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The contribution of the spatially uniform variation of average optical absorption to the dynamics of the transient two-wave mixing (TWM) response is considered. It is shown theoretically and confirmed experimentally that this transient effect, via dynamic population gratings in erbium-doped fibers (EDFs) can ensure a response nearly two times faster in such gratings as compared to the growth rate of fluorescence uniformly excited under similar conditions, and can also result in an additional overshot in the tail of the TWM response. This additional 'accelerating' contribution is of even type, and does not influence the odd transient TWM response for the refractive index component of such gratings in the EDFs reported earlier. It is also shown that this effect can be utilized to monitor the formation of the dynamic grating with an auxiliary probe wave of the essentially different non-Bragg wavelength.

Results of investigation of transient two-wave mixing via dynamic population gratings in Yb-doped fibers with saturable absorption are reported. The recorded gratings are characterized by submillisecond formation times and at wavelength lambda = 1064 nm need cw recording light power of 1 - 10 mW scale. What is important for different applications, the dynamic gratings were found to be predominantly of a phase type with an admixture of a significantly weaker amplitude component only. As in Er-doped fibers, the amplitude grating component proved to be essentially inferior to the theoretical estimation based on the fiber optical density and saturation power.

Results on the performance of an adaptive photodetector based on the effect of non-steady-state photoelectromotive force for the detection of phase-modulated signals over a 10 MHz bandwidth are presented. A flat response for frequencies from 20 kHz up to 10 MHz and a signal/noise ratio of 10:1 have been demonstrated experimentally.

Sagnac fiber interferometer with the dynamic population grating formed in the rare-earth doped fiber is proposed for homodyne adaptive detection of optical phase modulation. The configuration is shown to be a simple all-optical fiber sensor suitable for linear high sensitivity detection of mechanical vibrations, acoustic signals, thermo-optic effect etc. Theoretical consideration shows that the quadratic response of this interferometric configuration associated with the amplitude dynamic grating is observed in the reflected wave mainly, while the recorded phase grating results in the linear energy exchange between the transmitted and reflected from the Sagnac loop light waves. Experiments with the erbium- and ytterbium-doped fiber based adaptive Sagnac configurations (with the operation wavelengths 1485 and 1,064 nm respectively) of the fiber accelerometers confirmed these general conclusions and demonstrated sensitivity of the fiber based interferometric configurations (~3 10⁻⁵ rad/Hz¹/²) governed basically by the noise of the utilized lasers.

A simple configuration for the linear homodyne detection of fast phase modulation in the presence of relatively slow polarisation/phase drift in the signal beam is proposed and experimentally demonstrated. It uses adaptive photodetectors which are based on principles of dynamic photorefractive holographic recording (two-wave mixing or photo-EMF effect).

En este trabajo se investigaron las fuentes de ruido y los límites de resolución de un interferómetro de auto-referencia para la detección de modulaciones de fase ópticas basado en el uso de líneas de absorción delgadas del gas acetileno (C2H2). En esta configuración, el proceso de transformación de la modulación de fase en modulación de intensidad se logra aprovechando la dispersión en las pendientes de la línea de absorción del medio. En los experimentos reportados, la demodulación de fase se realizó con una celda comercial de volumen con acetileno a una presión del gas de 4 Torr. Se usó la línea de absorción P9 situada a la longitud de onda de 1530.37 nm, con luz de onda continua a potencias ópticas de ∼1 mW de láseres semiconductores con anchos de línea de 2 MHz y 10-15 kHz. La respuesta del demodulador a modulaciones de fase demostró una operación lineal al sintonizar la longitud de onda del láser a las pendientes de la línea de absorción y cuadrática al sintonizar el centro de la línea. La respuesta lineal presenta una función de transferencia del tipo pasa-altas con una frecuencia de corte de 250 MHz, la cual queda determinada por el ancho espectral de la línea de absorción usada (≈500 MHz). Mientras que el ruido de intensidad de los láseres se reduce al nivel de ruido fotónico a frecuencias >250 MHz, la resolución del demodulador (i.e. la mínima amplitud de modulación de fase detectable) se ve significativamente afectada por un exceso de ruido de fase de láser transformado a ruido de intensidad por el demodulador. El funcionamiento del demodulador con el láser con ancho de línea mayor se ve más afectado, mostrando una deficiencia en la resolución de ≈41 veces en comparación con la resolución mínima impuesta por el ruido fotónico. La resolución alcanzada con el láser de menor ancho de línea resultó tener una deficiencia de apenas ≈ 7 veces. Para reducir el ruido total de salida del demodulador proponemos y se analiza la técnica de detección balanceada la cual nos permitió reducir el ruido total de salida a ∼2 veces por encima del nivel de ruido fotónico. Se consideran también otras posibles alternativas para mejorar la resolución al límite convencional cuántico, así como la opciones de utilizar estados de luz no clásica. We investigate the noise sources and the resolution limits in a self-referenced interferometer for detection of optical phase modulation that is based on the utilization of narrow absorption lines of acetylene (C2H2). Transformation of the phase modulation into intensity modulation is ensured in this configuration by using the dispersion at the slopes of the absorption line of the medium. In the reported experiments, phase demodulation was investigated with a commercial bulk acetylene cuvette at a gas pressure of 4 Torr. The P9 absorption line at the 1530.37 nm wavelength was excited with ∼1 mW of continous-wave semiconductor lasers with the emission linewidths of 2 MHz and 10-15 kHz. The demodulator response to phase modulations demonstrated a linear response when the laser wavelength was tuned to the sides of the absorption line and a quadratic response when tuned to the center of the line. The linear response showed a transfer function of a high-pass type with a cut-off frequency of 250 MHz, imposed by the spectral width of the utilized absorption line (≈500 MHz). Whereas the intensity noise of both lasers reduces to the photonic noise level at frequencies >250 MHz, the resolution of the demodulator (i.e. the minimum detectable amplitude of a phase modulation) is significantly affected by an excess of the laser phase noise transformed into intensity noise in the demodulator itself. Performance of the demodulator with the broad linewidth laser was found to be more affected, reaching a resolution ≈41 times worse than the limit determined by the photonic noise. The resolution ensured by the laser with a smaller linewidth proved to be only ≈7 times worse. In order to reduce the total output noise of the demodulator, we have proposed and analyze the balanced detection technique that allowed us to reduce the total noise to a value ∼2 times above the photonic noise level. Other alternatives are considered to improve the resolution and reach the conventional quantum limit, as well as options employing non classical states of light.

