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ESTUDIO DE GUÍAS DE ONDA EN ND:YVO4 PARA EL DESARROLLO DE LÁSERES COMPACTOS

Maria Eugenia Sánchez-Morales (2007)

"Las guías de onda son un componente importante en el campo de la óptica integrada, esencialmente por su geometría y porque pueden confinar la luz en espacios angostos para ser guiada, así también estas estructuras pueden ser usadas para la fabricación de moduladores de alta calidad, amplificadores y láseres.

La implantación iónica actualmente es una de las técnicas más eficientes para la modificación de las características de diversos materiales formando estructuras de guía de onda y ha demostrado su capacidad para la alteración del índice de refracción de la superficie de una gran cantidad de materiales ópticos. El daño causado por las colisiones nucleares durante la implantación reduce la densidad del cristal, generando una reducción del índice de refracción al final de la trayectoria de los iones, lo cual crea una “barrera óptica” de menor índice que el del sustrato, por lo que la región entre la superficie y dicha barrera actúa como una guía de onda. Los cambios inducidos en el índice de refracción están relacionados con la energía, dosis e iones implantados.

En el presente trabajo de investigación se realiza un análisis teórico y experimental de guías de onda planas y de canal en Nd : YVO4 fabricadas mediante implantación de protones, helio y carbono presentando la caracterización para obtener los modos de propagación para el índice ordinario y extraordinario y el estudio espectroscópico de cada muestra. Así también espectroscopía Raman para las muestras implantadas con carbono reportando asimismo emisión láser para guías de canal fabricadas con C2+."

Doctoral thesis

GUÍAS DE ONDA, IMPLANTACIÓN DE IONES, CRISTALES DE ND : YVO4, ESPECTROSCOPÍA, MODOS DE PROPAGACIÓN, BIRREFRINGENCIA EN MATERIALES CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA FÍSICA

CARACTERIZACIÓN DE GUÍAS DE ONDA FABRICADAS MEDIANTE IMPLANTACIÓN IÓNICA EN CRISTALES DE ND:YVO4

Maria Eugenia Sánchez-Morales (2003)

"En el presente trabajo se hace el análisis de guías de onda fabricadas en Nd: YVO4 mediante implantación de protones y carbono a diferentes dosis, comenzando desde la optimización de condiciones para su fabricación, después el análisis de los modos TE y TM para el índice ordinario y el extraordinario, así como el espectro de emisión para cada muestra fabricada.

El desarrollo del trabajo se ha dividido en dos partes, en la primera se da una introducción y los elementos necesarios para la comprensión del tema, por lo que se ha denominado marco teórico, mientras que en la segunda parte se presenta la parte experimental donde se dan los resultados obtenidos en el análisis de Nd: YVO4 implantados con protones o carbono así como una comparación del espectro de emisión de Nd: YAG implantado con protones e investigado previamente."

Master thesis

GUÍAS DE ONDA, ND: YVO4, CRISTALES BIRREFRINGENTES, ESPECTROSCOPÍA. CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA FÍSICA

ESTUDIO DE GUÍAS DE ONDA FABRICADAS MEDIANTE IMPLANTACIÓN DE IONES EN CRISTALES DE YB:YAG

OSCAR DANIEL RAMIREZ GRANADOS (2012)

"En la actualidad las guías de onda ópticas se han convertido en estructuras básicas para el desarrollo de dispositivos de óptica integrada. Son frecuentemente utilizadas en el desarrollo de láseres, amplificadores y moduladores, debido a las pequeñas dimensiones y geometrías con las que pueden ser fabricadas, así como las altas densidades de potencia que pueden confinar.

Es por esto que en la presente tesis, se realizó un análisis de las guías de onda fabricadas por implantación de iones de C2+ y protones (H+) en cristales de Yb:YAG; dicho análisis se encuentra conformado por simulaciones de implantación, reconstrucción de perfiles de índice de refracción, pérdidas de propagación así como el análisis de los espectros de absorción y emisión tanto en el infrarrojo como el visible. Por último se presentan los resultados de los tiempos de vida media y una comparación de los dos cristales estudiados.

