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Biestabilidad optica y sus aplicaciones

Shenping Li

Published Jan 1, 1996• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Nuestras investigaciones versan sobre las cuatro principales areas de la biestabilidad optica (ob). Primero comenzamos con la busqueda de algunos problemas basicos de biestabilidad optica multifotonica en una cavidad anillo de q alta con un sistema atomico de ensanchamiento homogeneo, tales como criterios para ob, estabilidad y otros. De la segunda area de ob, destacamos un nuevo tipo de dispositivos opticos biestables: los dispositivos opticos biestables con una red de difraccion. En tercer lugar, estudiamos algunas aplicaciones de la ob tales como: (1) las condiciones para utilizar un dispositivo optico biestable dispersivo, en una cavidad en anillo, como un amplificador y un estabilizador optico; (2) la reduccion del ruido cuantico en un dispositivo optico biestable con una cavidad lineal externa acoplada es estudiado; (3) las aplicaciones de la ob en laseres. Finalmente, estudiamos la ob en laseres. En primer lugar, estudiamos un laser de clase a con un dispositivo optico biestable. Un modelo dinamico semiclasico es desarrollado, y algunas caracteristicas y aplicaciones de esta estructura laser son estudiadas. En segundo lugar, investigamos las caracteristicas de un laser de semiconductor con una cavidad no-lineal externa. Hemos mostrado que este sistema puede usarse para reducir el ruido en intensidad y frecuencia de la luz de salida. Finalmente, estudiamos teorica y experimentalmente un laser de colorante con un espejo biestable opto-termico y hemos demostrado: (1) biestabilidad en longitud de onda e intensidad; (2) la mejora de la estabilidad de la potencia de salida; (3) la operacion flip-flop optica.

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Biestabilitat optica induida termicament amb absorcio localitzada

Francesc Pi

En este trabajo se estudian una serie de nuevos esquemas de biestabilidad optica inducida termicamente (boit) que, respecto a los conocidos hasta ahora, se caracterizan por la introduccion en el interferometro biestable de la division de funciones, la cual consiste en localizar separadamente el fenomeno de la absorcion de luz y los efectos termo-opticos. Este tipo de boit se ha obtenido en interferometros de doble haz con pelicula divisora absorbente y en cavidades con absorcion en uno de los espejos. Los primeros y las cavidades con absorcion en el espejo de entrada presentan un contraste interferencial cuya optimizacion esta asociada a la utilizacion de peliculas que produzcan dos salidas interferenciales en fase y es independiente de la fineza de la cavidad. En cambio, las cavidades con absorcion en el espejo posterior se comportan de modo convencional, con un contraste directamente relacionado con su fineza. Entre los resultados mas destacables obtenidos hay: *la caracterizacion teorica y experimental de la boit en interferometros con salidas en fase, la obtencion de respuestas multiestables por superposicion de los ciclos. La aplicacion de los dispositivos como elementos de memoria conmutables mediante pulsos luminosos y la obtencion de ciclos biestables en funcion de la longitud de onda. *la optimizacion de las cavidades boit con absorcion localizada, habiendose obtenido ciclos biestables con potencias inferiores al mw y tiempos de conmutacion por debajo del ms. Se ha conseguido la operacion en cascada de dos dispositivos. *se ha desarrollado la composicion de mecanismos de realimentacion: la operacion de un dispositivo con dos haces luminosos, obteniendo ciclos consecutivos de logica contraria; la operacion de un flip-flop mediante un mach-zehnder con dos laminas divisoras absorbentes y la obtencion de ciclos con zonas inestables por la presencia de auto-oscilaciones en sistemas compuestos de materiales termo-opticos

•Jan 1, 1988•0 citations

Aplicaciones de los dispositivos ópticos biestables

Martín Pereda, José Antonio

Una vez expuestos en un artículo previo, los principios físicos fundamentales en los que se basa el comportamiento de los dispositivos ópticos biestables, sólo resta ya dar una breve síntesis de cuales pueden ser las aplicaciones de los mismos que se preven para un futuro próximo. Es muy posible también que algunas realizaciones futuras no hayan sido aún previstas. Pero lo que sí es seguro es que, a pesar de todo, su estudio merece una especial atención. Ello se debe, en particular, a dos hechos fundamentales. Por una parte, el que desde un punto de vista práctico es más fundamental, es el de su posible empleo en campos como las comunicaciones ópticas o los ordenadores fotónicos, temas ambos que, en este artículo, merecerán una especial atención, y que constituyen objeto central de investigación y desarrollo en todo momento. El segundo es que la biestabilidad óptica es un terreno absolutamente favorable para el estudio de los fenómenos en sistemas fuera del equilibrio. Un tema en particular, el del caos, ha visto en los últimos dos años un renacido interés gracias al conjunto de nuevos datos que ha aportado la B.O. Aunque en este artículo este último tema no será tratado ya que necesitaría uno sólo para él, nos parece importante sacarle al menos la luz.

