Propagación de ondas monocromáticas en guíaondas dieléctricas planas formadas por medios no lineales tipo Keir: Aplicación al diseño de dispositivos lógicos

Abstract

El trabajo se enmarca dentro del estudio de ciertas propiedades ópticas con vistas a su inclusión en el diseño de dispositivos de conmutación de señales ópticas. En particular se ha prestado atención a los medios que exhiben no linealidad de segundo orden, denominada comúnmente tipo Kerr. Este tipo de medios pueden ser explotados en la actualidad por dos motivos principales: primero, debido a los avances tecnológicos en crecimiento de capas delgadas y en la fabricación de guías de onda dieléctricas por diferentes técnicas, en función del tipo de material utilizado y de su particular estructura cristalina. Y en segundo lugar, por la posibilidad de contar con fuentes intensas de luz miniaturizadas, como son los diodos láser de media (o alta) potencia. La conmutación de señales de información óptica mediante señales de control también ópticas (all-optical switching) significaría un avance de grandes consecuencias tanto en el propio campo de las comunicaciones ópticas como en el más nuevo de la computación óptica. El dispositivo al que se le ha prestado particular atención en la Tesis ha sido el acoplador direccional no lineal (NLDC, non-linear directional coupler), debido a su sencillez y a su potencial versatilidad. Se ha desarrollado un modelo de modos acoplados con un término perturbativo no lineal, para obtener una visión general de los modos de funcionamiento del acoplador. Se elaboró una herramienta de simulación para corroborar los resultados y, finalmente, se propuso un modo particular de funcionamiento como puerta lógica AND, haciendo un esbozo de la relación existente entre los parámetros físicos del sistema y los parámetros externos de la puerta.

This work may be framed within the design of optical switching devices, by means of the use of certain special properties of some optical materials. Particular interest has arisen with respect to the non-linear media exhibiting the Kerr effect. This effect is known from many years ago, but solely now it could be exploited, due to two main reasons. First, the actual advances in fabrication of optical waveguides by means of a wide fan of different techniques, depending of the specific type of materials used. And second, due to the current easy availability of miniaturized intense light sources, namely, the medium or high-power laser diodes. Switching information optical signals by means of other optical control signals, the so called all-optical switching, would mean a technological advance with enormous consequences in the field of optical communications and in the new area of optical computing. Along this work special attention has been drawn to the non linear directional coupler (NLDC), which is probably one of the most versatile devices in non-linear guided optics. An analytical study was performed by means of the coupled-mode theory, in which the non-linearity was added as a perturbative term. This study let to establish clearly the different running modes of the device. Results were tested with a simulation tool, based on the well-known split-step technique. Finally a particular design to implement an AND logic gate has been proposed, where the physical parameters of the NLDC were related with the external figures of the logical gate.