Resumen de Modelización y caracterización de guías de ondas integradas multinúcleo codopadas con erbio e iterbio
Las fibras multinúcleo (MCF) tienen un gran potencial para incrementar la capacidad de transmisión de información de los sistemas ópticos, mediante el multiplexado espacial (SDM) y modal (MDM), así como para aumentar la potencia de dispositivos ópticos activos mediante áreas modales grandes (LMA). Gracias a los avances recientes en la escritura de guías de onda con láseres de femtosegundo, es posible escribir estructuras multinúcleo en vidrios, permitiendo por tanto transferir las potencialidades de las fibras multinúcleo a dispositivos integrados. Estos pueden ser activos empleando vidrios dopado con tierras raras.
La estructura multinúcleo más simple está formada por dos núcleos paralelos suficientemente cercanos como para que entre ellos exista intercambio de potencia óptica, y se suele utilizar como acoplador, sensor, convertidor modal o ecualizador espectral de ganancia. En esta tesis se han caracterizado este tipo de guías integradas escritas mediante láser de femtosegundos en un vidrio fosfatado codopado con erbio e iterbio. En primer lugar se ha llevado a cabo la caracterización de una guía individual para el posterior ajuste del modelo teórico, basado en las ecuaciones de la propagación de las potencias ópticas acopladas a las de la evolución temporal de las densidades de población de los niveles de energía. Una vez ajustado el modelo, se han realizado medidas de potencia óptica a la salida de las guías de dos núcleos en diferentes condiciones de excitación y en función de diversos parámetros (potencia de bombeo, separación entre núcleos, longitud de onda, etc) y se han comparado con las simulaciones. Se ha encontrado que el modelo teórico reproduce adecuadamente las medias realizadas, excepto en unas condiciones de alta asimetría en las que se observa una dependencia experimental desconocida hasta la fecha según nuestro conocimiento. En estas condiciones ha sido necesario tener en cuenta un nuevo formalismo matemático basado en la teoría de modos acoplados (TMA) que, tras identificar los parámetros más críticos y su influencia, permite reproducir razonablemente bien las medidas realizadas.
Una de las características típicas de las guías multinúcleo es su comportamiento multimodal, para cuyo diseño y optimización resulta fundamental realizar un correcto análisis modal que, además, permite estudiar el mecanismo de la competición entre modos y el acoplamiento entre estos. Teniendo en cuenta su interés, se ha puesto a punto un montaje experimental de determinación del porcentaje de potencia total y fase relativa de cada modo transversal en guías de ondas usando un modulador espacial de luz (SLM), y se ha implementado para el análisis de los modos de una fibra óptica estándar en el visible. Junto con su implementación y correcta comprobación experimental se ha llevado a cabo un estudio numérico sobre el impacto de diferentes parámetros en la relación señal-ruido obtenida en el proceso de análisis modal.
Por último, se han estudiado dos aplicaciones basadas en guías multinúcleo activas: el diseño optimizado de un amplificador basado en una guía de onda óptica por reflexión antirresonante en un medio dopado con erbio, y la viabilidad de mejorar las prestaciones de un sensor de curvatura, basado en la interferencia modal en una fibra multinúcleo, mediante la implementación de una etapa activa.