En este trabajo de tesis se investigó la transparencia electromagnéticamente inducida (EIT, por sus siglas en inglés) en fibrasópticas con estructura de cristal fotónico de núcleo hueco (HC-PCF, por sus siglas en inglés), rellenas con gas acetileno a presiones

El trabajo está dedicado a la investigación de nuevos efectos ópticos no lineales de tipo coherente e incoherente en el interior de fibras de cristal fotónico de núcleo hueco (HC-PCF) con acetileno (C2H2). En los experimentos se utilizaron pulsos ópticos con duraciones en el rango de 2-60 ns y con potencias máximas de hasta 5 W. El láser utilizado fue sintonizado a una longitud de onda de 1530.37 nm la cual coincide con la línea de absorción P9 del acetileno. La HC-PCF empleada tiene una longitud de 2.4 m, y las presiones de gas en su interior se variaron en un rango de 0.02-0.7 Torr, lo que corresponde a un intervalo de densidades ópticas (OD) de 0.1~3.5. Los efectos incoherentes observados son la saturación óptica del acetileno y la propagación de luz lenta por saturación de la absorción. Los resultados principales arrojan que en el intervalo de presiones utilizado la potencia de saturación. This work is devoted to investigation of new coherent and incoherent nonlinear optical effects in the hollow core photonic crystal fibers (HC-PCF) filled with acetylene (C2H2). Optical pulses with temporal duration of 2-60 ns and with maximum power up to 5 W at wavelength of 1530.37 nm, corresponding to the P9 acetylene vibration/rotational absorption line, were utilized in the experiments. Gas pressures in the range of 0.02-0.7 Torr corresponded to the gas cell optical density (OD) interval 0.1-3.5. The incoherent effects that were observed are the saturation of the acetylene optical absorption and the slow light propagation effect. In the utilized pressure range the saturation power.

En este trabajo, se analiza la influencia que tiene la migración del estado de excitación sobre la formación de las rejillas dinámicas de población en fibras de sílice dopadas con tierras raras, en particular en fibras dopadas con erbio (FDE). Se presentan los resultados experimentales del mezclado de dos ondas (MDO) transitorio producido por las rejillas dinámicas generadas en fibras ópticas con concentración de dopante de erbio en el rango de (640 – 5600) ppm; para la generación de las rejillas dinámicas se han empleado tres fuentes de luz con longitudes de onda de 1492, 1526, y 1568 nm, las cuales se encuentran dentro del espectro de absorción de los iones de erbio. Además, se presentan los resultados experimentales sobre la polarización de la fluorescencia en las mismas FDE excitadas por luz linealmente polarizada de las longitudes de onda antes mencionadas. Para explicar esta los datos de fluorescencia obtenidos se realizó un análisis teórico usando los modelos de dipolos independientes con orientación aleatoria y de anisotropía reducida, este último modelo se utilizó previamente para explicar datos experimentales del efecto polarization hole burning (PHB). También se presenta una simulación numérica sobre la migración espacial de los estados excitados en una red aleatoria con la interacción dipolo-dipolo de Förster, para ello se ha empleado el método de Monte Carlo. El conjunto de los resultados obtenidos indica que si hay migración espacial debido a tres factores: la acelerada relajación de las rejillas dinámicas, la reducción de las amplitudes de las rejillas dinámicas, y la polarización de la fluorescencia reducida de fluorescencia que ocurre en las fibras con alta concentración de erbio. Para una comparación cuantitativa probablemente sea necesario hacer una modificación del modelo de la red aleatoria introduciendo los clústeres de los iones de erbio. In this work, influence of the excited state migration on formation of the population dynamic gratings in rare-earth doped fibers (and, in particular, in those doped with erbium) is analyzed. The experimental results on the transient two-wave mixing via dynamic gratings in fibers with erbium concentration (640-5600)ppm are presented; for their recording three different coherent light sources with wavelength 1492, 1526 and 1568nm from the absorption spectrum of the erbium ions were utilized. Also, the experimental results on polarization of the fluorescence from the same fibers excited by linearly polarized light of the above-mentioned wavelengths are presented. For explication of significant depolarization of the fluorescence, the model of the independent, randomly orientated dipoles with reduced anisotropy, utilized earlier for interpretation of polarization hole burning (PHB) effect, was used. The numerical simulation of the excited states spatial migration in a random lattice with Förster dipole-dipole type interaction was performed using Monte Carlo method. The set of the obtained results indicates that the spatial migration demonstrates itself in accelerated relaxation of the dynamic gratings, reduction of their amplitudes, and in additional depolarization of the fluorescence in fibers with high erbium concentration. For the quantitative comparison with the experimental results, some modifications of the model of the random lattice (probably, introducing the ion cluster formation) are needed.

