espanolEn la presente revision se exponen los resultados obtenidos por nuestro grupo en luz lenta via scattering Brillouin estimulado (SBS por sus siglas en ingles). En ella describimos los fundamentos de los fenomenos de luz lenta y como el proceso de scattering Brillouin estimulado puede ser utilizado para obtener retardos sintonizables en fibras opticas. Posteriormente expondremos los mecanismos utilizados para superar las limitaciones impuestas por el estrecho ancho de banda de la resonancia Brillouin y para optimizar los resultados a tasas de datos correspondientes a las redes de telecomunicaciones actuales. A continuacion tambien describimos el proceso de almacenamiento coherente de la luz en fibras opticas basado en SBS, con aplicaciones en buffers completamente opticos. Finalmente, se comentan las perspectivas futuras de este excitante campo de investigacion. EnglishA review on the work performed by our group on slow light via Stimulating Brillouin scattering (SBS) is presented. We describe the fundamentals of the slow-light phenomena and how SBS can be used to obtain tunable optical delays in optical fibers. We then review the mechanisms to overcome the limitations imposed by the narrow SBS resonance bandwidth and to optimize the slow-light performance for data rates used in modern telecommunication networks. We also describe the process of coherent light storage in optical fibers based on SBS which paves the way to optical buffering applications. Finally, future perspectives of this exciting field of research are discussed.
espanolEn la presente revision se exponen los resultados obtenidos por nuestro grupo en luz lenta via scattering Brillouin estimulado (SBS por sus siglas en ingles). En ella describimos los fundamentos de los fenomenos de luz lenta y como el proceso de scattering Brillouin estimulado puede ser utilizado para obtener retardos sintonizables en fibras opticas. Posteriormente expondremos los mecanismos utilizados para superar las limitaciones impuestas por el estrecho ancho de banda de la resonancia Brillouin y para optimizar los resultados a tasas de datos correspondientes a las redes de telecomunicaciones actuales. A continuacion tambien describimos el proceso de almacenamiento coherente de la luz en fibras opticas basado en SBS, con aplicaciones en buffers completamente opticos. Finalmente, se comentan las perspectivas futuras de este excitante campo de investigacion. EnglishA review on the work performed by our group on slow light via Stimulating Brillouin scattering (SBS) is presented. We describe the fundamentals of the slow-light phenomena and how SBS can be used to obtain tunable optical delays in optical fibers. We then review the mechanisms to overcome the limitations imposed by the narrow SBS resonance bandwidth and to optimize the slow-light performance for data rates used in modern telecommunication networks. We also describe the process of coherent light storage in optical fibers based on SBS which paves the way to optical buffering applications. Finally, future perspectives of this exciting field of research are discussed.
El objetivo principal de la investigación de la que da cuenta esta memoria es el estudio de la propagación sublumínica y superlumínica de pulsos y señales sinusoidales de luz a través de fibras dopadas con iones de Er3+. Debido a la interacción de la radiación con los iones de erbio, la velocidad de grupo de las señales puede diferir en varios órdenes de magnitud de la velocidad de la luz en el vacío c.\nEn concreto, se ha estudiado la influencia de los procesos de ganancia/absorción y de los fenómenos de transferencia de energía en la propagación sublumínica y superlumínica de señales sinusoidales y pulsos de luz en fibras altamente dopadas con iones de erbio (HEDFs). En estas fibras, los efectos no lineales de propagación son importantes, debido a la alta concentración de iones de Er3+, y a la presencia de clusters de iones, que dan lugar a fenómenos de transferencia de energía (upconversion). El estudio de estos fenómenos ha sido imprescindible para interpretar los resultados experimentales obtenidos. Por otro lado, se han buscado nuevos mecanismos que permitan mejorar la figura de mérito retardo/ancho de banda en fibras dopadas con erbio a temperatura ambiente. Se ha desarrollado una técnica, basada en la modulación de un haz de bombeo, que permite la mejora de los resultados anteriormente conseguidos en fibras dopadas con erbio. Se estudió teóricamente la implementación de esta técnica en otro sistema experimental, los amplificadores ópticos de semiconductor. Complementariamente al estudio del retardo/adelanto, se han estudiado otros parámetros de la señal propagada, como el ensanchamiento y la distorsión, importantes para una posible implementación de la técnica en dispositivos tecnológicos. La metodología de trabajo ha consistido en la realización de experimentos para medir la velocidad de grupo de señales propagándose en fibras dopadas con erbio. La realización de simulaciones numéricas, así como el desarrollo de modelos analíticos, han permitido explicar los resultados obtenidos. Con el fin de estudiar la dependencia de los retardos/avances con las propiedades de la fibra (dopaje, longitud), así como con las propiedades de la señal (anchura en el caso de los pulsos, frecuencia de modulación en el caso de señales sinusoidales, amplitud, cociente potencia de señal/potencia background) y con el bombeo óptico, se ha implementado un sistema experimental que permite la medida de adelantos y retardos de señales luminosas de ancho de banda variable que se propagan por las fibras, respecto de una señal de referencia. Se ha desarrollado un modelo teórico a partir del modelo de oscilaciones coherentes de la población (CPO) particularizado para fibras dopadas con erbio, que incluye los fenómenos de upconvesion, para explicar los resultados experimentales. Para ciertas situaciones experimentales, este modelo permite obtener expresiones analíticas para el desfase debido a las CPO. Para las situaciones donde los efectos de propagación son importantes, las ecuaciones de propagación fueron resueltas numéricamente mediante simulaciones por ordenador.
