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Transferencia anómala de ruido de intensidad relativa en láseres de fibra aleatorios ultralargos  
Transferencia anómala de ruido de intensidad relativa en láseres de fibra aleatorios ultralargos
En el artículo se presenta por primera vez una demostración experimental de amortiguación de transferencia de ruido de intensidad (oscilaciones en la intensidad del láser) en láseres aleatorios de fibra Raman ultralargos con retroalimentación distribuida basados en fibras de telecomunicaciones convencionales. Además, se presenta una descripción teórica exhaustiva del fenómeno y se aporta un modelo predictivo, identificando los requisitos generales para la mejora del sistema a través de la reducción de la transferencia de RIN.

¿Qué es un láser aleatorio? Primero recordemos lo que es un láser convencional. En el interior de un espacio confinado, un medio láser, que puede ser un vapor, un sólido o un tinte, se “bombea” de modo que sus átomos alcanzan un estado de excitación. Cuando los átomos caen a un nivel de energía inferior, emiten fotones. Al rebotar entre los dos espejos de una cavidad, esa emisión se amplifica de modo coherente, produciendo un haz de luz de una sola longitud de onda.

Sin embargo, en los llamados ‘láseres aleatorios’ la luz rebota en un gran número de partículas flotantes que dispersan la luz, en lugar de hacerlo entre dos espejos, y no existe un mecanismo de confinamiento de la luz.
A diferencia de los láseres convencionales donde la ganancia ocurre en las sucesivas reflexiones que realiza la luz entre los espejos, en un láser aleatorio la ganancia se obtiene mediante la dispersión múltiple de luz en un medio desordenado. Cuando se caracteriza un láser convencional, la dispersión de luz se suele considerar como un factor perjudicial para que ocurra el proceso láser. En cambio, en un medio desordenado con ganancia, la dispersión de luz pasa a tener un efecto positivo en la emisión de radiación láser. La dispersión múltiple de luz causa un aumento del tiempo que pasa la luz en el interior de la muestra, creciendo de esta manera el tiempo en el cual la luz se amplifica.

El concepto de generación de luz láser en medios activos aleatorios sin cavidades fue introducido por Letokhov en 1966-1968, inicialmente en el contexto de estudios de radiación interestelar.

Los láseres aleatorios han atraído una gran atención gracias a sus características únicas, incluida su relativa simplicidad y la falta de necesidad de una estructura de cavidad definida. Al mismo tiempo, su naturaleza desordenada a menudo se ha convertido en un obstáculo para su diseño y aplicación sistemáticos. Una notable excepción a esta regla la proporcionan los láseres aleatorios Raman de fibra de retroalimentación distribuida (RDFL), propuestos por primera vez en 2010 como un tipo particular de láser ultralargo de fibra.
En los láseres aleatorios de fibra óptica no tenemos rebotes en partículas flotantes, al no ser el medio gas o un líquido. Los centros dispersivos los constituyen las pequeñas fluctuaciones de densidad distribuidas aleatoriamente a lo largo de la longitud de la fibra, y el mecanismo de rebote (retroalimentación) es la conocida como dispersión Rayleigh, el mismo mecanismo responsable del color azul de nuestro cielo. La dispersión Rayleigh es causada por partículas más pequeñas que la longitud de onda de la luz.

A diferencia de otros tipos de láseres aleatorios, el uso de fibra óptica convencional como medio de ganancia y transporte permite una alta eficiencia, un ancho de banda estrecho y una salida intrínsecamente direccional. Gracias a esto, se han hecho posibles múltiples aplicaciones tanto en detección como en comunicaciones.

En un láser Raman de fibra la amplificación se produce a partir de la absorción de energía de una fuente de luz intensa a longitudes de onda más cortas por parte de la señal. A esta fuente de luz se la conoce como "bombeo". Aparte de las propias fluctuaciones de intensidad que se generen en el láser, las propias fluctuaciones que tenga la fuente de bombeo se transfieren igualmente a la señal. Esta transferencia de ruido de intensidad relativa (RIN) limita la calidad del láser y su rendimiento. En un trabajo anterior, predijimos teóricamente que en algunas configuraciones particulares la máxima transferencia de RIN en RDFL que ocurre típicamente a bajas frecuencias de modulación podría ser amortiguada, dando lugar a un perfil de transferencia de RIN anómalo.

En este trabajo hemos demostrado experimentalmente y descrito teóricamente por primera vez este fenómeno, mostrando como lograr esta reducción de ruido a través de la interacción entre los bombeos y las diferentes componentes de la señal. Además, hemos identificado las condiciones para obtener una reducción de transferencia de RIN en configuraciones de láser aleatorio basadas en fibra convencional de telecomunicación, allanando el camino para su aplicación directa en esquemas de amplificación con aplicación tanto en sensores como en telecomunicaciones.


El trabajo es una colaboración entre el Instituto de Óptica, la Universidad de Bordeaux, el departamento de electronica y telecomunicaciones (DET) de Torino, la Universidad Pública de Navarra (UPNA) ,el Instituto de Smart Cities (ISC) de Navarra y la Universidad de Alcalá de Henares (UAH)


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