Se presentan los resultados del estudio sobre la propagación de luz modulada en intensidad en una configuración de lazo cerrado de fibra óptica con un segmento de fibra dopada con erbio incorporado a éste. Existen tres regímenes de operación de la cavidad resonante de este tipo: undercoupling (con la transmitancia del lazo t menor que la transmitancia del acoplador κ), acoplamiento ideal (t=κ) y el régimen overcoupling (t>κ). Es bien conocido que controlando las pérdidas dentro del lazo (t) y modificando el acoplamiento con la cavidad es posible cambiar el retraso temporal de la señal trasmitida y pasar de un retraso a un adelanto de pulsos de luz. Primeramente se estudió una cavidad formada únicamente de fibra óptica convencional monomodo y, en particular, la influencia de la polarización de la luz incidente, la longitud de lazo cerrado y la atenuación dentro del anillo. Así mismo se observó la propagación de la señal con longitud de onda resonante bajo los regímenes overcoupling y undercupling en donde las pérdidas dentro de lazo cerrado fueron controladas mecánicamente mediante el doblez de la fibra. La parte original de este trabajo es que la transmitancia del lazo cerrado fue controlada ópticamente por la intensidad de la potencia de luz incidente la cual cambia la saturación de fibra dopada con erbio. Se estudió la saturación de fibra dopada y la propagación de la luz modulada a través de esta configuración resonante en donde variando la potencia incidente al lazo se pudo observar los tres regímenes de operación principales. Se obtuvo como resultado, un cambio controlado de adelanto de la señal óptica de salida en el régimen overcoupling y un retraso en el undercoupling. Los datos experimentales fueron validados con el análisis teórico, obteniendo una buena concordancia entre ellos. This thesis presents original results on study of propagation of modulated intensity signals in fiber optic system containing a close-loop resonator with an incorporated section of the Er-doped fiber. There are three operating regimes of the resonant cavity of this type: undercoupling (transmittance of the loop,t, is less than coupler transmittance, κ), ideal coupling (tκ=) and the overcoupling regime (tκ>). It is well known that controlling the losses within the loop (t) and varying the coupling of the cavity is possible to modify the time delay of the transmitted signal and change from a delay to an advancement of the light pulse. Firstly, a resonator formed by only a conventional single-mode optical fiber was studied. The influence of the polarization of light, length of the loop resonator, attenuation within the ring and others effects were analyzed. Also the propagation of a signal inside the loop under these three regimes was investigated. The losses within the system were created mechanically by bending the optical fiber. The original part of this work is the fact that the closed loop transmittance was optically controlled by the intensity of incident light power which changes the saturation of erbium-doped fiber. The light signal propagation through this configuration was studied. Varying the incident power allowed us to observe all three regimes of the cavity operation. It was demonstrated an advance of the output signal in the overcoupling regime and delay of the signal in undercoupling regime The experimental data were compared with theoretical data and a good agreement between them was obtained.

Se presenta un estudio del acelerómetro adaptativo de fibra óptica del tipo interferométro de Sagnac, basado en el estiramiento mecánico de la fibra con una masa inercial atada a ella. Las propiedades adaptativas del sensor, es decir, el tiempo real de estabilización del punto operacional del interferómetro, se encuentra asegurado por la rejilla dinámica de población. Esta rejilla se graba debido a la contrapropagación de dos ondas láser continuas, mutuamente coherentes, en un tramo de fibra dopada con una tierra rara incorporada en el lazo cerrado del interferómetro. En nuestros experimentos se usó fibra dopada con erbio (FDE) e iterbio (FDY), con una longitud de onda de operación de 1485 y 1064 nm respectivamente. Los interferómetros adaptativos bajo investigación demostraron una detección lineal homodina de la modulación de fase óptica con una sensibilidad gobernada básicamente por el ruido de la fuente láser utilizada. En particular, la sensibilidad de nuestra configuración basada en FDE con el láser de semiconductor DFB estuvo limitada por el ruido de fase, mientras que en el sensor basado en FDY la principal limitante fue el ruido de intensidad del láser de estado sólido de Nd:YAG. Ambas configuraciones del acelerómetro basadas en FDE y FDY investigadas experimentalmente, demostraron ser capaces de detectar en una forma lineal vibraciones con amplitudes menores a 10^11m/Hz^1/2 . El rango de las frecuencias detectadas (200 - 1000 Hz ó mayores) es adecuado para las aplicaciones en mediciones de vibraciones en los ductos de distancia larga. We present an original study of adaptive fiber-optic accelerometer of the interferometric type based on a mechanical stretching of the fiber with an attached inertial mass. The adaptive properties in the sensor, i.e. the real-time stabilization of the interferometric operation point are ensured by the dynamic population grating recorded by two mutually coherent CW laser waves counter-propagating in a piece of erbium or ytterbium-doped fiber incorporated in the Sagnac interferometer fiber loop. In our experiments we used the erbium (EDF) and ytterbium (YDF) doped fiber based adaptive Sagnac configuration, with the operation wavelengths 1485 and 1064 nm respectively. The demonstrated interferometric configurations utilize the linear homodyne detection of optical phase modulation with the sensitivity governed basically by the noise of the utilized laser sources. In particular, the sensitivity of our EDF based configuration with the DFB semiconductor laser was governed by the phase noise of the laser, while in the YDF based sensor the intensity noise of the Nd:YAG solid state laser was the main limiting factor. Both experimentally investigated EDF and YDF based configurations of accelerometer were able to detect quite linearly vibrations with the amplitudes down to 10^−11 m/Hz^1/2 . The frequency range of the detected signals (200 - 1000 Hz and higher) is suitable for utilization of the sensors for detection of vibration of the long-distance pipe-lines.