•Jan 1, 1986•0 citations

Propiedades Ópticas no lineales en Señales de Mezcla de Cuatro Ondas: Consideraciones Estocásticas del Solvente y Difusión Espectral

José Luis Paz, Luis Lascano, Cesar Costa

Usando las ecuaciones Ópticas de Bloch y considerando un sistema molecular que interactúa con un reservorio térmico, derivamos expresiones analíticas para las propiedades ópticas no lineales en la espectroscopia de mezcla de cuatro ondas. En este trabajo se introducen diferentes metodologías para el estudio de las polarizaciones macroscópicas y susceptibilidades ópticas no lineales. En un sistema de dos niveles, hemos considerado una frecuencia dependiente del tiempo para describir los efectos colectivos del reservorio térmico, cuya manifestación es el ensanchamiento del nivel superior según una función aleatoria prescrita. Aquí, las respuestas ópticas son calculadas mediante una metodología basada en el promedio de la coherencia obtenida por la resolución de las ecuaciones de Bloch ópticas estocásticas. Evaluamos las susceptibilidades ópticas a diferentes frecuencias, representadas como superficies numéricas para el comportamiento de las respuestas ópticas, en función del factor de desintonización de frecuencias bombeo-prueba, y de la intensidad del ruido. Se estudian los tiempos de relajación utilizando las propiedades de simetría de las respuestas ópticas y los efectos de la difusión espectral en la susceptibilidad no lineal de tercer orden para sistemas cuánticos de dos y tres estados. Los resultados presentados en este trabajo muestran aplicaciones potenciales para la caracterización de sistemas moleculares complejos a través de sus propiedades ópticas no lineales.

Revista Politécnica•Jul 31, 2019•0 citations

Efectos de la difusión espectral en las propiedades ópticas no lineales de sistemas cuánticos de dos y tres estados en presencia de una señal de mezcla de cuatro ondas

Fernando Moncada

En el presente trabajo, las respuestas opticas no lineales de colorantes organicos inmersos en un reservorio termico son analizadas de forma teorica cuando interactuan con una senal de mezcla de cuatro ondas. Las modificaciones inducidas en la susceptibilidad no lineal a tercer orden son analizadas a partir de la ecuacion de Liouville empleando el formalismo de la matriz de densidad. La respuesta del sistema surge de la interaccion dipolar electrica de la molecula de colorante organico con los campos electromagneticos de bombeo y de prueba. Los colorantes organicos son modelados como sistemas cuanticos de dos y tres niveles. Una distribucion de frecuencias naturales con forma lorentziana es utilizada para describir el ensanchamiento inhomogeneo de los estados. Transiciones entre los estados de una misma banda son consideradas en los modelos presentados. Los efectos de la difusion espectral y naturaleza del tercer estado son estudiados con base en los modelos cuanticos planteados. Las respuestas opticas no lineales absortivas y dispersivas son comparadas para los modelos cuanticos considerados en presencia o ausencia de difusion espectral. Los resultados son evaluados mediante parametros caracteristicos de colorantes organicos como la malaquita verde y colorante de cianina para predecir sus respuestas opticas no lineales.

•Jan 1, 2018•0 citations

Estudio del comportamiento no lineal de un amplificador óptico semiconductor en sistemas de transmisión por fibra óptica

