Tesis doctoral de José Antonio Sánchez Martín
Nuestro grupo de investigación posee una amplia experiencia en la modelización y estudio experimental de dispositivos amplificadores o láser basados en fibras ópticas dopadas con erbio, y durante la última década dos grupos de la universidad de Valencia se han dedicado al estudio teórico y la fabricación de fibras de cristal fotónico (fcf). Por ello, se decidió establecer una colaboración para el estudio y desarrollo de dispositivos basados en fcf dopadas con tierras raras. en las instalaciones que posee la universidad de Valencia, el grupo del laboratorio de fibras ópticas ha sido el encargado de fabricar las fcf. Sobre imágenes reales de las fibras fabricadas el grupo de modelización y diseño de dispositivos fotónicos ha obtenido teóricamente algunos parámetros pasivos, y en nuestras instalaciones se han construido dispositivos de amplificación y láser con las fibras estiradas en Valencia, tratando de optimizar el funcionamiento de los mismos. De esta forma no sólo hemos podido caracterizar las fibras y tratar de optimizar dispositivos, sino que también hemos conseguido mejorar las prestaciones de las fibras desde su proceso de fabricación, estudiando fibras con diferentes geometrías, en busca de aquella capaz de ofrecer los mejores resultados de cara a la aplicación a la que vaya a ser destinada. la estructura de la tesis la hemos dividido en cinco capítulos, cuyo contenido mostramos a continuación: la primera parte de la memoria de tesis doctoral la dedicamos a hacer un repaso a las principales aplicaciones a las que están siendo destinadas las fcf y a presentar las fibras de cristal fotónico dopadas con er3+ que son el principal objeto de estudio a lo largo del presente trabajo. Previamente a la adquisición de una barra de sílice dopada con erbio que se convertiría en el núcleo de las futuras fcf fue necesario simular el comportamiento de las futuras fcf para establecer los requisitos que debía cumplir dicha barra para poder fabricar con ella fibras que tuviesen una ganancia considerable y con las que pudiéramos construir láseres. en el capítulo ii mostramos los estudios experimentales realizados con dichas fibras. Comenzamos presentando un método para poder realizar soldaduras entre fibras de cristal fotónico y fibras convencionales. Utilizando dicho método hemos sido capaces de realizar soldaduras robustas y con menores pérdidas a las habituales en estos tipos de fibras además resulta útil analizar las distribuciones modales de las fibras fabricadas mediante una cámara para identificar aquellas que no son monomodo y analizar el perfil de las distribuciones modales, tanto para la longitud de onda de señal como para la de bombeo. De esta forma hemos sido capaces de identificar las fcf que no tienen un comportamiento monomodo y de comprobar que en propagación monomodo las distribuciones modales se ajustan bien a perfiles gaussianos. Finalmente mostramos los resultados obtenidos con las distintas fcf fabricadas, tanto en configuración de amplificador como de láser de anillo. A partir de los resultados obtenidos con las fcf de la tirada 2, se construyeron nuevas fcf con diferentes valores de los parámetros estructurales que mejoraron las prestaciones de las anteriores, tanto en configuración de amplificador como de láser. el capítulo iii lo dedicamos enteramente al estudio de amplificadores. Se presenta una técnica de caracterización que nos permite obtener los parámetros necesarios para poder simular el comportamiento experimental de las fibras fabricadas. Con dichos valores de los parámetros característicos de la fcf somos capaces de simular con buen acuerdo teoría-experimento tanto su comportamiento en amplificación como su ase. Haciendo uso de los valores obtenidos a través de dicha caracterización simulamos el comportamiento en amplificación de otra de las fibras fabricadas, para la que somos capaces de predecir con éxito su comportamiento experimental en diferentes situaciones. A partir del modelo teórico y los parámetros obtenidos mediante nuestra técnica de caracterización podemos optimizar la ganancia de las fcf y estudiar la variación de la misma con relación ala variación de parámetros estructurales de la fcf. en el siguiente capítulo construimos láseres de anillo de fibra de cristal fotónico y simulamos su comportamiento a través de dos modelos distintos. Por un lado, haciendo uso del modelo general y los parámetros característicos, obtenidos mediante la caracterización del amplificador, simulamos el comportamiento de un anillo láser copropagante en diferentes situaciones (longitud de onda láser, potencia de bombeo de entrada y longitud de fibra), obteniendo un acuerdo aceptable entre las medidas experimentales y los cálculos teóricos. Posteriormente haciendo uso de un modelo simplificado desarrollado anteriormente por el grupo adaptado a las características de las fcf, simulamos el comportamiento de un anillo láser contrapropagante para un amplio rango de situaciones distintas (longitud de fcf, factor de acoplamiento de salida, potencia de bombeo de entrada y longitud de onda láser), obteniendo un buen acuerdo teoría- experimento en todas las situaciones analizadas. Este modelo tiene la ventaja de que al estar basado en expresiones analíticas facilita sobremanera la comprensión de las dependencias de los distintos parámetros, y también el procedimiento y el tiempo empleado al calcular. Con ambos modelos podemos realizar estudios de optimización de la cavidad láser, y con el modelo general podemos estudiar también la optimización en función de parámetros estructurales propios de las fcf. con todo lo anterior queda completado el estudio de posibilidades de diseño de amplificadores o láseres de fcf dopadas con er3+, optimizados para diversas aplicaciones. el último capítulo está dedicado a abrir una nueva línea de trabajo sobre sensores basados en amplificadores ó laseres de fcf dopadas con er3+ y en él se estudia la influencia de la concentración de erbio y de la microestructura en la medida de temperatura. Para ello realizamos medidas de ganancia y láser con una de las fcf en función de la temperatura, obteniendo medidas bastante estables y con una dependencia lineal de la variación de la ganancia ó potencia láser respecto a la variación de la temperatura. En la situación más favorable (láser en 1555 nm) repetimos las medidas con otras dos fcf con diferentes propiedades. La primera es una fcf con geometría estructural parecida pero cuyo núcleo proviene de otra barra dopada con erbio con una concentración un orden de magnitud superior a las anteriores, y que además tiene mayor proporción de área dopada. La segunda es una fcf de núcleo suspendido, compuesta por sólo tres agujeros de aire de grandes dimensiones. Esta fcf tiene la desventaja de que al ser multimodo sus medidas no son tan estables como en las anteriores, pero tiene la ventaja de que permite la inserción de líquidos con índice adecuado que podrían aumentar su sensibilidad respecto a la temperatura. Además su núcleo se encuentra codopado con erbio y germanio, por lo que hay que estudiar si es posible la grabación de redes de braga en la propia fibra, de tal forma que tendríamos un dispositivo láser mucho más simple.
Datos académicos de la tesis doctoral «Diseño, construcción y estudio de amplificadores y láseres de fibra de cristal fotónico dopada con erbio«
- Título de la tesis: Diseño, construcción y estudio de amplificadores y láseres de fibra de cristal fotónico dopada con erbio
- Autor: José Antonio Sánchez Martín
- Universidad: Zaragoza
- Fecha de lectura de la tesis: 28/02/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Miguel álvarez Abenia
- Tribunal
- Presidente del tribunal: manuel Lopez-amo sainz
- Miguel vicente Andrés bou (vocal)
- Antonio Diez cremades (vocal)
- José Miguel Lopez higuera (vocal)