Este trabajo está dedicado a la investigación de detección adaptativa por Mezclado de Dos Ondas (MDO) en fibras dopadas con tierras raras, en particular con erbio (FDE) e iterbio (FDY), para el propósito de usarlos en sistemas de detección de absorciones bajas por medio del efecto foto-térmico. En particular, se desarrollaron sistemas del MDO transitorio para cada tipo de fibra dopada, en los cuales se caracterizó el MDO en función de la potencia de la luz de entrada y de la amplitud de modulación de fase. Se determinó que la fuente de ruido dominante para el caso del sistema con FDE es el ruido de fase del láser semiconductor y para el sistema con FDY el ruido de intensidad del láser de estado sólido. En ambos sistemas se analizaron varias técnicas de reducción de ruido, como la detección balanceada, para compensar el ruido de intensidad, y la reducción de reflexiones parásitas para minimizar los efectos del ruido de fase. La sensibilidad de los sistemas desarrollados fue estimada como 3.1x10-6 rad/Hz1/2 para el sistema con FDE, de 0.6x10-6 rad/Hz1/2 para el sistema con FDY utilizando la detección balanceada y de 2.8x10-6 rad/Hz1/2 para el sistema con FDY sin detección balanceada. Se propuso y se caracterizó experimentalmente un arreglo original de un interferómetro de Sagnac adaptativo que está totalmente balanceado y tiene solo unos cuantos elementos ópticos, por lo que presenta bajo ruido y excelente estabilidad, especialmente con FDY. La sensibilidad estimada para dicho sistema con FDY sin detección balanceada fue de 1.5x10-6 rad/Hz1/2, lo cual es 28 veces menor que el límite fundamental determinado por el ruido fotónico – valor aproximado por el cual se mejora la relación señal-ruido en nuestros experimentos con detección balanceada. Finalmente, utilizando dicha configuración de Sagnac con FDY, se realizaron experimentos con detección de pequeños cambios en el índice de refracción en la fibra dopada, inducidos por iluminación transversal con una longitud de onda de 980 nm. This work is dedicated to investigation of adaptive techniques based on two wave mixing (TWM) in rare earth doped fibers, particularly, with erbium (EDF) and ytterbium (YDF) for detection of small phase shifts due to photothermal effect associated with weak optical absorption. Transient TWM experimental configurations were developed for each type of the doped fibers and TWM response was characterized in function of the total optical input power and phase modulation amplitude. It was determined that the dominating source of the noise in the EDF system is due to phase fluctuations of the semiconductor laser radiation and for YDF system – due to intensity noise of the solid state laser. In both systems different noise suppression methods, such as balanced detection for intensity noise compensation and reduction of residual reflections in order to minimize the noise due to phase fluctuations, were analyzed. The sensitivities of the developed systems were evaluated as 3.1x10-6 rad/Hz1/2 for EDF system and 0.6x10-6 rad/Hz1/2 for YDF system with balanced detection and 2.8x10-6 rad/Hz1/2 for YDF system without balanced detection. An experimental configuration of a balanced adaptive Sagnac interferometer with a minimum number of elements was proposed and experimentally characterized. This configuration has shown excellent stability and low noise, especially, with YDF. The measured sensitivity of YDF based interferometer without balanced detection was 1.5x10-6 rad/Hz1/2, which is 28 times worse than sensitivity limited by photon noise – the value which is close to the improvement obtained in our experiments on balanced detection. Using this Sagnac interferometer, an experimental detection of small refractive index changes induced by modulated 980nm light was performed.

El presente trabajo trata sobre la propagación de pulsos ópticos en fibras dopadas con iterbio (FDY) saturables con el objetivo particular de implementar nuevos métodos de luz lenta y rápida. Los resultados experimentales denotan que el mezclado de dos ondas (MDO) no degenerado por rejillas de fase (asociadas a cambios de índice de refracción) en estas fibras comprende una nueva perspectiva para cambiar la velocidad de grupo. Parte de la investigación consistió en armar y caracterizar los arreglos experimentales de luz lenta y rápida por saturación de absorción óptica, y por rejillas de índice de refracción usando MDO en FDY a una longitud de onda de 1064 nm. Para el primer caso se utilizó una configuración de Sagnac donde se logró obtener un retraso fraccionario en los pulsos de hasta 0.03 con una potencia cercana a la potencia de saturación de la FDY (≈ 9 mW) a una frecuencia de repetición de pulsos de 300 Hz. En los experimentos de MDO por las rejillas de índice de refracción con una configuración de dos ondas contrapropagándose (prueba-saturación) para una secuencia de pulsos de 150 Hz, se logró un retraso de 0.04 y un adelanto de −0.02. El último caso también significa que se observó propagación de los pulsos con velocidad de grupo negativa. El cambio de propagación subluminal a superluminal se realizó mediante el desplazamiento en frecuencia de la onda de prueba. La magnitud del retraso fraccionario se modificó con la potencia de la onda de saturación. In this thesis we investigate propagation of the light pulses in ytterbium doped fibers (YDF) with saturation of optical absorption with the goal to develop new techniques of the slow and fast light. Our experimental results show that no-degenerated two-wave mixing (TWM) via phase gratings (associated with the refractive index change) in these fibers opens a new perspective for effective control of the group velocity. One part of the investigation consists in the development and characterization of the experimental arrangements for slow and fast light via saturation of optical absorption and via TWM at dynamic phase gratings in YDF at wavelength 1064 nm. In the first case the Sagnac configuration was used, where for the input light power close to the saturation power (about 9 mW) the fractional delay up to 0.03 was reached at the pulse repetition frequency 300 Hz. In the TWM experiments with phase gratings recorded by two counter-propagating waves (probe/saturation) the fractional delay 0.04 and fractional advancement -0.02 were obtained for pulse repetition rate 150 Hz. The latter also means that the light pulse propagation with the negative group velocity was observed. The change of the subluminal for superluminal light propagation was ensured by the frequency off-set in the probe wave. The fractional delay or advancement value could be controlled by the saturating power.