El desarrollo del presente trabajo se divide, de forma general, en dos partes. En la primera se presentan los conceptos necesarios para la comprensión del tema así como los modelos teóricos que nos servirán de guía para la obtención de los resultados. En la segunda parte se presentan los datos experimentales obtenidos del análisis realizado para una muestra de Yb: YAG implantada con iones de C2+, así como para una muestra implantada con protones, por último se presenta una comparación de las dos muestras."

Master thesis

GUÍAS DE ONDA, IMPLANTACIÓN DE IONES, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA, ESPECTROSCOPÍA CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

DISEÑO Y CARACTERIZACIÓN DE LÁSERES DE GUÍA DE ONDA EN ND:YAG

MONSERRAT ALEJANDRA LOPEZ URQUIETA (2012)

"El objetivo principal de este trabajo es el diseño de un prototipo de láser de guía de onda compacto. Una propuesta para obtener láseres en miniatura es fabricar guías de onda ópticas con la capacidad de generar emisión láser. Este trabajo abarca el estudio experimental de guías de onda de canal obtenidas mediante la implantación de protones en cristales de Nd: YAG. Incluye la caracterización de 30 guías de onda de canal con diferentes anchos en las cuales se realizaron pruebas de emisión láser para obtener la eficiencia láser y la potencia umbral de oscilación láser que es lo que nos interesa conocer para el diseño del láser de guía.

Finalmente se dan las conclusiones del presente trabajo así como también dos apéndices: el apéndice A en donde se describen las características y especificaciones de la fibra óptica utilizada para el acoplamiento fibra – guía y a la cual se le fabricó una lente en uno de sus extremos, y el apéndice B que incluye las especificaciones del diodo láser que se sugiere para ser utilizado como fuente de bombeo en el diseño del láser de guía de onda propuesto."

Master thesis

IMPLANTACIÓN IÓNICA, GUÍAS DE ONDA, ESPECTROSCOPÍA, EMISIÓN LÁSER, ENERGÍA CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA FIBRAS ÓPTICAS

Estudio de nanopartículas en guías de onda fabricadas por implantación de iones metálicos en cuarzo fundido

Study of nanoparticles in optical waveguides obtained by ion implantation in fused silica

Alejandra Urbina Frías (2008)

El presente trabajo de tesis comprende un estudio teórico y experimental de nanopartículas en guías de onda planas y de canal fabricadas con la técnica de implantación de iones de metales nobles (Au, Ag y Cu) en sustratos de cuarzo fundido (SiO2). Este tipo de guías de onda presentan nanopartículas de metal y por ende características intrínsecas asociadas con plasmones ópticos de superficie. Las nanopartículas en las guías de onda fueron analizadas por diversas espectroscopías ópticas, tales como: espectrofotometría, espectrofluorometría y Raman. Los espectros de absorción, transmisión, reflexión, luminiscencia y Raman de las guías de onda ópticas permitieron hacer un diagnóstico sobre la presencia de nanopartículas de metal en las guías de onda. Cálculos de la sección transversal de emisión estimulada, en particular de guías de onda de Cu, indican que este tipo de guías presentan un potencial de emisión láser.

In this thesis, a theoretical and experimental study on nanoparticles in planar and channel optical waveguides obtained by means ion implantation of Au, Ag, and Cu in fused silica substrates is presented. Metallic nanoparticles and their feature surface plasmón in the optical waveguides were studied by using information from absorption, transmission, reflectance, luminescence, and Raman spectroscopy techniques. Transversal emission cross section estimated in copper waveguides allows be considered with potential laser emission.

