Dinámica de Láseres de Semiconductor Sometidos a Retroalimentación Óptica

Abstract

RESUMEN: Los láseres de semiconductor son muy apreciados comercialmente por sus excelentes prestaciones, bajo consumo, facilidad de miniaturización, altas frecuencias de modulación, etc. Además, los láseres de semiconductor pueden presentar un comportamiento que les confiere especial interés: la emisión caótica. Este tipo de emisión aparece frecuentemente al reinyectar pequeñas cantidades de luz (retroalimentación óptica) en láseres de semiconductor. La emisión caótica presenta una gran riqueza en cuanto a comportamientos y está relacionada con un sinfín de sistemas complejos que aparecen en la naturaleza por lo que su comprensión es de gran interés científico. En este trabajo experimental nos centramos en el estudio de la dinámica de emisión caótica de luz por dos láseres de semiconductor de emisión vertical (VCSEL), uno de ellos de tipo monomodo y el otro de tipo multimodo al ser sometidos a retroalimentación óptica. Otro de los puntos de interés de este trabajo se centra en comprender y aprender a tratar con el efecto de la utilización de fibra óptica como guía de luz en los experimentos de láseres de semiconductor sometidos a retroalimentación óptica. La utilización de fibra óptica en este tipo de caracterizaciones es poco común, a diferencia del estudio de la emisión caótica por en láseres de semiconductor sometidos a retroalimentación óptica mediante luz transmitida por el aire. Esta última variante está mucho más extendida y por tanto es más común en la bibliografía. La memoria se divide en cuatro partes, en la primera se presenta una introducción con los conceptos clave para comprender los resultados y dinámicas que se presentan a lo largo del trabajo. En la segunda parte se presenta el dispositivo experimental usado así como el montaje experimental utilizado para estudiar la emisión caótica. En la tercera parte se realiza una caracterización de la dinámica de ambos láseres en emisión libre, es decir, sin retroalimentación óptica para más tarde poder observar las variaciones que esta produce. Finalmente, se presenta la caracterización de la emisión de ambos láseres sometidos a retroalimentación óptica analizando los principales cambios que se producen respecto a la emisión libre. Algunos de los resultados obtenidos más destacados son los siguientes: • En el VCSEL monomodo se encuentra emisión caótica en ambos modos de polarización lineal. A valores de corriente ligeramente por encima de la corriente umbral y bajo retroalimentación óptica se observan fluctuaciones de baja frecuencia, de 0 a 300 MHz. • En el VCSEL multimodo se encuentra emisión caótica en los dos modos transversales en los que emite en regiones de corriente más amplias que en el VCSEL monomodo.

ABSTRACT: The semiconductor lasers are very appreciated because of their excellent performances, low consumption, ease to be miniaturized, high frequency modulation, etc. Furthermore, semiconductor lasers can show a behaviour that provides them a special interest: the chaotic emission. This kind of emission usually appears when reintroducing small quantities of light in semiconductor lasers. The chaotic emission has a broad spectrum of behaviours and it is related with a lot of complex systems appearing in the nature, so its understanding is very interesting for the science. In this experimental work, we focus in the study of the chaotic emission of light by two semiconductor lasers, which are of the type VCSEL (“Vertical Cavity Surface Emitting Lasers”), one of them monomode and the other multimode, when they are working under optical feedback. Another point of interest of this work is related with the understanding of the use of optical fibers as light guide in the experiments of the emission of semiconductor lasers under optical feedback. The use of optical fibers in these kind of characterizations is not usual, instead of the study of the chaotic emission of semiconductor lasers under optical feedback of light transmitted by the air. This last option is much more extended and consequently more common in the bibliography. The memory is divided in four parts, in the first one an introduction with the key concepts required to understand the results and dynamics that appears along the memory is showed. In the second part, the experimental devices as well as the experimental setup used for the study of the chaotic emission is showed. In the third part a characterization of the dynamics of both lasers in free emission appears, it means, without optical feedback. Finally, the characterization of the emission of both semiconductor lasers under optical feedback is performed, analyzing the main observed changes related to the free emission. Some of the most important obtained results are the following: • In the monomode VCSEL we found chaotic emission in both linear polarization modes. In a value of current slightly above the thresold and under optical feedback we observed low frequency fluctuations, from 0 to 300 MHz values.

• In the multimode VCSEL we found chaotic emission in both transverse modes which the laser emmits, in a larger region than the monomode.