Dinámica de polarización y modos transversales de VCSELs sometidos a inyección óptica

Abstract

Los láseres de semiconductor conocidos como VCSELs (láseres de cavidad vertical emisores de superficie) aparecen como una de las fuentes láser del futuro en redes de telecomunicaciones debido a sus excelentes prestaciones. Los VCSELs, operan en régimen monomodo longitudinal y por lo general muestran características complejas de polarización y de dinámica multimodo transversal. Comprender y controlar la polarización de los VCSELs es crucial para su uso en aplicaciones sensibles a la polarización como discos magneto-ópticos y sistemas de detección coherente. El efecto de la inyección óptica en los VCSELs es el principal objeto de esta Tesis. Estudiar los efectos de la inyección óptica en estos dispositivos es interesante porque el grado de libertad extra otorgado por la polarización, juega un papel importante en la respuesta dinámica del dispositivo bajo inyección óptica. En esta tesis analizamos la dinámica no lineal y las propiedades de polarización de los VCSELs monomodo y multimodo emitiendo cerca de 1550 nm cuando son sometidos a inyección óptica. Típicamente hemos empleado montajes experimentales en fibra óptica, aunque algunos resultados experimentales con VCSELs operando cerca de 850 nm, se han realizado trabajando en aire.

The semiconductor lasers known as VCSELs (Vertical Cavity surface Emiting Lasers) are ideal candidates as laser sources in future optical telecommunication networks due to their excellent performance. Although VCSELs are intrinsically single-longitudinal mode devices, they usually show complex polarization characteristics and multi-transverse mode dynamics. Understanding and controlling the VCSEL polarization is crucial for their use in polarization-sensitive applications as magneto-optical disks and coherent detection systems. The main aim of this thesis is the study of how external optical injection affects light emitted by VCSELs. The study of optical injection effects in VCSELs is interesting because the intrinsic polarization degree of freedom plays a key role in the dynamical response of the device under optical injection. In this thesis we analyze, mainly in an experimental way, the nonlinear dynamics and the properties of polarization and transverse modes of a VCSEL subject to optical injection. We have used an all-fiber setup although some experimental results using 850-nm VCSELs working in free space are also reported.