciplinarias (Ciencias Sociales) solitons non linear waves singular solitons CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Investigación de la polarización de solitones formados en el proceso de rompimiento de pulsos

JOSUE ISRAEL PERALTA HERNANDEZ (2013)

Si fuera posible resumir la idea general del proyecto, en un solo enunciado, se podría decir que dicha investigación centra su atención y su objetivo en el estado de polarización de solitones. Sin embargo habrá que contextualizar dicho enunciado a las circunstancias y antecedentes del proyecto.

Primeramente habrá que decir que para poder obtener un grupo de solitones, es necesario la presencia de fenómenos no lineales que generen dichos solitones, en nuestro caso hacemos uso de automodulación de fase (Self-Phase Modulation – SPM) dispersión de velocidad de grupo (Group Velocity Dispersion – GVD), autodesplazamiento de frecuencia (Self-Frequency Shift – SFS) e inestabilidad modulacional (Modulation Instability – MI), en la cual se genera el llamado rompimiento de pulsos.

También es útil aclarar que la manera de tener fenómenos no lineales, es utilizando altas potencias de pulsos, con esto se pretende decir que fue necesario preparar una etapa previa de amplificación de luz para poder llegar a generar fenómenos no lineales. Se analizó, diseñó y construyó un amplificador de fibra dopada con erbio a cuya salida se alcanzó una potencia de 350 W pico.

Por último y en visión retrospectiva, se puede decir que se pudo analizar la polarización de los solitones generados por rompimiento de pulsos, gracias a una previa etapa de amplificación. También en dicho proceso se realizaron pruebas con fibras mono modo (SFM-28) torcidas y no torcidas. Se observó que la polarización medida de las fibras sin torsión es totalmente aleatoria, por otra parte se observó también que el grado de polarización en fibras torcidas es alto especialmente cuando el pulso de bombeo tiene polarización circular.

Master thesis

Fibre optical amplifiers Solitons Optical solitons Birefringence Light polarization CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Raman-induced polarization stabilization of vector solitons in circularly birefringent fibers

NIKOLAI KORNEEV ZABELLO EVGENY KUZIN Balder Arturo Villagómez Bernabe Baldemar Ibarra Escamilla ANDRES GONZALEZ GARCIA Manuel Durán Sánchez (2012)

Vector soliton propagation in circularly birefringent fibers was studied by perturbation analysis and numerically. The results show that in presence of both Raman self-frequency shift and group velocity difference between circularly polarized components the Raman cross–polarization term causes an energy transfer from the slower to the faster circular component of vector solitons. This effect leads to polarization stabilization of circularly polarized vector solitons.

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Nonlinear optics, fiber Pulse propagation Temporal solitons CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Investigación de la extracción de solitones ópticos empleando un NOLM y su aplicación en el estudio del proceso de formación de solitones en fibras ópticas

MIGUEL ANGEL BELLO JIMENEZ (2010)

The soliton formation process in optical fibers is a complex and very interesting

phenomenon involving a variety of nonlinear phenomena. In particular it has been

demonstrated that the solitons appear in the fiber as a result of the interplay between

dispersive and nonlinear effects in the anomalous dispersion regime. However,

because of the cascaded nonlinear effects and its sensitive to experimental conditions,

a detailed comparison between theory and experiments is complicated. These

investigations are commonly carried out in an indirectly way, comparing simulate and

experimental spectra.

The selective extraction of solitons with desirable pulse duration could be very

useful for direct investigations of the soliton formation process and also for soliton

generation. To the best of our knowledge, the experimental demonstration of the

extraction of solitons with desirable pulse duration has not yet been reported. For this

reason in this PhD thesis is proposed the investigation of the soliton extraction by

using a nonlinear optical loop mirror (NOLM) and its application for investigations of

the soliton formation process in optical fibers.

The propose configuration consists of a symmetrical NOLM with highly twisted

low-birefringence fiber and a quarter wave retarder located asymmetrically into the

NOLM loop. We numerically investigate the nonlinear evolution of picosecond

pulses in a conventional fiber, where the pulse breaks up temporally forming a bunch

of fundamental solitons. The resulting solitons are launched into the NOLM whose

parameters are adjusted to transmit the highest intensity soliton. These results are

demonstrated experimentally by using 25-ps Gaussian pulses from a figure-eight fiber

laser configuration (F8L). For our particular case we report the extraction of a

fundamental soliton with pulse duration of 0.99 ps. The results reported in this thesis

demonstrate that the proposed method can be used to generate high-quality ultrashort

optical pulses, but also, it can be used for direct investigations of the initial stage of

the soliton formation process in optical fibers.

