Estudio teórico de la propagación de haces de luz láser en medios ópticos cúbico-quínticos

Abstract

El propósito general de esta tesis es estudiar, mediante simulaciones numéricas, la propagación de haces de luz láser en los denominados medios ópticos cúbico-químicos (C-Q). Estos materiales se caracterizan por tener un índice de refracción que depende de la potencia del haz de luz incidente, de tal manera que es autoenfocante para intensidades bajas y autodesenfocante para intensidades altas. En este tipo de medios la luz adquiere unas propiedades físicas similares a las de los fluidos habituales, como la existencia de vórtices estables y de tensión superficial. Este proceso puede interpretase como una transición de fase de un gas de fotones a un 'líquido de luz'. En primer lugar se ha estudiado, de manera teórica, cómo utilizar un sistema atómico de cuatro niveles con transparencia inducida electromagnéticamente (EIT) para alcanzar una situación con susceptibilidades de tercer y quinto orden gigantescas y de signo opuesto. Una elección adecuada de los parámetros permite obtener condensados de luz bidimensionales estables. Nuestros resultados teóricos podrían ser la base para experimentos reales en óptica no lineal con láseres continuos de mW. Para la determinación de índices de refracción no lineales, se ha considerado la técnica de Z scan. Se ha desarrollado una teoría simple basada en el método de los momentos, que permite ajustar los datos experimentales de Z scan. Se han obtenido los estados estacionarios de la ecuación no lineal de Schrödinger C-Q, para diferentes potencias del haz, y se han formulado experimentos ideales para estudiar su dinámica. Las propiedades físicas del estado resultante, como tensión superficial, son similares a las de los fluidos habituales. Después se ha realizado una comparación entre los estados estacionarios del medio C-Q y los que se obtienen para el sistema atómico de cuatro niveles con EIT, obteniendo resultados muy similares. Posteriormente se han calculado estados ti