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Instituto de Óptica “Daza de Valdés”

Modelación de la amplificación óptica en redes de Bragg integradas en guías de onda codopadas con Er/Yb

Modelación de la amplificación óptica en redes de Bragg integradas en guías de onda codopadas con Er/Yb

Grupo de Procesado por Láser (LPG)

Madrid / 27 de julio de 2023

Un equipo de investigadores e investigadoras de Zaragoza y Madrid han desarrollado un método numérico innovador para simular y comprender el comportamiento de las rejillas de Bragg integradas en guía de onda codopadas con Er/Yb. Estas estructuras fotónicas tienen la propiedad de reflejar y ampliar la luz que viaja en el seno de la guía de onda.
El estudio, realizado en una colaboración del Centro Universitario de la Defensa (CUD-AGM), el Grupo de Procesado por Láser del Instituto de Óptica “Daza de Valdés” y el Departamento de Física Aplicada & I3A de la Universidad de Zaragoza, servirá para optimizar el rendimiento de estas estructuras para su aplicación en reflectores amplificadores y láseres monolíticos.

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Las redes de Bragg inscritas en guías de ondas activas (dopadas con tierras raras) ofrecen una combinación única de propiedades reflectantes eficientes y amplificación óptica. Esto abre la posibilidad de lograr una gran amplificación y un rendimiento mejorado en láseres integrados. Sin embargo, la respuesta de estas estructuras fotónicas depende de muchos factores, como los parámetros propios de la guía de ondas, de la red de Bragg y las condiciones de inyección de señal y bombeo óptica. Por lo tanto, es crucial crear un modelo que sirva para comprender su comportamiento y dependencias paramétricas.

En este estudio, se creó un método numérico para simular la propagación de la potencia óptica a lo largo de una red de Bragg integrada en una guía de onda codopada con Er/Yb, teniendo en cuenta sus parámetros operativos más relevantes. Los resultados obtenidos revelaron las condiciones óptimas en las que se maximiza el rendimiento de estas estructuras. Además, se realizó una comparación de estos datos teóricos del modelo con valores experimentales medidos en estructuras similares, escritas con láser de femtosegundos en un vidrio de fosfato codopado con Er/Yb, lo que respalda la precisión y utilidad del método numérico desarrollado.

Dibujo esquemático de un láser trazando una línea en un bloque que está debajo
Representación del láser de femtosegundos grabando la estructura en un vidrio de fosfato codopado con Er/Yb / Ceramics International
Estos hallazgos representan un avance significativo en la comprensión y optimización de las redes de Bragg activas (codopadas con Er/Yb) integradas en guía de onda. El método numérico desarrollado proporciona una herramienta muy útil en futuros trabajos en el diseño y la optimización cuantitativa de estas estructuras, así como para mejorar su rendimiento en amplificación y láser.
Este estudio pone de manifiesto el potencial de las redes de Bragg integradas codopadas con Er/Yb como elementos clave en el campo de la óptica integrada. Su combinación única de propiedades reflectantes y amplificadoras abre nuevas oportunidades en áreas como el filtrado de señales, la detección física y química, y la construcción de espejos para cavidades láser en guía de onda.
Esquema del interior de una fibra óptica en la que se ven las líneas transversales que forman una red de Bragg, y un gráfico que muestra la parte de la onda que se refleja
Esquema y funcionamiento de una red de Bragg / Wikipedia

¿Qué es una rejilla de Bragg?

Una red de Bragg es una estructura fotónica que se consigue generando una perturbación periódica del índice de refracción en una guía de ondas. Esta perturbación crea una interferencia constructiva en ciertas longitudes de onda específicas, conocidas como longitudes de Bragg, reflejando la luz que cumple con la condición de Bragg. Cuando una onda de luz incide sobre la rejilla de Bragg, parte de la luz se refleja hacia atrás debido a esta interferencia constructiva, mientras que el resto continúa propagándose. Esto crea un efecto de filtrado espectral, permitiendo que solo ciertas longitudes de onda sean reflejadas y las demás sean transmitidas. El funcionamiento de la red de Bragg se basa en la interacción entre la estructura periódica de la red y las propiedades de propagación de la onda de luz, lo que la convierte en una herramienta clave en campos como la óptica integrada y la construcción de láseres y dispositivos fotónicos.

Comunicación IO-CSIC
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