Efectos no lineales en guías de onda en la región del infrarrojo medio / Nonlinear effects on waveguides in the mid infrared region

Sánchez, Alfredo D. (2020) Efectos no lineales en guías de onda en la región del infrarrojo medio / Nonlinear effects on waveguides in the mid infrared region. PhD Thesis in Engineering Sciences, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.

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Abstract in Spanish

Esta tesis aborda la interrelación de un conjunto de fenómenos en el marco de la óptica no lineal que ocurren cuando un campo intenso, típicamente producido por una fuente láser, se propaga en una guía de onda. Este tipo de fenómenos se caracteriza por la generación de nuevas frecuencias a partir de una o más fuentes de luz y un medio no lineal. Se pone especial énfasis en la región del infrarrojo medio, que encuentra aplicaciones en termografía, fotografía infrarroja, meteorología, comunicaciones, espectroscopía infrarroja o en la generación de nuevas frecuencias en todo el espectro, como es el caso de la generación de supercontinuo o la implementación de peines de frecuencia. El análisis de tales procesos está centrado en la interacción de los fenómenos lineales y no lineales como la dispersión cromática, el efecto Kerr, el scattering estimulado de Raman (SRS), y los efectos de self-steepening y de inestabilidad modulacional (MI). Los resultados de la tesis se obtuvieron con un análisis de estos fenómenos en el marco de un modelo completo de MI. En este contexto, se hace hincapié en la denominada ganancia de MI, cuyas características dependen del medio, como así también de los efectos que se consideren. La inclusión del self-steepening y la del SRS presenta un fructífero escenario en el que se exploran las consecuencias de su interrelación. Cuando el efecto del self-steepening se incluye en el análisis, existe un valor de potencia de bombeo para el cual la ganancia de MI desaparece. Sin embargo, la presencia del SRS permite que exista ganancia aún para potencias mayores a dicho umbral, la cual adopta la forma de la respuesta Raman del medio. En esta región de parámetros, que denominamos “Región dominada por Raman” (RdR), es en donde se desarrolla la tesis. Los resultados obtenidos se dividen en tres capítulos. En el primero, se muestra la capacidad de sintonizar en frecuencia a la ganancia de MI con la potencia de un campo intenso en la RdR. En el siguiente, se propone un método para estimar una de las características de la respuesta Raman del medio y, en el capítulo final, se describe un análisis sobre el efecto que tiene la inclusión del self-steepening en el número de fotones de las componentes espectrales de los campos propagantes.

Abstract in English

This thesis addresses the interrelation of a set of phenomena within the framework of nonlinear optics that can occur when an intense field, typically produced by a laser source, propagates in a waveguide enabling the generation of nonlinear processes. This kind of phenomena is characterized by the generation of new frequencies from one or more light sources in a nonlinear medium. Special emphasis is placed on the mid IR, a spectral region with applications in many different fields such as thermography applications, infrared photography, meteorology, optical communications, infrared spectroscopy, or the generation of new frequencies such as supercontinuum and frequency combs. The analysis of these processes is focused on the interaction of linear and nonlinear phenomena such as chromatic dispersion, Kerr effect, Raman stimulated scattering (SRS), self-steepening, and the phenomenon of modulation instability (MI). All these proccesses are analyzed under a unified framework based on the generalized nonlinear Schrödinger equation (GNLSE). The so-called MI gain is emphasized here, whose characteristics depend on the medium as well as on the effects considered. The inclusion of self-steepening and that of SRS offers a fruitful scenario in which the consequences of their interrelation are explored. The inclusion of the self-steepening effect in the analysis makes the MI gain vanish for a given pump-power threshold. However, the presence of SRS allows for MI processes to occur beyond this threshold. The thesis is developed in this region of parameters that we call Raman-dominated Region (RdR). The results obtained are described in three chapters. The first chapter shows tunability of the frequency of the MI gain peak with pump power in the RdR. In the second chapter, a method to estimate one of the characteristics of the Raman response of the medium is proposed. The third chapter developes an analysis on the effect that the inclusion of self-steepening has on the number of photons of the spectral components of the propagating fields.

Item Type:Thesis (PhD Thesis in Engineering Sciences)
Keywords:Nonlinear optics; Óptica nolineal; Waveguides; Guías de ondas; [Raman scattering; Scattering de raman; Modulation instability; Inestabilidad modulacional; Mid infrarred; Infrarrojo medio; Chalcogenide glass; Vidrios calcogenuros]
Subjects:Physics > Optics
Engineering
Divisions:Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Laboratorio de investigación aplicada en Telecomunicaciones
ID Code:966
Deposited By:Marisa G. Velazco Aldao
Deposited On:11 Aug 2021 14:38
Last Modified:11 Aug 2021 14:38

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