Optimización y desarrollo de nuevas funcionalidades en nanoláseres de estado sólido

• Autores: David Hernández Pinilla
• Directores de la Tesis: Luisa E. Bausá (dir. tes.), Pablo Molina de Pablo (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Díaz i González (presid.), José Luis Plaza Canga-Argüelles (secret.), Asunción de Andrés Miguel (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnología por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Láseres
      • Espectroscopia
    • Física del estado sólido
      • Luminiscencia
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • En esta tesis se han utilizado cristales de LiNbO3 dopados con iones trivalentes de tierras raras sobre los que se forman cadenas de NPs de Ag. Por una parte, se ha estudiado la influencia de las resonancias de plasmones superficiales localizados (LSPRs) suministradas por estas nanoestructuras en los procesos de transferencia de energía y up conversion del sistema Er3+-Yb3+:LiNbO3. En particular, se ha demostrado la intensificación en hasta un 50 % de las emisiones del ion Er3+ generadas en las proximidades de cadenas de nanopartículas de Ag mediante conversión infrarroja-visible a partir de transferencia de energía resonante Yb3+ a Er3+.

    Por otra parte, gracias al confinamiento del campo electromagnético inducido por las NPs metálicas, se han optimizado y desarrollado nuevas funcionalidades en nanoláseres de estado sólido basados en medios de ganancia de Nd3+:MgO:LiNbO3. Concretamente, mediante la utilización de configuraciones geométricas alternativas se ha accedido a transiciones con mayor sección eficaz de emisión estimulada, lo que ha supuesto una drástica reducción de la potencia umbral de bombeo y un aumento de la eficiencia láser. Estos resultados se han obtenido bajo bombeo a diferentes transiciones de absorción del ion Nd3+, a las longitudes de onda de 587 nm, 751 nm, 808 nm y 885 nm.

    Adicionalmente, se ha demostrado una reducción de la anchura de línea láser de hasta un 35% en las proximidades de las cadenas de Ag respecto al sistema láser convencional basado en el mismo medio de ganancia. Mediante un estudio teórico que utiliza un modelo semi-analítico se ha concluido que el confinamiento del campo electromagnético generado por las nanoestructuras metálicas incrementa la eficiencia de bombeo del sistema e induce un aumento de la coherencia temporal en las proximidades de las nanoestructuras plasmónicas y la reducción en la anchura de la línea de emisión láser.

    Por último, se ha extendido el rango espectral de operación de los nanoláseres de estado sólido demostrando operación en 1,38 µm, lo que permitiría el uso de este tipo de láseres en aplicaciones centradas en biomedicina o en monitorización medioambiental. Asimismo, se ha demostrado la generación simultánea de emisiones láser en el infrarrojo y radiación coherente en múltiples longitudes de onda situadas en la región espectral visible, originada a partir de procesos no lineales de conversion de frecuencias (autosuma y autodoblado de frecuencias). Los resultados constituyen el primer ejemplo de operación multilínea en la nanoescala a partir de un único nanoláser y permiten extender las ventajas inherentes de los láseres de estado sólido, tales como una gran estabilidad química y una alta calidad de línea láser, a regiones espectrales en las que hasta ahora típicamente operaban los materiales semiconductores y los colorantes orgánicos, con el consecuente interés científico y tecnológico que conlleva.