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Whispering Gallery Modes: Advanced Photonic Applications

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22 - Física
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Whispering Gallery Modes: Advanced Photonic Applications

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dc.contributor.advisor	Andrés, Miguel V.
dc.contributor.advisor	Delgado-Pinar, Martina
dc.contributor.author	Roselló-Mechó, Xavier
dc.contributor.other	Departament de Física Aplicada i Electromagnetisme	es_ES
dc.date.accessioned	2019-07-22T07:01:48Z
dc.date.available	2019-07-23T04:45:05Z
dc.date.issued	2019	es_ES
dc.date.submitted	24-07-2019	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/70911
dc.description.abstract	Los micro-resonadores basados en Whispering Gallery Modes (WGMs) han atraido un gran interés en las últimas décadas debido a su fuerte confinamiento de la luz. Tales micro-resonadores pueden ser fabricados con diferentes geometrías y materiales. Estos micro-resonadores exhiben factores de calidad Q altos y volúmenes modales pequeños, lo que permite realizar un gran número de estudios y aplicaciones, como por ejemplo el estudio de efectos no-lineales ópticos. La delgada anchura spectral que presentan las resonancias WGM permite la medida de pequeñas perturbaciones de los parámetros de los micro-resonadores, con un límite de detección bajo. Esta tesis proporciona la caracterización experimental de distintas propiedades de diferentes dispositivos fabricados en fibra óptica mediante los WGMs. El principio operacional de la técnicas de medida está basado en explotar la sintonización de las resonancias WGM mediante la variación de los parámetros que definen al material y la geometría de los micro-resonadores. Este método permite el estudio de las propiedades del micro-resonador midiendo la posición espectral de las resonancias WGM. La variación de los parámetros del micro-resonador puede estar inducida por deformaciones, por un cambio de temperatura, o por un campo magnético externo. La caracterización del efecto elasto-óptico en fibras ópticas de sílice y PMMA longitudinalmente estiradas permite la determinación de los coeficientes elasto-ópticos de ambos materiales. Comúnmente, un estiramiento axial genera una anisotropía uniaxial que puede ser medida directamente con nuestra técnica. Análogamente, la caracterización del efecto termo-óptico en diferentes dispositivos óptico en fibra, los cuales han sido iluminados con diferentes señales ópticas de potencia moderada, permite la medida de una variedad de parámetros: permite medir las contribuciones de la absorción y el scattering al coeficiente de atenuación en fibras fotosensibles irradiadas con luz Ultra-violeta, también permite medir los perfiles térmicos en redes de periodo largo (LPGs), y el calentamiento inducido ópticamente en fibras activas dopadas con diferentes elementos, como por ejemple el Holmio. Las principales características de la técnica experimental implementada son su bajo límite de detección, su resolución espacial, y su capacidad de medir los parámetros en un rango ancho de longitudes de onda, obteniendo así información de la dispersión cromática. Las técnicas de enganche son necesarias en experimentos que involucran WGMs, para así generar efectos no-lineales estables en el tiempo. Este trabajo propone dos nuevas técnicas de enganche para estabilizar el sistema mientras se trabaja a una longitud de onda operacional constante. Ambas técnicas están basadas en sintonizar la posición espectral de las resonancias WGM por medio de tensión axial, o una variación de la temperatura del micro-resonador. Finalmente, también se han estudiado efectos opto-mecánicos inducidos por la potencia del WGM el cual está circulando en la cavidad, lo que resulta en la excitación de modos acústicos en el micro-resonador. Los modos vibracionales con altos factores de calidad mecánicos fueron identificados y caracterizados en micro-resonadores con geometría de burbuja. Además, fue observado la transición hacia un comportamiento caótico del sistema a medida que la potencia del WGM fue incrementada.	es_ES
dc.description.abstract	Whispering Gallery Modes (WGMs) based microresonators have attracted a great interest in the last decades due to their strong confinement of the light. Such microresonators can be fabricated with different geometries and materials. They exhibit high Q-factors and small mode volumes, which allows a great number of fundamental studies and applications, as for example the study of nonlinear phenomena. The narrow linewidths that the WGM resonances present enable the measurement of small perturbations of the microresonator parameters, with a low detection limit. This thesis provides an experimental characterization of the properties of different optical fiber devices by means of WGMs. The operational principle is based on exploiting the tunability of the WGM resonances by means of variations in the parameters that define the material and the geometry of the microresonators. This feature enables the study of the microresonator properties by measuring the optical spectral position of the WGM resonances. The variation of the microresonator’s parameters can be induced by strain, a temperature change, or an external magnetic field. The characterization of the strain-optic effect in silica and PMMA axially stretched optical fibers allowed the determination of the strain-optic coefficients of both materials. Commonly, an axial strain generates a uniaxial anisotropy that can be measured directly with our approach. Analogously, the characterization of the thermo-optic effect in different optical fiber devices, illuminated with different optical signals, enables the measurement of a variety of parameters: the contributions of absorption and scattering to the loss coefficient in UV-irradiated photosensitive fibers, thermal profiles in long period gratings, and the heating induced optically in active doped fibers. The main features of the implemented experimental technique are its low detection limit, its spatial resolution, and its capability to perform the measurements in a broad range of optical wavelengths. Locking techniques are necessary in experiments involving WGMs, to generate stable, nonlinear phenomena. This work provides two novel active locking techniques to stabilize the system at constant laser wavelength, which were experimentally tested. Both of them are based on the tuning of the spectral position of the WGM resonances either by means of axial strain, or temperature variations of the microresonators. Finally, optomechanical phenomena are a nonlinear effect induced by the high optical circulating power of the WGM, which results in the excitation of the acoustic modes of a microresonator. Vibrational resonant modes with high mechanical Q-factors were identified and characterized in bubble microresonators, and it was observed the transition to a chaotic behavior of this system, as the circulating power was increased.	en_US
dc.format.extent	182 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	whispering gallery modes	es_ES
dc.subject	strain-optic effect	es_ES
dc.subject	thermo-optic effect	es_ES
dc.subject	locking techniques	es_ES
dc.subject	nonlinear effects	es_ES
dc.subject	optomechanical effects	es_ES
dc.title	Whispering Gallery Modes: Advanced Photonic Applications	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::FÍSICA	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES