Estudio de la propagación y generación de luz en medios inhomogéneos desordenados

Resumen

En esta Tesis Doctoral se ha realizado un análisis detallado de la propagación y generación de radiación de tipo láser en medios inhomogéneos desordenados constituidos por polvos apelmazados de cristales láser. En lo que respecta a la propagación de la luz en el medio, ésta se ha descrito mediante un proceso de difusión y se han deducido expresiones analíticas sencillas que relacionan magnitudes directamente accesibles experimentalmente, como la reflectancia y la transmitancia difusas de la muestra, con los recorridos libres medios característicos de la luz en el medio. A partir de esas expresiones se proponen diferentes métodos para determinar el coeficiente de difusión y los recorridos libres medios de transporte y de absorción difusiva de los fotones basados en la dependencia de la reflectancia y transmitancia difusas con diversos parámetros de la muestra. Haciendo uso de estos métodos se han determinado los recorridos libres medios característicos de la luz en muestras de diferentes materiales, así como su dependencia con el tamaño medio de partícula y la compacticidad de la muestra. Los valores obtenidos coinciden con los calculados mediante la teoría Mie en la aproximación de scattering independiente. La validez de esta aproximación ha sido verificada teóricamente comprobándose que el efecto de las correlaciones espaciales en los recorridos libres medios de transporte es despreciable para el tamaño medio de partícula considerado en las muestras. En lo relativo a la generación de luz de tipo láser en estas muestras se ha desarrollado un modelo que tiene en cuenta tanto los procesos de scattering como los de ganancia característicos de estos materiales describiéndose la propagación de la luz mediante un proceso de difusión. Haciendo uso del mismo se ha estudiado la dependencia de la eficiencia y del umbral de laseo con el espesor de la muestra, la compacticidad y el tamaño medio de partícula. Los resultados obtenidos indican que la forma con la que el haz de bombeo es absorbido a lo largo de la muestra juega un papel esencial tanto en el umbral de laseo como en la eficiencia. Se ha verificado que valores grandes del espesor y de la compacticidad de la muestra favorecen tanto una disminución del umbral de laseo como un aumento de la eficiencia. Por el contrario, los valores del tamaño medio de partícula para los que se obtienen un máximo en la eficiencia y un mínimo en el umbral son diferentes. Estos resultados son consistentes con los comportamientos determinados experimentalmente por otros autores. Por último se ha comprobado que el modelo teórico propuesto es capaz de describir cualitativa y cuantitativamente los efectos de tipo láser observados experimentalmente en un nuevo láser aleatorio de estado sólido, constituido por polvos de gel de sílice que contiene nanopartículas de cuarzo dopadas con rodamina.