Se presentan resultados de la investigación acerca de las propiedades del Mezclado de Dos Ondas (MDO) transitorio en fibras ópticas dopadas con tierras raras, para aplicaciones en sistemas de interferometría adaptativa y de telecomunicaciones ópticas. A partir de la interferencia de dos ondas coherentes, que se propagan en sentidos opuestos a través de una fibra dopada, se generan rejillas dinámicas de población debido al efecto de saturación de absorción (o ganancia) óptica en los máximos del patrón de interferencia. Estas rejillas se pueden generar con potencias ópticas del orden de sub-mW de onda continua, y muestran tiempos de formación tan cortos como fracciones de milisegundo. Para el uso exitoso de dichas rejillas en aplicaciones reales, se necesitan velocidades más altas, por lo menos hasta decenas de microsegundos. En el presente trabajo, se realizaron estudios originales de grabado de rejillas en fibras ópticas dopadas con Er y con Yb, bajo condiciones que permiten asegurar una formación más rápida de la rejilla, en particular mediante el empleo de una longitud de onda de grabado de λ = 976 nm; el drenado de la población del nivel metaestable con una longitud de onda auxiliar y bajo condiciones de bombeo óptico. También se presentan experimentos sobre la investigación de las propiedades anisotrópicas de las rejillas dinámicas y resultados derivados del desarrollo de un interferómetro insensible a los estados de polarización de la luz de señal, para la detección adaptativa de modulación de fase óptica en aplicaciones de sistemas de telecomunicaciones ópticas. Original results on investigations about the properties of transitory Two Wave Mixing (TWM), in rare earth doped fibers for applications in adaptive interferometry and optical telecommunication systems. Dynamic population gratings are formed by the interference of two counter-propagating coherent waves by means of optical saturation of absorption (or gain) in maxima of the interference pattern. These gratings can be generated using sub-mW continuous wave optical recording powers and have typical recording times of fractions of a millisecond. For the successful use of such gratings in real world applications, faster recording times are needed, at least about tens of microseconds. We present original studies of dynamic gratings in optical fibers doped with Er and Yb under recording conditions allowing faster grating formation times. Particularly, using λ = 976 nm as a recording wavelength, using forced depopulation of the metastable level with an auxiliary wavelength, and recording dynamic gain gratings under optical pumping. We also present experiments about the investigation of anisotropic properties of dynamic gratings, and the development of a polarization insensitive optical interferometer for adaptive phase modulated signal detection in optical telecomm.

Se demostró por primera vez el control eléctrico de la propagación de luz lenta y luz rápida en una rejilla de Bragg fotorrefractiva formada en una guía de onda de niobato de litio con electrodos depositados a lo largo de esta, la cual se fabricó en el Instituto A. F. Ioffe de San Petersburgo, Rusia. Se encontró experimentalmente que la estructura posee una longitud de onda de Bragg de aproximadamente 1553.34 nm, un ancho espectral FWHM de 0.14 nm y una eficiencia de difracción de hasta aprox. 90%, que corresponde a una amplitud de modulación del índice de refracción de 1.1x10^-4. Se observó la sintonización de la longitud de onda de Bragg aplicando un voltaje uniforme a la guía de onda, obteniendo como resultado experimental un desplazamiento del máximo de Bragg por la mitad de su ancho espectral FWHM por la aplicación de un voltaje uniforme de 120 V con una razón de 0.6 pm/V. Se desarrolló una configuración experimental para medir el desplazamiento relativo de pulsos de luz del orden de picosegundos y se seleccionó 12.5 GHz como la frecuencia óptima de repetición de los pulsos de trabajo con duración de 80 ps. Se obtuvieron valores de adelanto del pulso de hasta 19 ps y retraso de hasta 13 ps en comparación a un pulso con longitud de onda fuera del rango de reflexión de Bragg. Se determinó la razón máxima de control de retraso/adelanto de los pulsos por el voltaje aplicado a la estructura la cual es igual a 0.4 ps/V. Se evaluó el desplazamiento teórico de los pulsos que se debería presentar en la estructura utilizando el for malismo de propagación dispersiva por medio del modelo de Lorentz y también por cálculos basados en las ecuaciones de ondas acopladas. Se encontró que los valores máximos de desplazamiento en el centro de la línea de transmitancia se encuentran cercanos a los valores obtenidos experimentalmente. It was demonstrated for the first time the electrical control of slow light and fast light propagation in a photorefractive Bragg grating formed in a lithium niobate waveguide with electrodes deposited throughout this, which was made in the A. F. Ioffe Institute of San Petersburg, Russia. It was experimentally found that the structure has a Bragg wavelength about 1553.34 nm, a spectral width FWHM of 0.14 nm and a diffraction efficiency of about 90%, which mean a refractive index modulation of about 1.1x10^-4. It was observed the Bragg wavelength tuning by applying a uniform voltage to the waveguide which enables the spectral profile displacement for a half of its FWHM as about 120 V with a rate of 0.6 pm/V. It was developed an experimentally configuration to measure the picoseconds pulses relative shift and it was selected 12.5 GHz as the optimum pulse repetition rate with 80 ps duration. It was obtained pulse advancement of even 19 ps and pulse delay of even 13 ps compared to a pulse with a wavelength outside Bragg reflection. It was determined the maximum pulse advanced/delay control rate by voltage applied to the structure as 0.4 ps/V. It was evaluated the theoretical pulse shift that would be present in the structure using the dispersive propagation formalism by the Lorentz model and also by based calculations of coupled wave equations. It was found that maximum shift values in the center of an absorption line are close to the experimentally obtained.