Master thesis

Cuarzo fundido,Implantación de iones,Guías de onda ópticas,Nanopartículas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA

Estudio de guias de onda ópticas activas obtenidas por implantación de iones en cristales de YAG

Study of active optical waveguides obtained by ion implantation in YAG cristals

Erick Flores Romero (2008)

Una necesidad actual en el campo de la óptica integrada es la miniaturización de los dispositivos láser para hacerlos compatibles con la tecnología de láseres de semiconductor y de fibras ópticas. Una propuesta para obtener láseres en miniatura es fabricar guías de onda ópticas con la capacidad de emisión láser, esto es, láseres de guías de onda ópticas. Una configuración de guía de onda tiene algunas ventajas sobre una configuración de cristal en volumen, por ejemplo densidades más altas de potencia y ganancia óptica alta por unidad de potencia de bombeo. Estas propiedades hacen posible que los láseres basados en guías de onda exhiban potencialmente eficiencias más altas y potencias umbrales más bajas que los basados en configuraciones de volumen. En este trabajo se presenta un estudio teórico y experimental de guías ópticas angostas fabricadas por implantación de protones (H+ ) o iones de carbono (C2+) en cristales de Nd:YAG, y su aplicación para el desarrollo de láseres compactos. El estudio abarca el diseño, la fabricación y la caracterización de las guías de onda. Los parámetros utilizados en el proceso de implantación fueron los siguientes: (a) para los protones la energía fue de 1.0 MeV, a un ángulo de 61º y una dosis total de 2x1016 iones/cm2 , y (b) para los iones de carbono la energía fue de 7 MeV, a un ángulo de 8º y una dosis total de 5x1014 iones/cm2 . Para la elaboración de las guías angostas se desarrolló una mascarilla patrón de una aleación de níquel-cobalto. De esta forma se obtuvieron guías ópticas angostas de 10, 15 y 20 μm de ancho, 10 mm de longitud y una profundidad entre 4 y 5 μm. La caracterización de las propiedades ópticas de las guías fue realizada por microscopía óptica, se utilizaron sistemas ópticos para medir las pérdidas por propagación y el comportamiento modal. Se efectuaron estudios espectroscópicos por medio de un bombeo óptico para determinar si la implantación de los iones produjo cambios en el espectro de uminiscencia. Finalmente, se determinaron las características principales de la emisión láser en las guías angostas. Se encontró que la emisión presenta una buena eficiencia y una potencia umbral menor que la obtenida en guías planas y en cristales en volumen.

A currently growing need in the integrated optics field is to miniaturize laser devices to make these compatible with semiconductor lasers and fiber optics technology. An attempt to obtain these miniature lasers is to fabricate optical waveguides with the capability of supporting laser oscillation, that is, optical waveguide lasers. An optical waveguide laser presents some advantageous properties over a laser based on a bulk configuration, e.g. higher power densities, high optical gain per unit pump power, and compatibility with semiconductor lasers and fiber optics technology. These properties allow waveguide lasers to exhibit higher slope efficiencies and lower threshold pump powers than those based on bulk configurations. This thesis presents an experimental and theoretical study of optical channel waveguides fabricated by either proton or carbon implantation in Nd:YAG crystals, and their application to the development of compact lasers. The study comprised the design, the fabrication and the characterization of the channel waveguides. The protons were implanted at energies around 1.0 MeV at an angle of 61º and a total dose of 2x1016 ions/cm2 . The carbon ions were implanted at energies close to 7.0 MeV at an angle of 8º and with a total dose of 5x1014 ions/cm2 . For the channel waveguide fabrication an electroformed mask was used to stop the ions in the regions desired to be without implantation. In this form, channel waveguides of 10, 15 and 20 μm in width, 10 mm length and 4-5 μm deep, were obtained. The waveguides were analyzed by optical microscopy in order to determine their dimensions and a fiber-waveguide coupling setup was used to measure the waveguide transmission as well as the transversal modes with the help of a CCD camera. The luminescence was studied by means of an optical pump to determine any bandwidth broadening produced by the ion implantation. Finally, the main laser characteristics of these channel waveguides were analyzed. The emission presents a good efficiency and a smaller threshold pump power than that obtained in planar waveguides and bulk crystals.

