Continuos wave frequency modulated optical feedback (cwfm-of)theory and applications

Resumen

Esta tesis intenta ser una contribución al desarrollo de nuevas estrategias de medición basadas en el fenómeno de retroalimentación óptica (OF) combinada con la modulación de la intensidad del láser. La realimentación óptica, un fenómeno en el cual una fracción del campo emitido del láser es reinyectado en su propia cavidad, fue considerada durante un periodo de un problema en el contexto de comunicaciones en fibra óptica debido a la introducción de inestabilidades en el láser, pero ahora esta técnica es considerada un potente sensor fotónico en diferentes aplicaciones en el mundo real. La realimentación óptica, sin embargo, afecta diferentes parámetros internos del láser (por ejemplo el coeficiente de reflexión, la ganancia o la densidad de portadores y fotones), yen última instancia, altera la intensidad emitida. La relación entre realimentación óptica, intensidad yfrecuencia de modulación es interesante porque cambia un semiconductor láser en un sensor interferométrico completo en el cual el láser actúa como una fuente de luz, detector y medio de interferencia todo en uno, haciéndola generalmente adaptada para detección fotónica no destructiva y sin contacto. El estudio presentado en esta tesis, intenta contribuir a diferentes áreas de la interferometría óptica realimentada, desde la formalización teórica del entendimiento de la función de transferencia láser afectada por realimentación óptica basada en teoría de dispersión, hasta el procesamiento de señales de realimentación óptica simultáneamente en los dominios de tiempo yfrecuencia utilizando la transformada "wavelet para combatir el ruido, los efectos de speckle y la extracción de parámetros relativos a la vibración de vibraciones periódicas o transitorias en un solo paso de procesamiento. Además, basándose en la ecuación de Lang-Kobayashi, las evidencias experimentales de dichas predicciones teóricas son utilizadas para estabilizar el láser aún en presencia de realimentación alta mediante la introducción de efectos de modulación inyectada, aprovechando el hecho de que la desviación de frecuencia producida en la emisión del láser mediante la realimentación óptica está en dirección inversa de aquella producida por la modulación inyectada. También, sin embargo, la principal contribución de esta Tesis ha sido el desarrollo en profundidad de una variante de OFI, la cual llamamos Interferencia Diferencial de Realimentación Óptica por Modulación de Onda Continua en Frecuencia (CWFMDOFI), la cual combina las dinámicas no lineales debido a la OF y la inyección de modulación para medir las diferencias de camino óptico menores a la mitad de la longitud de onda de la emisión, con resoluciones en el rango nanométrico, manteniendo el montaje experimental igual al del OFI original. Entre el amplio rango de aplicaciones potenciales, la metodología propuesta ha sido probada para la caracterización de vibración de membranas en transductores acústicos, y para detectar el desplazamiento superficial instantáneo de un blanco remoto debiDo a la radiación de presión acústica, transfiriendo el patrón del campo acústico a través del desplazamiento del blanco al haz óptico. Este trabajo amplia el campo del OFI en general hacia aplicaciones como sensores láser ultrasónicos, holografía acústica, y formación de imagen fotoacústica entre otras.