We show results on the investigation of electric currents generated by the Non-Steady-State Photo-Electromotive Force effect (Photo-EMF) in gallium arsenide semiconductors in the p-i-n diode configuration. The structures utilized were grown by Molecualar Beam Epitaxy (MBE), a versatile technique which allows to grow mono-layers with high precision. In addition, in situ temperature control opens up the possibility for growing semi-insulating semiconductors. Two different p-i-n configurations were analyzed. The first one consists of a super-lattice embedded in its intrinsic region grown at low temperature in order to enhance its photorefractive properties and it was processed in the transmission configuration. The second one sandwiched the intrinsic region by two buffer layers grown at low temperature, it was processed in the ‘mesa’ configuration, where the substrate is not removed. The structures were characterized utilizing conventional and modulation spectroscopy in order to detect the resonance regions (excitonic absorption peaks). Furthermore, in the mesa structures were carried out photocurrent, photovoltage, capacitance and current-voltage analysis. The non-steady-state photo-EMF electrical currents were measured in the second harmonic of the modulation frequency for wavelengths of 532nm and 844nm. Photo-EMF signal in both structures showed a response in frequency similar to the one of a band-pass filter. An original model that predicts in a qualitative way the behavior of the photo-EMF signal as a function of the modulation frequency is introduced. In this model, the first cutoff frequency is related to the buffer layers capacitance, and the second one makes its own with the intrinsic region capacitance. This last region changes its resistance and capacitance as the total intensity does. For the transmission structures, the peak photo-EMF value was independent of the external applied electric field, and it happens when the frequency modulation equals the inverse of the dielectric relaxation time. In these structures was observed the nonlinear charge transport phenomenon (hot electrons) when an electric field was applied. Such non-linear transport showed up in the photo-EMF electric currents too. The mesa type structures were proton implanted in order to observe photo- EMF signals. Se presentan los resultados de haber investigado corrientes eléctricas generadas por el efecto de Fuerza Foto-electromotriz (Foto-FEM) no estacionaria en estructuras semiconductoras de arseniuro de galio (GaAs) en configuración de diodo p-i-n. Las estructuras fueron crecidas por la técnica de epitaxia por haces moleculares (MBE, por sus siglas en inglés), que permite obtener precisiones de incluso capas atómicas, y además, mediante el control in situ de la temperatura de crecimiento, se pueden obtener materiales semiconductores semi-aislantes. Se analizaron dos tipos de configuraciones p-i-n. La primera de ellas consta de una super-red en su región intrínseca crecida a bajas temperaturas para realzar sus propiedades fotorrefractivas y fue procesada de tal manera que se obtuvieron estructuras de transmisión. La segunda, con la región intrínseca emparedada por capas crecidas a baja temperatura fue procesada en configuración tipo ‘mesa’ donde el sustrato utilizado para generar la estructura no es removido. Las muestras se caracterizaron utilizando espectroscopía convencional y de modulación para la detección de regiones de resonancia (picos de absorcion excitónicos). Además, las estructuras tipo mesa fueron sometidas a análisis de fotocorriente, fotovoltaje, capacitancia y características corriente-voltaje de las mismas. Las corrientes eléctricas de foto-FEM no estacionaria se midieron en el segundo armónico de la frecuencia de modulación para las longitudes de onda 532nm y 844nm. La señal de foto-FEM en ambas estructuras muestra una respuesta en frecuencia similar a la de un filtro pasa-banda. Se presenta un modelo original que predice en forma cualitativa el comportamiento de la señal de foto-FEM en función de la frecuencia de modulación. En este modelo, la primera frecuencia de corte se asocia a la capacitancia de las capas buffer, mientras que la segunda a la capacitancia de la región intrínseca. Esta última región varía tanto su resistencia como su capacitancia con la irradiancia total incidente. Para las estructuras de transmisión, el valor pico de foto-FEM fue independiente del campo eléctrico aplicado a la muestra y ocurre a la frecuencia que iguala al tiempo inverso de relajación dieléctirca. En estas estructuras también se observó el fenómeno de transporte no lineal de carga (electrones calientes) en presencia de campo eléctrico aplicado, dicho transporte no lineal se hizo presente también en las corrientes generadas por foto-FEM

Se desarrolló un arreglo experimental de un sistema interferométrico adaptativo basado en el Mezclado de Dos Ondas (MDO) transitorio vía rejillas dinámicas de población en fibras dopadas con iterbio enfocado a la detección de ondas ultrasónicas en un ancho de banda hasta de 17 MHz. El sistema tiene una configuración en línea y funciona a una longitud de onda de 1064 nm con modulación de fase efectuada por un espejo adherido a un transductor piezoeléctrico. La señal del MDO detectada resultó tener una respuesta lineal proporcionada por la alta contribución de las rejillas de fase y relación directa con la densidad óptica de la fibra. Experimentalmente se caracterizó la dependencia de la señal del MDO en función de la potencia de luz de entrada, del factor de acoplamiento con el espejo retro-reflector y de la amplitud de modulación de fase. Se estudiaron las propiedades adaptativas del sistema determinadas por el tiempo de formación de las rejillas dinámicas menor a 1 ms. Se analizó y optimizó el funcionamiento del sistema interferométrico observando la Relación Señal a Ruido (RSR), determinada por el ruido dominante de intensidad del láser de estado sólido utilizado. Se evaluó el desplazamiento mínimo detectable de 1.8 nm en el ancho de banda 17 MHz. Finalmente se detectaron pulsos y ecos ultrasónicos propagándose en una placa sólida de aluminio inducidos por un láser pulsado Q-switched de 6 ns. Experimental set-up of an adaptive interferometric system based on transient Two-Wave Mixing (TWM) by means of dynamic population gratings on ytterbium doped fiber for detection of ultrasonic waves in a bandwidth of 17 MHz was developed. The system has a linear configuration and works at wavelength 1064 nm with phase modulation made by a mirror stuck in a piezoelectric transducer. The TWM signal detected was linear response due for high contribution of phase gratings and direct relation with optic density of the doped fiber. Experimentally was characterized the dependence of the TWM signal as function of the input power, the coupling factor with the back-reflected mirror and the amplitude phase modulation. It was studied the adaptive properties system determinate by the dynamic grating formation time lower to 1 ms. It was analyzed and optimized the interferometric system operation observing the signal-to-noise-ratio (SNR), determinate by the intensity noise from the solid-state laser utilized. The minimum displacement detectable of 1.8 nm was evaluated in the bandwidth 17 MHz. Finally pulses and echoes ultrasonic spreading through of aluminum solid plate induced by Q-switched pulsed laser of 6 ns were detected.