Doctoral thesis

Guías de ondas ópticas, Implantación de iones, Modos de propagación, Materiales activos, Luminiscencia, Emisión láser, Eficiencia láser, Potencia umbral, Optical channel waveguides, Ion implantation, Propagation modes, Active materials, luminescence, Laser emission, Slope laser efficiency, Threshold pump power CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

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

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 de guías de onda ópticas de SiOx

Study of SiOx optical waveguides

EDER GERMAN LIZARRAGA MEDINA (2016)

Actualmente, la transferencia de datos se ha visto mundialmente incrementada por el uso

masivo de dispositivos de comunicación. La óptica ha jugado un papel importante en el

traslado eficiente de la información y la fotónica de silicio propone utilizar materiales

basados en silicio y/o que puedan ser desarrollados con la tecnología de la manufactura

microelectrónica para aplicarlos en la óptica integrada. Este trabajo explora la aplicación

del SiOx (1 < 𝑥 < 2) en guías de onda ópticas que operan en la región espectral visiblecercano

infrarrojo. El índice de refracción del material depende fuertemente de su

estequiometría dada por el factor 𝑥, la cual puede ser modificada durante el proceso de

fabricación. En esta tesis las capas de SiOx, el núcleo de la guía, fueron fabricadas por

implantación de iones y evaporación térmica. Adicionalmente, a la capa SiOx fabricada

por implantación de iones se le aplicó un recocido, precipitando nanocristales de silicio

en ella. El diseño de guía de onda, permitió encontrar las propiedades del núcleo para

operar monomodalmente en la región espectral de interés. Además, se estudiaron

diversas propiedades de la guía de onda, por ejemplo, el índice de refracción efectivo, el

ancho modal efectivo, el confinamiento, entre otros; encontrando que el alto contraste del

SiOx con sustratos convencionales de óptica integrada, permite fabricar guías de onda

de dimensiones submicrón. Por otro lado, se fabricaron guías de onda de canal con

anchos de 10 μm, 15 μm y 20 μm evaporando térmicamente SiOx a través de una

mascarilla metálica. También se diseñaron guías de canal con curvas y anchos con

dimensiones submicrón y se propuso al decapado iónico reactivo como potencial técnica

de fabricación. Los resultados obtenidos en esta tesis establecen que el SiOx (1 < 𝑥 < 2)

es un material viable para ser considerado como guía de onda y las propiedades de

propagación de la guía con nanocristales de silicio prospectan su aplicación en

dispositivos fotónicos activos.

Nowadays, data transfer has increased due to the massive use of communication devices.

Optics has played a keyrole in the efficient transference of information and silicon

photonics proposes to use silicon-based materials, or materials that can be manufactured

with the microelectronic industry, to be applied on integrated optics. This work explores

the application of SiOx (1 < 𝑥 < 2) in optical waveguides that operate in the visible-near

infrared spectrum. The refractive index of this material is highly dependent on its

stoichiometry given by the 𝑥 factor, which can be modified during the fabrication process.

In this thesis the SiOx films, the waveguide core, were fabricated by means of ion

implantation and thermal evaporation. In addition, an annealing was applied to the

implanted SiOx film, precipitating silicon nanocrystals. The waveguide design allowed to

find the core properties for single mode operation in the spectrum of interest. Additionally,

several waveguide properties have been studied as: effective index, effective mode width,

confinement, etc; finding that the high contrast between the SiOx and the conventional

integrated optics substrates, allows the fabrication of submicron optical waveguides. On

the other hand, channel waveguides with 10 μm, 15 μm and 20 μm widths were fabricated

by evaporating SiOx through a metallic mask. Also, submicron curved channel

waveguides were designed and reactive ion etching was proposed as a technique for their

fabrication. The results obtained in this work indicate that SiOx (1 < 𝑥 < 2) is a candidate

material to be considered as integrated optics waveguides and the propagation properties

of the silicon nanocrystal waveguides prospect their application in active photonic devices.

Doctoral thesis

Guías de onda ópticas, SiOx, Submicrón, Evaporación térmica, Implantación de iones, Optical waveguides, SiOx, Submicron, Thermal evaporation, Ion implantation INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

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