Fuente de luz de espectro supercontinuo implementando una fibra óptica de cristal fotónico como medio no lineal

Abstract

La óptica no lineal se encarga de estudiar los fenómenos que ocurren cuando las características ópticas de un medio dependen de la intensidad de un haz luminoso. Esta rama de la óptica se vio impulsada por el desarrollo de láseres pulsados y la invención de la fibra óptica. Los láseres pulsados proporcionan pulsos con la suficiente potencia para conseguir que se ponga de manifiesto la naturaleza no lineal de un material. Las fibras ópticas permiten confinar dichos pulsos ofreciendo bajas pérdidas, permitiendo que la interacción luz-materia se mantenga a lo largo de grandes distancias. Las fibras de cristal fotónico (PCF, Photonic Crystal Fiber) son un tipo de fibra óptica que se caracteriza por guiar la luz dentro de su revestimiento microestructurado. Una de las aplicaciones más importantes de las PCFs es el fenómeno conocido como generación de supercontinuo (SC). Cuando un pulso intenso de luz se propaga en un material transparente, es posible que se presente un conjunto de fenómenos no lineales que modifican sus características temporales y espectrales, experimentando un ensanchamiento espectral que produce una salida con un ancho de banda espectral muy amplio. El presente trabajo de tesis propone y desarrolla experimentalmente una fuente de luz de SC utilizando una PCF como medio no lineal. La PCF se bombea con una fuente de bombeo cuya longitud de onda de operación se encuentra dentro del rango de dispersión anómala de la PCF. Como resultado, fue posible obtener una fuente de SC estable, con un espectro muy amplio y de gran planicidad, presentando un ancho de banda espectral de 1657 nm a ‒30 dB, cubriendo una región espectral que abarca desde el ultravioleta cercano (~400 nm) hasta el infrarrojo cercano (~2000 nm).

Nonlinear optics studies the phenomena associated to the optical properties of a medium by the presence of intense optical fields. This branch of optics was boosted by the development of pulsed laser sources and the invention of fiber optics. To date, pulsed laser sources can be designed to produce high enough output power levels to give rise to a nonlinear response of the material, while the optical fibers allow these pulses to be confined in small cross-sectional area along the core (typically around 80 μm2 in single mode fibers), offering low losses and, light-matter interaction over long distances. Among the different types of optical fibers. The photonic crystal fiber (PCF) is a kind of fiber characterized by light guiding within a microstructured cross-section. With a proper design, this type of optical fiber can be fabricated to optimize the nonlinear phenomena. One of the most important applications of PCFs is the process known as supercontinuum (SC). This process is originated when an intense optical field propagates through an optical medium and generates a set of nonlinear phenomena that interact and change the spectral properties of the input light. The SC spectrum is evidenced by a very wide spectral bandwidth on the order of hundreds of nanometers. In this thesis work, a SC source is proposed and experimentally developed using a PCF as a nonlinear medium. This fiber is pumped by a Q-switched source with central wavelength at 1064 nm, falling within the anomalous dispersion region of the PCF. As a result, it was possible to obtain a stable SC light source with characteristics of broad and flat spectrum, exhibiting a spectral bandwidth of 1657 nm at ‒30 dB and spectral region extending from the ultraviolet (~400 nm) to the near infrared region (~2000 nm).