Original results on investigation of Two-Wave Mixing (TWM) via dynamic Bragg reflectance gratings recorded in Er-doped single-mode optical fibers with saturable optical absorption/gain are reported. Experiments were performed in all-fiber interferometer with Sagnac configuration at the wavelength 1549 nm using fibers obtained from different providers and of different physical length. With the purpose of initial evaluations of not saturated optical density, birefringence, contact losses, and saturation power, the fiber samples were characterized using conventional optical spectroscopy, wavelength scanning, nonlinear optical transmission, and fluorescence based techniques. Both the stationary TWM and transient TWM with rectangular and sinusoidal phase modulation of one recording beam, indicate effective formation of an amplitude, not shifted type grating with the amplitude ≈ 8±0.5 times inferior to the theoretical estimate based on evaluation of the fiber optical density and saturation power. Experiments on TWM in birefringent fibers with parallel polarizations of the recording waves excluded polarization mismatch as a possible reason of the TWM efficiency reduction and showed possibility of the grating recording by waves of orthogonal polarizations. Transient TWM signals observed in fibers with optical pumping at 980 nm, were found to be of the inverted sign, with much shorter formation time and with relative amplitude approximately two times lower than in case of recording using saturable absorption. Preliminary results in configuration of linear interferometer suitable for adaptive detection of mechanical vibrations indicate significant increase of the TWM signal amplitude as compared with symmetric recording in Sagnac configuration. En este trabajo se reportan resultados originales sobre la investigación del Mezclado de Dos Ondas (MDO) por las rejillas de reflexión de Bragg dinámicas, grabadas en fibras ópticas monomodo dopadas con erbio con absorción/ganancia óptica saturable. Los experimentos fueron llevados a cabo en un interferómetro constituido por elementos de fibra óptica con configuración de Sagnac a la longitud de onda de 1549 nm, usando fibras de diferentes proveedores y de diferente longitud física. Las muestras de fibra óptica fueron caracterizadas usando técnicas de espectroscopia óptica convencional, barrido de longitud de onda, transmisión óptica no lineal y de fluorescencia, con el propósito de realizar evaluaciones iniciales de densidad óptica no saturada, birrefringencia, pérdidas por contactos y potencia de saturación. Tanto el MDO estacionario como el MDO transitorio con modulación de fase rectangular y sinusoidal, indican la formación efectiva de una rejilla de amplitud no desplazada con eficiencia de ≈8±0.5 veces inferior a la estimación teórica basada en evaluaciones de densidad óptica y potencia de saturación de la fibra óptica. En fibras birrefringentes, se realizaron experimentos de MDO usando ondas de grabado con polarizaciones paralelas, los resultados excluyen la diferencia de polarización (entre las ondas) como una posible razón de la reducción en la eficiencia del MDO y muestran la posibilidad de grabación de rejillas con ondas contra propagándose con polarizaciones ortogonales. Se encontraron señales transitorias de MDO para fibras bombeadas ópticamente con 980 nm, con el signo invertido, con tiempo de formación mucho más corto y con la amplitud relativa aproximadamente dos veces más baja que en el caso de grabación usando absorción saturable. Resultados preliminares en configuración de interferómetro lineal apropiado para detección adaptativa de vibraciones mecánicas, indican un incremento significativo en la amplitud de la señal relativa de MDO, comparándola con la encontrada en la configuración simétrica de Sagnac.

Se desarrollé una configuracién experimental de un interferémetro adaptativo, basado en el Mezclado de Dos Ondas (MDO)transitorio en fibras dopadas con erbio y enfocado a la medicién de vibraciones mecdnicas. El interferémetro tiene una configuracién en linea y trabaja con una longitud de onda de 1492nm que contribuye con una componente de fase de la rejilla grabada. Los experimentos se realizaron con modulacién de fase rectangular dada por una superficie vibrante, dependencias de la amplitud de MDOcontra la potencia de entrada Pent, la densidad dptica apL de la fibra y el factor de acoplamiento 7 fueron obtenidas. Una simulacién numérica fue desarrollada para comparar con los resultados experimentales y ésta presenta concordancia ” cualitativa”, pero una discrepancia cuantitativa alrededor de 1.5 a 2 veces para fibras cortas. También mostré quela eficiencia de la amplitud de MDOenel interferémetro en linea es aproximadamente 2 veces mayor que en la configuracién simétrica del interfer6metro de Sagnac y no existe una dependencia notable con el factor de acoplamiento. Se optimiz6 el funcionamiento del interferémetro tomando en cuenta la relacién sefial a ruido y el tiempo de formacidn de la rejilla. Un prototipo de un vibrémetro fue desarrollado implementando un acoplador aire-fibra comercial con lo que se pudo eliminar las reflexiones pardsitas y llevar a cabo deteccién a distancia (+ 3 cm) de vibraciones mecdnicas. Se evalud la sensibilidad del sistema y el desplazamiento minimo detectable dando S=0.95 mV/nm y AL»in=5 nm, respectivamente, en un ancho de banda de 10 MHz y con tiempo de formacién de la rejilla 7, menor a lms. Finalmente se simulé la deteccién de sefiales cortas y se realizaron experimentos con sefiales cortas de 2.25 MHz detectadas en un bloque de aluminio. Experimental configuration of an adaptive interferometer based on transient two-wave mixing (TWM) in erbium-doped optical fibers for detection of mechanical vibrations was developed. The interferometer has linear configuration and operates at wavelength 1492 nm, which ensured significant contribution of a phase componentin the recorded population grating. In the experiments performed with rectangular phase modulation of the vibrating mirror, dependencies of the TWM amplitude on the input laser power, optical density of the doped fiber, and on the coupling fiber-to-free space were obtained. Numerical simulation was also performed, which proved to be in general qualitative agreement with the experimental data and with only by factor 1.5-2 quantitative discrepancyfor shortfibers. It was shown that that maximal relative TWM amplitude is approximately two times larger than in symmetric Sagnac interferometer and does not show significant dependence on the coupling coefficient. The configuration was optimized taking into account both the signal-to-noise ratio in the detected signal and the adaptive properties of the system and a prototype of the vibrometer utilizing commercial coupler fiber-to-free space with reduced back-reflection was developed. Experimental evaluation of the sensitivity and the minimal vibration amplitude detected by this device gave S=.95mV/nm and ALm,z=5 nm in 10 MHz frequency band respectively with shorter than 1 ms time of the dynamic grating formation. Finally, simulation of detection of short pulsed displacements was performed and experiments on detection of 2.25 MHz ultrasonic signals in thick aluminum plate were also realized.