María José Soneira Ferrando

Un amplificador optico no respeta la estadistica de la luz incidente, por tanto, es necesario caracterizarlo estadisticamente. Con este fin se obtiene un modelo matematico basado en la ecuacion de la matriz densidad de fotones, la cual describe el comportamiento tanto lineal como no lineal del amplificador. Este modelo conduce a un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales que proporcionan la evolucion temporal de los momentos estadisticos de la luz amplificada. Se ha puesto enfasis en el estudio de los momentos estadisticos y mas concretamente el de primer y segundo orden ya que su conocimiento permite calcular la relacion senal/ruido. Con el estudio del caso de hoy alta saturacion se vislumbra la posibilidad de reducir las fluctuaciones estadisticas relativas de la luz amplificada. Y, en consecuencia, mejorar la relacion senal/ruido. Con los resultados y conclusiones obtenidos hasta aqui, se realiza el estudio de un sistema formado por dos amplificadores opticos en cascada, el primero amplifica la senal proporcionando un nivel adecuado a la entrada del segundo para que este trabaje en regimen no lineal. Se ha analizado la influencia de los parametros de saturacion de los dos amplificadores y de sus longitudes en la relacion senal/ruido. Finalmente, se ha desarrollado un nuevo modelo para caracterizar una mezcla de medios saturables a partir de la e.M.D.F., lo cual ofrece la posibilidad de calcular las fluctuaciones estadisticas relativas de la luz. Se demuestra que un amplificador optico con una combinacion adecuado de los procesos saturables y de las perdidas lineales puede comportarse como un regenerador no sincronizado.

•Jan 1, 1990•0 citations

Quantum dynamics and control of matter waves

Erik Torrontegui Muñoz

Debido al caracter dual que presenta la materia, esta se puede comportar como un corpusculo o una onda, lo cual permite que bajo una serie de condiciones el caracter dominante sea el ondulatorio y la materia se comporte como una onda, onda de materia. Aqui radica la base de la Optica Atomica en la que luz y materia intercambian sus papeles. A diferencia de la Optica Clasica en la que la luz es el objeto propagante y la materia es empleada para guiar los haces luminicos, en la Optica Atomica la luz se emplea para modificar el estado interno de los atomos (materia) que son el objeto propagante. Gracias a la estructura interna que poseen los atomos se ganan nuevos grados de libertad internos respecto a la Optica Clasica, ofreciendo asi nuevas posibilidades. De esta forma los atomos no solo se pueden propagar, tambien pueden ser almacenados en trampas opticas, enfriados a temperaturas ultrafrias dando lugar a nuevos estados de la materia, pueden ser controlados con una gran precision, ... La presente Tesis estudia la dinamica de las ondas de materia y en particular los denominados efectos transitorios cuanticos, caracteristicas temporales que presentan las ondas de materia antes de alcanzar un estado estacionario. Ademas se analizara la dinamica de las ondas de materia en guias de onda laser, proponiendose esta configuracion como diodo atomico (dispositivo que consigue que los atomos viajen en un unico sentido independientemente de su movimiento inicial) y como simulador de reacciones quimicas colineales de 3 cuerpos. Finalmente se propondran diversas tecnicas (atajos a la adiabaticidad) para una rapida manipulacion de las ondas de materia sin alterar sus propiedades cuanticas.

