Estudio numérico de la generación y dinámicas de pulsos múltiples en un láser de fibra de amarre de modos pasivo
Authors:   , Ibarra Villalón Hugo Enrique 
Published: May 2022

En el presente trabajo de investigación, se establece un estudio numérico de la generación de pulsos ultracortos en un láser de fibra de amarre de modos pasivo bajo un estricto control de polarización. En particular, se validan los principios de operación involucrados en cada una de las secciones que conforman a la cavidad a partir del modelo de propagación de la ecuación de Schrödinger no lineal (NLSE, por sus siglas en inglés nonlinear Schrödinger equation), el cual se centra en el problema de propagación de un pulso en fibra óptica bajo el formalismo de la óptica no lineal. En este caso, debido a que en la operación de la cavidad son fundamentales los efectos en polarización, se estableció un modelo de propagación descrito por NLSEs acopladas en la base de polarización circular. En particular, para garantizar que las soluciones numéricas obtenidas del modelo de la NLSE reproduzcan adecuadamente los principios de operación del láser de fibra de amarre de modos pasivo, se propusieron tres metodologías enfocadas en la evaluación del grado de convergencia y estabilidad de los métodos numéricos reportados para integrar numéricamente la NLSE, entre los cuales se evaluaron a diversos métodos de diferencias finitas y métodos de división de paso, a estos últimos también se les conoce como métodos pseudo-espectrales. Como resultado, se valida un adecuado nivel de convergencia y estabilidad en algunos de los métodos de división de paso evaluados, mientras que los métodos de diferencias finitas exhiben una pérdida de convergencia y estabilidad al no reproducir la respuesta lineal y no lineal de la fibra óptica. Adicionalmente, en un análisis comparativo de los métodos de división de paso, se exhiben las ventajas de la implementación de los métodos embebidos de Fourier de división de paso optimizado con un control del tamaño del paso iterativo, el cual ajusta el orden de exactitud demandado, disminuyendo o aumentando el tamaño del paso iterativo, en cada una de las etapas que conforman a un proceso en particular conducido por la contribución de efectos lineales y no lineales de la fibra óptica. Adicionalmente, a nivel de simulación numérica, se desarrolla una caracterización en polarización de un láser de fibra de amarre de modos pasivo con una cavidad de anillo constituida por 19 m de fibra convencional SMF-28 y 1 m de fibra dopada con erbio, esta última implica que la cavidad opere con un espectro centrado en 1550 nm. Como resultado, a partir de diferentes ajustes en polarización introducidos por un controlador de polarización en la cavidad, se establece un mapeo en polarización distinguiendo tres regímenes de pulsos: gas de solitones vectoriales, moléculas de solitones vectoriales y pulsos de ruido. En particular, cada uno de estos regímenes se estudian a partir de diferentes representaciones numéricas que son comparables con distintas técnicas de mediciones experimentales enfocadas en la caracterización de pulsos ultracortos. Así mismo, se validan las condiciones necesarias en la operación del láser para alcanzar un régimen de pulsos en particular, estableciendo una correlación entre el mecanismo de absorbedor saturable de la cavidad y la dinámica que describen los pulsos. Como consecuencia, la importancia de este trabajo de investigación reside en que, además de predecir y comprender el proceso de formación de pulsos, puede ser una guía en el desarrollo de técnicas de medición avanzadas enfocadas en la caracterización de pulsos ultracortos, así como en la correcta interpretación de los resultados experimentales.