Sistemas ópticos excitables

• Autores: Yacomiti, Alejandro M.
• Año de publicación: 2002
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Mindlin, Gabriel Bernardo
• Materia: SISTEMAS EXCITABLES; LASER DE SEMICONDUCTOR; RETRACCION OPTICA; SISTEMAS EXCITABLES ACOPLADOS; LASER DE ESTADO SOLIDO; ABSORBENTE SATURABLE; EXCITABILIDAD Y RUIDO; DINAMICA NO LINEAL; EXCITABLE SYSTEMS; SEMICONDUCTOR LASER; OPTICAL FEEDBACK; COUPLED EXCITABLE SYSTEMS; SOLID-STATE LASER; SATURABLE ABSORBER; EXCITABILITY AND NOISE; NON LINEAR DYNAMICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Esta tesis es un estudio experimental y teórico sobre sistemas ópticos quepresentan excitabilidad. La excitabilidad es un concepto que proviene de labiología, en particular de neurociencia, y se refiere a la propiedad de ciertossistemas de generar pulsos sólo cuando una perturbación externa superaun dado umbral. Cuando un sistema excitable se encuentra en presencia deruido, las fluctuaciones estocásticas pueden llevarlo por encima del umbraly así provocar una dinámica de pulsación. Nuestro trabajo se basa en lageneración de herramientas para poder validar o refutar escenarios de excitabilidady ruido en sistemas ópticos donde se conjetura la existencia deexcitabilidad. Los sistemas estudiados son tres: un láser de semiconductorcon retroacción óptica, dos tales sistemas acoplados simétricamente mediantemutua inyección de luz, y un láser de estado sólido con absorbente saturable. El procedimiento propuesto para validar o refutar escenarios de excitabilidadse basa en la modelización con sistemas dinámicos sencillos, junto conla construcción de observables adecuados con el objeto de comparar las medidasexperimentales con los resultados teóricos. De esta manera pudimosdemostrar que la dinámica de un laser de semiconductor con retroacciónóptica de moderada a fuerte puede interpretarse con un paradigma de esqueletodeterminista en dos dimensiones (con propiedades excitables) másruido. Por su parte, la dinámica de las celdas acopladas en el régimen dealta disipación pudo explicarse a partir de un 2-toro en presencia de ruido,lo que permite interpretar dos láseres con retroacción acoplados ópticamentecomo dos sistemas excitables acoplados. Por último, mostramos por primeravez excitabilidad en un láser de estado sólido con absorbente saturable. Dichosistema no es influenciado significativamente por ruido, con lo que puedenaplicarse técnicas convencionales de estimulación externa para evaluar excitabilidad.
This thesis is an experimental and theoretical study on several systemsthat present excitability. Excitability comes from biology, particularly fromneuroscience, and it refers to the property of some systems of developingpulses only as some external stimulus overcomes a certain threshold. Whenan excitable system is in presence of noise, the stochastic kicks may driveit beyond the threshold, thus resulting in a pulsation dynamics. Our workrelies on the generation of new tools to validate or to refuse scenarios of excitabilityand noise in optical systems, where the existence of excitability isalready conjectured. The systems under study are three: a semiconductorlaser with optical feedback, two such systems coupled, and a solid-state laserwith saturable absorber. The procedure for validating or refusing excitabilityscenarios consists on the proposal of simple dynamical models, togetherwith the construction of adequate observables in order to compare the experimentaldata with the theoretical results. In this way we have been ableto demonstrate that the dynamical behavior of a semiconductor laser withstrong to moderate optical feedback can be captured with a two-dimensionaldeterministic Skeleton (which accounts for excitability) plus noise. Furthermore,we have shown that two mutually coupled semiconductor laser withfeedback (in the strong dissipation regime) can be interpreted as two coupledoptical cells. This has been achieved by embedding the experimental timeseries-data in a two-torus. Finally, we have demonstrated for the first timeexcitability in a solid-state laser with saturable absorber. As the noise doesnot significantly affect this system, the usual excitability tests are likely tobe applied, and the excitable nature can be recognized straightforwardly.
Fil: Yacomiti, Alejandro M.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.