•Jan 1, 2012•0 citations
Nuestras investigaciones versan sobre las cuatro principales areas de la biestabilidad optica (ob). Primero comenzamos con la busqueda de algunos problemas basicos de biestabilidad optica multifotonica en una cavidad anillo de q alta con un sistema atomico de ensanchamiento homogeneo, tales como criterios para ob, estabilidad y otros. De la segunda area de ob, destacamos un nuevo tipo de dispositivos opticos biestables: los dispositivos opticos biestables con una red de difraccion. En tercer lugar, estudiamos algunas aplicaciones de la ob tales como: (1) las condiciones para utilizar un dispositivo optico biestable dispersivo, en una cavidad en anillo, como un amplificador y un estabilizador optico; (2) la reduccion del ruido cuantico en un dispositivo optico biestable con una cavidad lineal externa acoplada es estudiado; (3) las aplicaciones de la ob en laseres. Finalmente, estudiamos la ob en laseres. En primer lugar, estudiamos un laser de clase a con un dispositivo optico biestable. Un modelo dinamico semiclasico es desarrollado, y algunas caracteristicas y aplicaciones de esta estructura laser son estudiadas. En segundo lugar, investigamos las caracteristicas de un laser de semiconductor con una cavidad no-lineal externa. Hemos mostrado que este sistema puede usarse para reducir el ruido en intensidad y frecuencia de la luz de salida. Finalmente, estudiamos teorica y experimentalmente un laser de colorante con un espejo biestable opto-termico y hemos demostrado: (1) biestabilidad en longitud de onda e intensidad; (2) la mejora de la estabilidad de la potencia de salida; (3) la operacion flip-flop optica.
En este trabajo se estudian una serie de nuevos esquemas de biestabilidad optica inducida termicamente (boit) que, respecto a los conocidos hasta ahora, se caracterizan por la introduccion en el interferometro biestable de la division de funciones, la cual consiste en localizar separadamente el fenomeno de la absorcion de luz y los efectos termo-opticos. Este tipo de boit se ha obtenido en interferometros de doble haz con pelicula divisora absorbente y en cavidades con absorcion en uno de los espejos. Los primeros y las cavidades con absorcion en el espejo de entrada presentan un contraste interferencial cuya optimizacion esta asociada a la utilizacion de peliculas que produzcan dos salidas interferenciales en fase y es independiente de la fineza de la cavidad. En cambio, las cavidades con absorcion en el espejo posterior se comportan de modo convencional, con un contraste directamente relacionado con su fineza. Entre los resultados mas destacables obtenidos hay: *la caracterizacion teorica y experimental de la boit en interferometros con salidas en fase, la obtencion de respuestas multiestables por superposicion de los ciclos. La aplicacion de los dispositivos como elementos de memoria conmutables mediante pulsos luminosos y la obtencion de ciclos biestables en funcion de la longitud de onda. *la optimizacion de las cavidades boit con absorcion localizada, habiendose obtenido ciclos biestables con potencias inferiores al mw y tiempos de conmutacion por debajo del ms. Se ha conseguido la operacion en cascada de dos dispositivos. *se ha desarrollado la composicion de mecanismos de realimentacion: la operacion de un dispositivo con dos haces luminosos, obteniendo ciclos consecutivos de logica contraria; la operacion de un flip-flop mediante un mach-zehnder con dos laminas divisoras absorbentes y la obtencion de ciclos con zonas inestables por la presencia de auto-oscilaciones en sistemas compuestos de materiales termo-opticos
Una vez expuestos en un artículo previo, los principios físicos fundamentales en los que se basa el comportamiento de los dispositivos ópticos biestables, sólo resta ya dar una breve síntesis de cuales pueden ser las aplicaciones de los mismos que se preven para un futuro próximo. Es muy posible también que algunas realizaciones futuras no hayan sido aún previstas. Pero lo que sí es seguro es que, a pesar de todo, su estudio merece una especial atención. Ello se debe, en particular, a dos hechos fundamentales. Por una parte, el que desde un punto de vista práctico es más fundamental, es el de su posible empleo en campos como las comunicaciones ópticas o los ordenadores fotónicos, temas ambos que, en este artículo, merecerán una especial atención, y que constituyen objeto central de investigación y desarrollo en todo momento. El segundo es que la biestabilidad óptica es un terreno absolutamente favorable para el estudio de los fenómenos en sistemas fuera del equilibrio. Un tema en particular, el del caos, ha visto en los últimos dos años un renacido interés gracias al conjunto de nuevos datos que ha aportado la B.O. Aunque en este artículo este último tema no será tratado ya que necesitaría uno sólo para él, nos parece importante sacarle al menos la luz.
