Tesis doctoral de Sandro Perrone
El tema central de esta tesis es el estudio de las dinámicas estocásticas y no lineales en sistemas ópticos. En primer lugar, se ha observado experimentalmente la dinámica estocástica de una partícula colloidal en una trampa óptica sometida a una fuerza externa. Los resultados se han relacionado a los efectos de un ruido paramétrico externo agregado a trampas ópticas monoestables y biestables. específicamente hemos descubierto un nuevo efecto que hemos nombrado resonancia estocástica amortiguada (srd), que se refiere a la minimización de la varianza de la posición de la partícula atrapada en un potencial harmonico, en funcion de la intensidad de un ruido paramétrico externo, añadido a la fuerza que actua sobre la particula. Se ha comparado la resonancia estocástica clásica con la amortiguada, y hemos demonstrado que se trata de dos fenómenos que coexisten en el mismo sistema, pero en diferentes regímenes. Además, hemos investigado experimentalmente un sistema monoestable, que exhibe un máximo en el cociente señal-ruido, que no se habia observado anteriormente en una trampa optica. Para estas investigaciones, hemos desarrollado una nueva técnica que aumenta 10 veces el rango de detección del fotodiodo, que explota el crosstalk entre canales. en segundo lugar, hemos estudiado la dinámica estocástica de un láser de semiconductor (scl) de emision vertical (vcsel), que presenta biestabilidad en las polarización de la luz emitida y fenomenos de histéresis, al variar la corriente inyectada o al variar la potencia óptica inyectada. hemos demostrado que estas propiedades se pueden utilizar para realizar operaciones lógicas gracias al efecto del ruido de emisión espontánea. Dos señales de entrada lógicas han sido codificadas en tres niveles de potencia inyectada desde un láser guia (llamado master), y la respuesta lógica del laser injectado (slave) fue decodificada a partir de la polarización de la luz emitida. Se ha logrado una respuesta lógica correcta cuando se ajusta la potencia de la injeccion para favorecer, en dos de los niveles de injeccion, a una de las dos polarizaciones, y para favorecer a la otra polarización, en el tercer nivel de injeccion. Hemos demostrado numéricamente que el operador logico basado en la polarizacion emitida por un vcsel con injeccion optica permite reproducir la tabla de verdad para los operadores lógicos or y nor. La extensión a los operadores logicos and y nand es de muy simple implementacií²n. Codificando las señales de entrada en forma optica hemos sido capaces de reducir el tiempo mínimo de bit requerido para realizar operaciones logicas correctamente, desde 30 ns, obtenido previamente mediante codificacion optoelectrónica, hasta 5 ns. el tercer objetivo de esta tesis es el estudio de la dinámica no lineal caótica de un scl inyectado ópticamente en la region de parametros donde se observan esporadicamente picos extremos de intensidad, llamados rogue waves (rws). Nuestros estudios nos permiten concluir que, agregando ruido moderado de intensidad apropiada, el número de pulsos extremos aumenta respecto al caso determinista. Por el contrario, en algunas regiones de parametros, agregar un ruido de baja intensidad da lugar a una significativa disminución de los pulsos extremos. Con el fin de suprimir o inducir estos pulsos extremos, hemos investigado los efectos de una modulación periódica de la corriente del láser. Hemos observado que esta modulacion puede efectivamente suprimir o inducir rws, dependiendo de la frecuencia de la modulacion.
Datos académicos de la tesis doctoral «Exploiting nonlinearity and noise in optical tweezers and semiconductor lasers: from resonant damping to stochastic logic gates and extreme pulses.«
- Título de la tesis: Exploiting nonlinearity and noise in optical tweezers and semiconductor lasers: from resonant damping to stochastic logic gates and extreme pulses.
- Autor: Sandro Perrone
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 07/02/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Cristina Masoller Alonso
- Tribunal
- Presidente del tribunal: José m Sancho herrero
- María carme Torrent serra (vocal)
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