La formación de solitones en fibras ópticas es un fenómeno complejo y muy

interesante que involucra gran variedad de efectos no lineales. Se ha demostrado que

los solitones aparecen en la fibra como resultado de la interacción entre los efectos no

lineales y dispersivos en la región de dispersión anómala. Sin embargo, debido a la

cascada de efectos no lineales y su sensitividad a las condiciones experimentales, una

comparación detallada entre teoría y experimento es complicada. Estas

investigaciones son usualmente realizadas de forma indirecta, haciendo una

comparación entre los espectros simulados y experimentales.

La extracción selectiva de solitones con deseable duración temporal puede ser una

herramienta útil para investigar de forma directa el proceso de formación de solitones.

De nuestro conocimiento, la demostración experimental de la extracción de solitones

con deseable duración temporal es un proceso que no ha sido reportado aún. Por tal

motivo, en la presente tesis doctoral se propone la extracción no lineal de solitones

empleando un espejo de lazo óptico no lineal (NOLM) y su aplicación en el estudio

del proceso inicial de formación de solitones en fibras ópticas.

La configuración del sistema propuesto consiste de un NOLM simétrico con fibra

altamente torcida y un retardador de cuarto de onda en el lazo del NOLM.

Numéricamente investigamos la evolución no lineal de pulsos de picosegundos a

través de una fibra convencional, donde el pulso sufre una ruptura temporal y se

genera la formación de un tren de solitones fundamentales. Estos solitones son

introducidos al NOLM cuyos parámetros son ajustados para transmitir el solitón de

mayor intensidad. Estos resultados son demostrados experimentalmente empleando

pulsos gausianos de 25 ps, obtenidos a partir del diseño de un láser de fibra de figura

8 (F8L). Como caso particular reportamos la extracción de un solitón fundamental

con duración de 0.99 ps. Los resultados presentados en esta tesis demuestran que el

método propuesto puede ser empleado para generar pulsos ultracortos de alta calidad,

pero además, los resultados demuestran que el método propuesto puede ser empleado

para investigar la etapa inicial del proceso de formación de solitones en fibras ópticas.

Doctoral thesis

Fibre lasers Optical solitons Nonlinear optics CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Experimental investigation of the extraction of solitons at the initial stage of the soliton formation process

MIGUEL ANGEL BELLO JIMENEZ EVGENY KUZIN BALDEMAR IBARRA ESCAMILLA ARIEL FLORES ROSAS (2010)

We demonstrate the extraction of a single soliton from a bunch of solitons generated by the pulse breakup effect. The bunch of solitons was generated in a 500-m fiber pumped by 25-ps pulses. For the extraction of single soliton from the bunch we use a nonlinear optical loop mirror (NOLM). At its output we detected a pulse with full width at half-maximum (FWHM) of 0.99 ps whose autocorrelation trace corresponds to that of a soliton. Our results demonstrate that the suggested method can be useful for soliton generation, and also for investigations of the initial stage of the soliton formation process.

Article

Nonlinear optics, fibers Pulse propagation and temporal solitons. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

CNOIDAL WAVE FORMATION IN A LASER SYSTEM WITH ACTIVE SATURABLE ABSORBER

MARIO CESAR WILSON HERRAN (2011)

"We demonstrate the cnoidal wave formation in a two-laser system with a saturable absorber inside the cavity of one of the lasers. The other laser is used to activate the saturable absorber in order to control the pulse shape, width, intensity and frequency. The direct modulation enables to control when and how the pulse train coming from the saturable absorber is released. Using a three-level laser model rate equations based on the Statz – de Mars model, we show that for any value of saturable absorber parameter there exist a certain modulation frequency for which the pulse shape is very close to a soliton shape with less than 5% error at the pulse base. Such a device may be prominent for optical communication and laser engineering applications.

Demostramos la formación de ondas cnoidales en un sistema de dos láseres con un absorbedor saturable dentro de la cavidad de uno de ellos. El otro láser es utilizado para activar al absorbedor saturable y así poder controlar la forma, el ancho, la intensidad y la frecuencia de los pulsos generados. La modulación directa permite controlar cuándo y cómo se libera el tren de pulsos que proviene del absorbedor saturable. Usando un modelo de ecuaciones de balance para un láser de tres niveles basados en el modelo de Statz – de Mars, demostramos que para cualquier valor de parámetro del absorbedor saturable existe cierta frecuencia de modulación con la que la forma del pulso generado es muy cercana a la forma de un solitón con menos del 5% de error en la base del pulso. Dicho dispositivo puede ser prominente para comunicaciones ópticas y aplicaciones de ingeniería láser. "

Doctoral thesis

SOLITONS, RATE EQUATIONS, ELLIPTIC FUNCTIONS, LASER, OPTICAL SCHEME CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA LÁSERES