Usando las ecuaciones Ópticas de Bloch y considerando un sistema molecular que interactúa con un reservorio térmico, derivamos expresiones analíticas para las propiedades ópticas no lineales en la espectroscopia de mezcla de cuatro ondas. En este trabajo se introducen diferentes metodologías para el estudio de las polarizaciones macroscópicas y susceptibilidades ópticas no lineales. En un sistema de dos niveles, hemos considerado una frecuencia dependiente del tiempo para describir los efectos colectivos del reservorio térmico, cuya manifestación es el ensanchamiento del nivel superior según una función aleatoria prescrita. Aquí, las respuestas ópticas son calculadas mediante una metodología basada en el promedio de la coherencia obtenida por la resolución de las ecuaciones de Bloch ópticas estocásticas. Evaluamos las susceptibilidades ópticas a diferentes frecuencias, representadas como superficies numéricas para el comportamiento de las respuestas ópticas, en función del factor de desintonización de frecuencias bombeo-prueba, y de la intensidad del ruido. Se estudian los tiempos de relajación utilizando las propiedades de simetría de las respuestas ópticas y los efectos de la difusión espectral en la susceptibilidad no lineal de tercer orden para sistemas cuánticos de dos y tres estados. Los resultados presentados en este trabajo muestran aplicaciones potenciales para la caracterización de sistemas moleculares complejos a través de sus propiedades ópticas no lineales.
En el presente trabajo, las respuestas opticas no lineales de colorantes organicos inmersos en un reservorio termico son analizadas de forma teorica cuando interactuan con una senal de mezcla de cuatro ondas. Las modificaciones inducidas en la susceptibilidad no lineal a tercer orden son analizadas a partir de la ecuacion de Liouville empleando el formalismo de la matriz de densidad. La respuesta del sistema surge de la interaccion dipolar electrica de la molecula de colorante organico con los campos electromagneticos de bombeo y de prueba. Los colorantes organicos son modelados como sistemas cuanticos de dos y tres niveles. Una distribucion de frecuencias naturales con forma lorentziana es utilizada para describir el ensanchamiento inhomogeneo de los estados. Transiciones entre los estados de una misma banda son consideradas en los modelos presentados. Los efectos de la difusion espectral y naturaleza del tercer estado son estudiados con base en los modelos cuanticos planteados. Las respuestas opticas no lineales absortivas y dispersivas son comparadas para los modelos cuanticos considerados en presencia o ausencia de difusion espectral. Los resultados son evaluados mediante parametros caracteristicos de colorantes organicos como la malaquita verde y colorante de cianina para predecir sus respuestas opticas no lineales.
Un amplificador optico no respeta la estadistica de la luz incidente, por tanto, es necesario caracterizarlo estadisticamente. Con este fin se obtiene un modelo matematico basado en la ecuacion de la matriz densidad de fotones, la cual describe el comportamiento tanto lineal como no lineal del amplificador. Este modelo conduce a un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales que proporcionan la evolucion temporal de los momentos estadisticos de la luz amplificada. Se ha puesto enfasis en el estudio de los momentos estadisticos y mas concretamente el de primer y segundo orden ya que su conocimiento permite calcular la relacion senal/ruido. Con el estudio del caso de hoy alta saturacion se vislumbra la posibilidad de reducir las fluctuaciones estadisticas relativas de la luz amplificada. Y, en consecuencia, mejorar la relacion senal/ruido. Con los resultados y conclusiones obtenidos hasta aqui, se realiza el estudio de un sistema formado por dos amplificadores opticos en cascada, el primero amplifica la senal proporcionando un nivel adecuado a la entrada del segundo para que este trabaje en regimen no lineal. Se ha analizado la influencia de los parametros de saturacion de los dos amplificadores y de sus longitudes en la relacion senal/ruido. Finalmente, se ha desarrollado un nuevo modelo para caracterizar una mezcla de medios saturables a partir de la e.M.D.F., lo cual ofrece la posibilidad de calcular las fluctuaciones estadisticas relativas de la luz. Se demuestra que un amplificador optico con una combinacion adecuado de los procesos saturables y de las perdidas lineales puede comportarse como un regenerador no sincronizado.
Debido al caracter dual que presenta la materia, esta se puede comportar como un corpusculo o una onda, lo cual permite que bajo una serie de condiciones el caracter dominante sea el ondulatorio y la materia se comporte como una onda, onda de materia. Aqui radica la base de la Optica Atomica en la que luz y materia intercambian sus papeles. A diferencia de la Optica Clasica en la que la luz es el objeto propagante y la materia es empleada para guiar los haces luminicos, en la Optica Atomica la luz se emplea para modificar el estado interno de los atomos (materia) que son el objeto propagante. Gracias a la estructura interna que poseen los atomos se ganan nuevos grados de libertad internos respecto a la Optica Clasica, ofreciendo asi nuevas posibilidades. De esta forma los atomos no solo se pueden propagar, tambien pueden ser almacenados en trampas opticas, enfriados a temperaturas ultrafrias dando lugar a nuevos estados de la materia, pueden ser controlados con una gran precision, ... La presente Tesis estudia la dinamica de las ondas de materia y en particular los denominados efectos transitorios cuanticos, caracteristicas temporales que presentan las ondas de materia antes de alcanzar un estado estacionario. Ademas se analizara la dinamica de las ondas de materia en guias de onda laser, proponiendose esta configuracion como diodo atomico (dispositivo que consigue que los atomos viajen en un unico sentido independientemente de su movimiento inicial) y como simulador de reacciones quimicas colineales de 3 cuerpos. Finalmente se propondran diversas tecnicas (atajos a la adiabaticidad) para una rapida manipulacion de las ondas de materia sin alterar sus propiedades cuanticas.