Gestión de modos no hermíticos en fibras ópticas y guías de onda

Esta tesis demuestra un nuevo método para la transformación de haces ópticos en fibras multimodo (MMF) con gradiente de índice (GRIN) mediante el control no hermítico de modos. Recientemente, ha aumentado el interés de las MMF por su uso en comunicaciones ópticas, láseres de alta potencia, detección óptica e imagen. Las MMF presentan fenómenos espacio-temporales complejos y uno de sus principales inconvenientes es la mala calidad del haz que evoluciona espontáneamente hacia una configuración multimodo, generando speckle a la salida. Esta aleatoriedad resulta de las diferentes constantes de propagación de los modos de la fibra induciendo diferencias de fase aleatorias durante la propagación. En general, los métodos convencionales como la modulación de índice, la dispersión o la no linealidad a lo largo de las fibras ópticas, que inducen el acoplamiento de modos, y las inestabilidades paramétricas o de Faraday, no reducen de manera eficiente la turbulencia, ya que generalmente amplían el espectro angular del haz. 

Esta tesis propone un enfoque potencialmente transformador que permite una limpieza eficaz de los modos reduciendo la turbulencia. La propuesta se basa en la introducción, de una modulación periódica no hermítica, mediante la modulación del índice de refracción y el coeficiente de ganancia/pérdida a lo largo de las fibras o guías de onda, permitiendo un control preciso del acoplamiento de modos. La principal aplicación potencial de este esquema es la limpieza de modos en fibras lineales y fibras no lineales activas reduciendo los momentos de segundo orden en el espacio real y angular. Las técnicas propuestas ya no requieren de alta potencia o un ajuste manual del haz de entrada. Se presentan predicciones analíticas basadas en un modelo de haz Gaussiano simplificado y con la técnica de expansión en modos estándar. Las predicciones se demuestran numéricamente resolviendo la ecuación de propagación de ondas con potencial no Hermítico y periodicidad longitudinal. Se estudia la robustez y eficacia de los esquemas propuestos y también se estiman las condiciones y parámetros para la realización experimental de los fenómenos predichos.