Optical solitons in quadratic nonlinear media and applications to all-optical switching and routing devices

Abstract

Esta tesis constituye un estudio detallado y exhaustivo de las propiedades de una variedad específica de ondas ópticas solitarias. Observadas experimentalmente por primera vez en 1995, estas ondas estan formadas por un haz óptico a frecuencia fundamental y su segundo armónico que están ligados entre sí y viajan juntos en el material cuadrático; y son debidas al equilibrio entre la difracción lineal que sufre el haz al propagarse y un término no lineal de segundo orden en la susceptibilidad del medio. Las llamamos por eso solitones ópticos en medios cuadráticos o simplemente 'solitones cuadráticos'. También se les conoce como 'Solitones Multicolor' aludiendo al hecho de que requieren de haces a diferentes frecuencias para formarse.Un medio no-lineal cuadrático tiene por fuerza que ser no-centrosimétrico, lo cual es una variedad de anisotropía. Una gran parte de los materiales no-lineales cuadráticos (los que tienen mayor interés para la industria) son uniaxiales lo que significa que presentan un eje de simetría que suele llamarse eje óptico. De la dirección de un haz relativa a ese eje óptico dependen las características de la propagación del haz en el medio cuadrático no-lineal. Una consecuencia de eso en configuraciones de interés es un desvío ('walk-off') sufrido por el haz respecto a su dirección de propagación inicial al entrar en el material no-lineal.Las propiedades de los solitones cuadráticos 'caminantes' son también estudiadas en la tesis, estableciendo que existe una relación entre la potencia inyectada en el medio y el ángulo de desvío (walking angle).Una parte importante de la tesis está dedicada al estudio a través de exhaustivos experimentos numéricos del potencial de estas ondas solitarias para constituir la base de dispositivos de conmutación y encaminamiento totalmente ópticos que puedan hacer realidad la promesa de la red transparente totalmente óptica. Los experimentos han permitido identificar varias configuraciones de interés con niveles de potencia y dimensiones que permiten plantearse el diseño y construcción de dispositivos comerciales de conmutación y encaminamiento totalmente ópticos basados en solitones ópticos cuadráticos.