Se presentan resultados originales de la investigación acerca del interferómetro adaptativo basado en el mezclado de dos ondas (MDO) por rejillas dinámicas en fibras ópticas dopadas con erbio, para lo cual fueron empleadas dos configuraciones experimentales principales. La primer configuración utilizada, fue un interferómetro de Sagnac modificado mediante la inserción de un circulador dentro del lazo cerrado. La segunda configuración fue un arreglo interferométrico dispuesto en línea. El MDO en las fibras ópticas dopadas con erbio fue evaluado para las condiciones particulares en que ambas ondas se propagan en sentidos opuestos con diferentes potencias de grabado, para lo cual se emplearon léseres de diferente longitud de onda (λ = 1526 y 1549 nm) y fibras de distintas longitudes y concentraciones de erbio. Por primera vez, fue demostrado que la profundidad de modulación de MDO transitorio es mucho mas grande en la onda de grabado débil. Como resultado observamos las señales de MDO en interferómetro dispuesto en línea con una profundidad de modulación de hasta un 25% sin necesidad de promediado con los instrumentos de medición. Se propusieron y verificaron dos técnicas de linealización de la respuesta del arreglo interferométrico (salto rápido por π/2 y movimiento continuo), donde se estudió la dependencia de la amplitud de la señal de respuesta detectada en función de la amplitud de la señal de modulación compuesta (rectangular + senoidal) aplicada para el caso de linealización transitoria (variando la amplitud de la componente rectangular y la amplitud de la componente senoidal). Para el caso de linealización continua, se obtuvo además la dependencia de la amplitud para la señal de respuesta senoidal, variando la componente diente de sierra de la señal de modulación compuesta (diente de sierra + senoidal). Original results on investigation of the adaptive interferometer based on Two Wave Mixing (TWM) by means of dynamic gratings in Er-dopped fiber are reported. Two experimental configurations were used: the first one was a modifield Sagnac interferometer with a circulator inside the interferometer loop. Another configuration was an in-line arranged interferometer. The TWM was evaluated for the case of two counter-propagating waves with different recording powers. Lasers with λ = 1526 nm and 1549 nm were used in fibers of different lenghts and Er concentrations. For the first time it was demostrated that efficiency of the transitory TWM signal is much larger in the weaker recording wave. As a result we were able to observe the TWM in the in-line interferometer with 25% efficiency without averaging. Two techniques of the interferometer response linearization were proposed and demostrated: the transient one, involving an auxiliary π/2 phase jump in the recording pattern by means of a composite signal (rectangular + sine), and the continuous one, which uses a saw + sine composite providing a continuous displacement of the recorded pattern. Dependences of the response in amplitude of the components in the composite signal were obtained for the first technique. For the latter one, dependence on the saw component frequency was also obtained.

Se presentan resultados de la investigación del mezclado de dos ondas λ(MDO) por rejillas dinámicas grabadas en fibras ópticas dopadas con erbio sin y con bombeo óptico en un amplio rango (0 ~ 2 mW) de potencias de grabado a λs= 1530 nm. Los experimentos se realizaron con figuración de MDO transitorio con modulación de fase rectangular en uno de los haces de grabado en diferentes muestras de fibras de distintos proveedores y longitudes. La rejilla fue detectada como modulación de amplitud de la potencia óptica detectada en la salida del interferómetro de Sagnac modificado con un circulador incluido dentro del lazo del interferómetro. Los resultados experimentales mostraron que el valor relativo de la señal de MDO observada sin bombeo óptico tiene un solo máximo y es cuando la potencia de la señal de entrada Pent ≈(0.2 ~0.4)*α₀L* Psat (α₀L es la densidad óptica inicial de la fibra). Si α₀L aumenta, también la señal de MDO y su máximo se desplaza hacia niveles altos de potencia de grabado. Las potencias de sali en las fibras con bombeo mostraron un gran crecimiento en su valor promedio, pero el valor relativo de la señal de MDO transitorio no mostró crecimiento. Si aumentamos el nivel de bombeo, el máximo de la señal de MDO se mueve hacia las potencias bajas del grabado. El tiempo característico de formación de la rejilla disminuyó con la potencia de grabado y mostró ser menor (≈1 ms sin bombeo) que el tiempo de vida del estado excitado del erbio ( ≈ 10 ms) y hasta 10 veces menor (≈ 0.1 ms) con bombeo λb= 980 nm. Comparación directa de los resultados experimentales de la señal de MDO sin bombeo con las estimaciones teóricas mostraron buena correspondencia cualitativa pero amplitud relativa de la señal de MDO fue 4~5 menor que la esperada de las mediciones de absorción óptica. Son necesarias investigaciones adicionales de saturación de ganancia para explicar los resultados de MDO con bombeo. Results of two wave mixing (TWM) investigation by means of dynamic gratings recorded in Er doped fibers without and with optical pumping in a wide range (0 ~ 2 mW) of recording powers at λs= 1530 are reported. Experiments were performed in transient TWM configuration with rectangular phase modulation in one of the recording waves with different samples and length of Er-doped fibers from different supplier. The grating was detected as amplitude modulation of the output optic power detected in the Sagnac interferometer modified by the incorporation of a circular in the interferometer loop. Experimental results show that relative value of the TWM signal observed without pumping has only one maximum when the input signal power Pent ≈(0.2 ~0.4)* α₀L* Psat (where α₀L is the fibers initial optical density). If α₀L grows so does the TWM signal and his maximum moves towars high recording powers. The output powers detected in fibers with pumping shows a dramatic grow of the average value, however the relative value of the transient TWM signal didnt grow. In this case, if we increase the pumping level, the TWM signal maximum moves towards lower recording power. The gratings characteristics formation time decrease with the recording power and it was less (≈ ms without pumping) than typical values (≈10 ms) of the erbium life time in the excited state and down to 10 times less (≈ 0.1 ms) with pumping at λB = 980 nm. Direct comparison of the experimental results of the TWM signal without pumping with the theoretical values agrees qualitatively, but the relative amplitude of the TWM signal was 4~5 less than the spected from measurements of unsaturated optical absorption. Aditional investigation of gain saturation (in dynamic case and stationary) are needed to explain the results of TWM with pumping.