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8.2: Efectos de alta fluencia

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    Para evitar el bloqueo de modo de conmutación Q causado por un absorbedor saturable semiconductor, el absorbedor muy a menudo se opera muy por encima de la fluencia de saturación o entra en este régimen durante la operación de conmutación Q. Por lo tanto, también es importante comprender los procesos ópticos no lineales que ocurren a altos niveles de excitación [13]. La Figura 8.8 muestra mediciones de sonda de bomba diferencial en un espejo absorbente saturable semiconductor similar a la Figura 8.2 pero adaptado al rango de 1.55 μm para el desarrollo de fuentes de láser pulsadas para comunicación óptica. La estructura es un espejo GaAS/Alas-Bragg con una capa de media onda InP y un absorbedor de pozo cuántico IngaAsp incrustado con un borde de banda a 1.530\(\mu m\). El espejo se adapta al aire con un Arcoating\(\ce{Al203}\) de una sola capa. A baja fluencia (5.6\(\mu J\)) la dinámica de blanqueo de los QW es dominante. A fluencias más altas, la absorción de dos fotones (TPA) y la absorción de portador libre (FCA) en la capa de media onda InP se desarrollan y dominan enventualmente [13].

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    Figura 8.8: Mediciones de reflectividad diferencial de un espejo absorbente saturable semiconductor (GaAS/Alas-Bragg-mirror y capa de media onda InP con absorbedor de pozo cuántico IngaAsp incorporado para el rango de 1.55 μm. El espejo se adapta al aire con un revestimiento de arco de una\(\ce{Al203}\) sola capa). A baja fluencia la dinámica de blanqueo de los QW es dominante. A fluencias más altas, el TPA y el FCA se desarrollan y dominan enventualmente [13].

    Langlois, P. et al. “Dinámica ultrarrápida de alta fluencia de espejos absorbentes saturables semiconductores”. Física Aplicada Letras 75 (1999): 3841-3483. Usado con permiso.

    El supuesto de que TPA y ACF son responsables de este comportamiento ha sido verificado experimentalmente. La Figura 8.9 muestra mediciones de reflectividad diferencial bajo excitación de alta fluencia a 1.56 μm para una estructura de espejo absorbente saturable en la que el blanqueo por absorción es insignificante (curva sólida). El pozo cuántico se colocó cerca de un nulo del campo. Un fuerte pico de TPA es seguido por FCA inducido con una sola disminución de\(\sim\) 5ps para FCA. Ambas dinámicas no dependen significativamente de la longitud de onda de la excitación, siempre y cuando la excitación permanezca por debajo de la banda prohibida. El decaimiento de\(\sim\) 5ps se atribuye a la difusión del portador a través de la capa de media onda InP [13] La curva discontinua muestra la absorción diferencial de un sustrato\(\sim 350 \mu m\) grueso de InP en el que no se forma un patrón de onda estacionaria y la desintegración de\(\sim\) 5ps está ausente. El recuadro en la Figura 8.9 muestra la dependencia de potencia de TPA y FCA. Como era de esperar, el TPA y el FCA varían lineal y cuadráticamente, respectivamente, con la potencia de la bomba.La absorción inducida por la bomba de la sonda (TPA) depende linealmente de la potencia de la bomba. Dado que el FCA es producido por portadores que son generados por la bomba solo vía TPA, FCA escala con el cuadrado de la potencia de la bomba.

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    Figura 8.9: Mediciones de reflectividad diferencial bajo excitación de alta fluencia a 1.56\(\mu m\) para una estructura de espejo absorbente saturable en la que el blanqueo por absorción es insignificante (cuve sólido). El decaimiento de\(\sim\) 5 ps para FCA se atribuye a la difusión del portador a través de la capa de media onda InP. La curva dentada muestra la absorción diferencial de un sustrato\(\sim 350 \mu m\) grueso de InP en el que no se forma un patrón de onda estacionaria. (Inserción) Dependencia de fluencia lineal y cuadrática de los componentes TPA y FCA, respectivamente.

    Langlois, P. et al. “Dinámica ultrarrápida de alta fluencia de espejos absorbentes saturables semiconductores”. Física Aplicada Letras 75 (1999): 3841-3483. Usado con permiso.

    Estos efectos de alta fluencia conducen a fuertes modificaciones de las características de saturación de un absorbedor saturable. La importancia de los efectos de alta fluencia se reconoció por primera vez en los absorbentes resonantes (ver Figura 8.10). El campo dentro del absorbedor se mejora añadiendo un reflector superior y una capa espaciadora adecuada. Esto conduce a una fluencia efectiva de saturación menor cuando se ve con respecto a la fluencia o intensidad intracavitaria. Por lo tanto, los efectos altos de fluenece ya se alcanzan a bajas intensidades intracavitarias (ver Figura 8.9).

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    Figura 8.10: Se agrega un reflector superior al absorbedor saturable semiconductor de tal manera que el campo en el pozo cuántico se mejora resonantemente en aproximadamente un factor de 10 en comparación con el caso no resonante.

    Theon, E. R., et al. “Absorción de dos fotones en espejos absorbedores saturables semiconductores”. Física Aplicada Letras 74 (1999): 3927-3929. Usado con permiso.

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    Figura 8.11: Medición de fluencia de saturación (puntos) del absorbedor resonante mostrado en la Figura 8.10 con pulsos de 150 fs a 1.53\(\mu m\). Los ajustes se muestran usando un absorbedor saturable rápido o lento y TPA. También se muestran las características de saturación escaladas del absorbedor cuando se usa en un láser con duraciones de pulso más largas.

    Theon, E. R., et al. “Absorción de dos fotones en espejos absorbedores saturables semiconductores”. Física Aplicada Letras 74 (1999): 3927-3929. Usado con permiso.

    El vuelco de las características de saturación tiene consecuencias positivas y negativas para el bloqueo de modo. En primer lugar, si se puede alcanzar el roll-over con la energía de pulso intracavidad disponible, se puede suprimir la conmutación Q. Segundo, si el vuelco ocurre demasiado pronto, los pulsos se rompen en múltiples pulsos para optimizar la ganancia neta para el flujo de pulsos general.


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