Nueva propuesta para la obtención de pulsos láser ultra-cortos, mediante la auto-compresión en fibra hueca, utilizando modos altos

Abstract

[ES] La presente investigación, que corresponde al trabajo de tesis doctoral, nació de la inquietud por conseguir un pulso de luz con tan solo algunos pocos ciclos, y que fuese lo suficientemente energético para aplicaciones en investigación científica, basándose en la técnica de la post-compresión temporal en fibra hueca. Se ha investigado la posibilidad de acoplar un pulso láser a los modos altos de una fibra hueca, en un régimen de alta no linealidad, para formar una auto-compresión solitonica. La etapa inicial del trabajo consistió en la implementación de un modelo numérico capaz de describir la propagación espacio- temporal de un pulso en el interior del núcleo de la fibra hueca. En esta etapa se logró identificar los modos altos que mostraban la auto-compresión con la menor pérdida energética. Para clasificar las bondades de la auto-compresión se propuso un factor de calidad, que relaciona la intensidad pico del pulso y su duración temporal, tanto en el límite de Fourier como en el pulso medido. También logramos identificar la dinámica intermodal que tiene lugar durante el proceso de auto-compresión del pulso: se corroboró la transferencia energética oscilante entre distintos modos espaciales de la fibra, y se observó que los nuevos modos espaciales que se crean durante la propagación no lineal presentan dos contribuciones, una que se distancia del modo principal por el walk-off entre modos, y otra que queda atrapada por el modo principal que forma el haz láser. Este proceso de auto-compresión del pulso que presenta la dinámica de modos espaciales descrita anteriormente es lo que hemos denominado la formación de un "solitón temporal vestido". Adicionalmente, hemos comprobado que este tipo de solitones viene acompañado por la formación de ondas dispersivas (DW) en la zona del ultravioleta y, gracias al modelo numérico bidimensional que utilizamos, logramos identificar nuevas ondas dispersivas en la región del infrarrojo medio, cuyo origen está en la generación de ondas dispersivas intermodales. También pudimos conformar el carácter multimodal de la auto-compresión cuasi-solitónica, comparando la energía del solitón temporal vestido y la energía estimada para la formación de un solitón temporal monomodo propuesta por un trabajo previo.

Para validar estos hallazgos teóricos se realizaron medidas experimentales, tanto espacio-espectrales como espacio-temporales (utilizando la técnica d-scan). Las medidas experimentales mostraron resultados alentadores, que conformarían uno de los resultados del trabajo teórico realizado previamente, la transferencia energética entre modos en un régimen de alta no linealidad. Adicionalmente, se realizaron simulaciones computacionales complementarias con los parámetros de laboratorio, que refuerzan los resultados experimentales, demostrando que la energía que porta el haz se transfiere del modo espacial fundamental (EH11) a los modos superiores. Podemos concluir que la propuesta de este trabajo de usar modos altos de la fibra hueca para inducir una auto-compresión en el pulso insertado permite generar pulsos de pocos ciclos en la zona del infrarrojo cercano (800 nm). Queda demostrado que el uso de modos altos de la fibra hueca permitiría lograr pulsos de apenas unos pocos ciclos, incluso de ciclo único. Entre las ventajas que tendría esta técnica estaría la de prescindir de la eta- pa de compensación de fase que tiene la técnica de post-compresión o, en caso de no ser posible, asegurá que la fase espectral generada durante la propagación no lineal es corregible. Por otro lado, la formación de ondas dispersivas en el infrarrojo medio abre nuevas posibilidades de generación en radiación de dicho rango espectral, que tiene enorme potencial en otros campos de la óptica. Finalmente, este trabajo da pie a continuar investigando y perfeccionando, tanto teórica y experimentalmente, la posibilidad de utilizar fibras huecas más cortas, o con distinta geometría, para lograr pulsos más energéticos o pulsos de un sólo ciclo.