Analysis of Photonic Structures for Optical Networks

• Autores: Tania Vivero Palmer
• Directores de la Tesis: Ana Pilar González Marcos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2010
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Antonio Martín Pereda (presid.), Ignacio Esquivias Moscardó (secret.), Guillermo Carpintero del Barrio (voc.), Pedro Corredera Guillén (voc.), Carl Filip Ohman (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Fibras ópticas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • Esta Tesis Doctoral describe la física y las aplicaciones de dispositivos biestables de estructuras bulk y pozos cuánticos basados en simulaciones numéricas y computacionales; además se analiza los regeneradores ópticos basados en medidas experimentales. Se desarrolla un modelo numérico para el cálculo de la ganancia óptica en láseres de semiconductor de estructuras tipo bulk y de pozo cuántico para diferentes materiales, posteriormente los datos obtenidos se utilizan en el estudio de la Biestabilidad Óptica Dispersiva en este tipo de estructuras dentro de una cavidad Fabry-Pérot. Se realiza un modelo matemático para el estudio teórico de la Biestabilidad Óptica Dispersiva en Láseres de Pozo cuántico de ganancia logarítmica en una cavidad resonante Fabry-Pérot. Con los resultados obtenidos del modelo matemático realizamos una comparativa con la herramienta de simulación de dispositivos fotónicos llamada VPItransmissionMaker™. Las aplicaciones de la biestabilidad óptica también han sido estudiadas en esta Tesis, tales como, el estudio de la variación del ancho de línea de la señal de entrada a los láseres de semiconductor y cómo afecta dicha variación en la histéresis de la curva biestable del láser semiconductor. Simulación de la Célula Lógica Programable Óptica (Optically Programmable Logic Cell, OPLC) basadas en Láseres de Pozo Cuántico, capaces de proporcionar diferentes funciones lógicas booleanas y se propone teóricamente un circuito de recuperación de la señal de reloj utilizando OPLCs. Finalmente, se realiza un estudio experimental de un regenerador 2R, formado por un amplificador óptico de semiconductor y un electroabsorbedor implementados en la misma guía de onda. Realización de pruebas experimentales en estática y dinámica, comprobación de la capacidad de recuperar la forma de la señal óptica y determinar las mejoras de la relación de extinción y relación señal-ruido. -- Abstract This thesis describes the physics and applications of bistable devices made of bulk and quantum-well structures based on numerical and computational simulations; and analyzes optical regenerators devices based on experimental measurements. A theoretical model of the optical gain in bulk and quantum-well semiconductor structures has been developed to further study the optical bistability in both semiconductor structures within a Fabry-Pérot cavity. An analytical model has been developed for studying dispersive optical bistability in Fabry-Pérot quantum-well semiconductor lasers that exhibit a logarithmic dependence of the optical gain on carrier concentration. The laser is operated in transmission and reflection. Model results are shown for a Fabry-Pérot quantum-well laser and compared with the predictions of a commercial computer-aided design (CAD) software tool named VPItransmissionMaker™. Optical bistability for optical computing applications has also been studied in this thesis. Some of the applications proposed are the linewidth influence in photonics logic devices, where the variation of the linewidth in the optical input signal affects the hysteresis curve of the semiconductor laser. Also, it has been simulated an Optically Programmable Logic Cell based on quantum-well lasers capable to provide boolean logic functions in the optical domain. Additionally, a theoretical study for optical clock recovery using the Optical Programmable Logic Cell (OPLC) has been proposed. Finally, all optical 2R-regeneration based on the integration of semiconductor optical amplifiers and electroabsorbers in a single waveguide is experimentally demonstrated. Static transfer functions of concatenated structures show strong improvements of the nonlinearity. An extinction ratio improvement has been obtained under dynamics operation.