[ES]: Los láseres de semiconductor conocidos como VCSELs (láseres de cavidad vertical emisores de superficie) aparecen como una de las fuentes láser del futuro debido a sus excelentes prestaciones. Entre sus múltiples ventajas destacan: costes reducidos de fabricación, alta eficiencia de acoplamiento a fibras ópticas debido a su haz circular, baja divergencia, fabricación en arrays 2D, operación monomodo longitudinal y baja corriente umbral entre otras. Además de todo ésto, los dispositivos actuales están siendo fabricados con tiempos de vida de más de un millón de horas. Estas ventajas hacen a los VCSELs candidatos ideales para su uso como fuentes estables en las redes de telecomunicaciones ópticas presentes y futuras. Sin embargo, no pueden emitir más de unos pocos mW de potencia debido al pequeño tamaño de la región activa. Por esta razón son principalmente usados en redes de área local y metropolitana. Hoy en día, la tecnología permite diseñar VCSELs que operan en un amplio rango de longitudes de onda extendiéndose desde los 650 a los 1600 nm. Los VCSELs, como mencionamos anteriormente, operan en régimen monomodo longitudinal y por lo general muestran características complejas de polarización y de dinámica multimodo transversal. Mientras la emisión en varios modos transversales suele atribuirse al fenómeno conocido como “spatial hole burning”, el comportamiento de la polarización está influenciado por diferentes mecanismos físicos. La luz emitida por un VCSEL está, comúnmente, linealmente polarizada a lo largo de dos direcciones ortogonales, y cuando la corriente o la temperatura de estos dispositivos varía, suele observarse un cambio en la polarización (“polarization switching (PS)”). 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 ha sido estudiado desde 1993 y es el principal objeto de esta Tesis. El estudio de los efectos de inyección óptica en los VCSELs es interesante porque, en contraste con los láseres de semiconductor de emisión lateral (EEL), el grado de libertad extra otorgado por la polarización, juega un papel importante en la respuesta dinámica del dispositivo bajo inyección óptica. A lo largo de esta Tesis, fundamentalmente experimental aunque acompañada también de estudios teóricos para comprender y comparar con los resultados experimentales, analizamos la dinámica no lineal y las propiedades de polarización de los VCSELs cuando éstos son sometidos a inyección óptica. Hemos trabajado con VCSELs monomodo y multimodo transversal emitiendo usualmente a longitudes de onda cercanas a 1550 nm. Típicamente hemos empleado montajes experimentales en fibra óptica, aunque algunos resultados experimentales con VCSELs operando a una longitud de onda de 850 nm se han hecho trabajando en aire. En estos experimentos hemos estudiado la dinámica no lineal de VCSELs multimodo cuando son sometidos a una o dos frecuencias de inyección óptica.

[EN]: 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.

Memoria presentada por la Licenciada Ana Quirce Teja para optar al grado de Doctor y realizada bajo la supervisión del Dr. Ángel Valle Gutiérrez.

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