Slow- and Fast-Light has been investigated during the last years as a powerful tool to reduce and increase the group velocity of light pulses by light. It has enjoyed much recent interest because of the practical applications for telecommunication and information systems. Among these are optical signal processing, radio frequency-photonics, nonlinear optics and time domain spectroscopy. Furthermore, it can be seen as a key technology for optical delay lines, buffers, equalizers and synchronizers in packet switched networks. For a realization, there are different methods and material systems possible. Among them the nonlinear effect of stimulated Brillouin scattering (SBS) is of special interest. This article gives an overview about the fundamentals and some experimental results of the Slow- and Fast-Light effect based on the SBS in optical fibers.
Stimulated Brillouin scattering (SBS) has become a favorable underlying mechanism in many demonstrations of all-optical variable delay in standard fibers, often referred to as slow and fast light. Over 100 journal papers and numerous conference sessions have been dedicated to SBS slow light since 2005. In this paper, recent research in this area is reviewed. Following a short introduction to the topic, several specific trends in contemporary work are highlighted: the optimization of the SBS pump spectrum for extended slow light delay and reduced pulse distortion; SBS slow light demonstrations in nonstandard, highly nonlinear fibers; applications of SBS slow light to the delay of analog waveforms; and the role of polarization. Finally, a brief concluding perspective is provided.
En la actualidad existen tecnologías cuánticas que requieren de la disponibilidad de fuentes de luz no-clásica eficientes. El fenómeno de generación paramétrica descendente espontánea (SPDC) constituye un método práctico para la generación de este tipo de luz. Este método está basado en la interacción de campos electromagnéticos clásicos con materiales no-lineales por medio de procesos paramétricos. En general, el SPDC se ha utilizado e implementado experimentalmente para la generación de parejas de fotones utilizando materiales no-lineales de segundo y tercer orden. En la última década se ha buscado la manera de obtener múltiples fotones enredados. En este trabajo se presenta un estudio teórico del proceso de generación paramétrica espontánea descendente de tercer orden (TOSPDC) en materiales con una no-linealidad caracterizada por X(3), en donde se generan ternas de fotones enredados. De manera específica, consideramos la utilización de fibras ópticas ultra-delgadas como el medio no-lineal para el proceso de TOSPDC, en configuraciones en donde el empatamiento de fases se logra mediante el uso de diferentes modos transversales de propagación de la fibra, en particular cuando la luz generada se propaga en el modo fundamental y el bombeo en el primer modo excitado. Este trabajo está enfocado en proponer diseños de fuentes de ternas de fotones TOSPDC con los detalles necesarios, de tal manera que puedan ser implementados de manera experimental. Nuestro trabajo de investigación se enfoca en la descripción teórica del estado de tres fotones y en las características de empatamiento de fases de TOSPDC. Además se hace un análisis de la tasa de emisión de las fuentes propuestas en relación con los parámetros experimentales clave, como lo son la longitud de la fibra, el ancho de banda y la potencia de bombeo para cada una de las fuentes propuestas: casos de generación TOSPDC degenerada en frecuencia y no-degenerada en frecuencia. De manera adicional, se hace un estudio preliminar sobre las condiciones de empatamiento de velocidad de grupo para así lograr un control sobre las propiedades de enredamiento de las ternas de fotones emitidas.
En este trabajo se estudian los principios físicos y se calculan los parámetros necesarios para implementar una trampa magneto-óptica (MOT) para átomos de cesio. El estudio comienza con la evaluación de la factibilidad de atrapar los átomos mediante campos magnéticos generados por bobinas en configuración anti-Helmholtz. Posteriormente, se analiza el comportamiento del cesio en presencia de dicho campo y se calcula explícitamente el potencial de confinamiento. Se estudia también la interacción de la luz láser con los átomos para entender la fuerza de radiación y el proceso de enfriamiento láser. Se investigan las temperaturas de confinamiento alcanzables y los límites teóricos de enfriamiento, mostrando que es posible llegar a temperaturas del orden de los microKelvin. Finalmente, se examina cómo la melaza óptica y el campo magnético actúan de forma complementaria para lograr el confinamiento de los átomos de cesio. La dinámica de los átomos en la trampa puede describirse como el de un oscilador sobreamortiguado. Se espera que este trabajo siente las bases para la futura implementación experimental de una MOT para cesio en la universidad.