Título
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
Autor
Erick Flores Romero
Colaborador
Heriberto Marquez Becerra (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
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 - (AUTOR) CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA - (CTI) FÍSICA - (CTI) ÓPTICA - (CTI) ÓPTICA - (CTI)
Resumen o descripción
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.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2008
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Flores Romero, E.2008.Estudio de guias de onda ópticas activas obtenidas por implantación de iones en cristales de YAG.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.149 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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