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Descripción
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| La presente tesis tiene por objetivo dilucidar las propiedades de estabilidad de haces de luz no difractantes con vórtices embebidos, y que por lo tanto transportan momento angular, en particular cuando se propagan en materiales con no linealidad Kerr selffocusing. La motivación detrás de dicho objetivo es el escaso conocimiento disponible sobre la importante cuestión de la estabilidad, tanto desde el punto de vista teórico como del experimental. No obstante, su aplicación bajo la forma de solitones espaciales con vórtices es habitual actualmente en campos como el de las pinzas ópticas, el procesamiento de materiales, las comunicaciones de larga distancia o la transferencia de momento angular de la luz a la materia. Estos haces de luz con vórtices son especialmente sensibles al colapso causado por la no linealidad Kerr, que conduce a la rotura total de su estado inicial con simetría azimutal en diferentes regímenes dinámicos que pueden presentar fragmentos en rotación, filamentación del haz o dinámicas aparentemente caóticas. Como consecuencia natural, las principales líneas de investigación sobre el tema están dedicadas a la identificación y caracterización de los mecanismos estabilizadores que puedan ser utilizados experimentalmente, siendo un área de investigación intensiva hoy en día. Con respecto a los haces de luz no difractantes analizados, se trata de haces de Bessel no lineales con vórtices, siempre con una intensidad lo suficientemente alta para que sea relevante la consideración en el modelo de la ya mencionada no linealidad Kerr selffocusing y también de la absorción no lineal, manifestada como absorción multifotón. Esta tesis sigue los pasos del trabajo realizado previamente en la tesis doctoral ?Dinámica no lineal de haces ópticos de Airy y de Bessel en medios Kerr con absorción no lineal? (2016), por el Dr. Carlos Ruiz-Jiménez, donde los haces de Bessel no lineales con vórtices fueron introducidos y sus propiedades de propagación estacionaria y no difractante analizadas en profundidad. Además, la dinámica no lineal de estos haces fue expuesta detalladamente, permitiendo la formulación de las leyes que definen cual es el haz de Bessel no lineal con vórtices como atractor para un haz de Bessel lineal que se lance en un medio no lineal; incluyéndose la verificación de cómo, en algunos casos, emerge espontáneamente un haz de Bessel no lineal con vórtice completamente formado, indicando en ese caso que es un atractor estable. Todas las conclusiones fueron verificadas mediante minuciosas simulaciones numéricas. En este trabajo, se da un paso más allá del estudio de la estacionariedad, y el tema de la estabilidad es abordado. Se hizo aplicando una técnica muy usada en la dinámica de ondas no lineal, el análisis de estabilidad linealizado con pequeñas perturbaciones genéricas, lo que ha permitido los estudios analítico y numérico pormenorizados del problema planteado. Sin embargo, dado que los haces de Bessel no lineales con vórtices están débilmente localizados en su plano transversal, y por tanto no son estrictamente solitones como lo puede ser el solitón espacial con vórtice estándar, la aplicación del análisis de estabilidad linealizado se dificultó enormemente, haciéndola una tarea compleja y larga, como se explicará posteriormente en el texto. Aun así, se han alcanzado resultados muy relevantes. En concreto, se ha demostrado la existencia de haces de Bessel no lineales con vórtices completamente estables frente a pequeñas perturbaciones, siempre que se cumpla que la absorción no lineal compense la no linealidad Kerr self-focusing. La caracterización de haces de Bessel no lineales con vórtices inestables también se ha mejorado, ya que el análisis de estabilidad linealizado da un criterio para la predicción del número de fragmentos en rotación en los que se romperá el haz inestable al perder su simetría inicial. Otro resultado alcanzado ha sido la confirmación de la absorción no lineal como el mecanismo estabilizado | |
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Internacional
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No |
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ISBN
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Tipo de Tesis
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Doctoral |
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Calificación
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Sobresaliente cum laude |
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Fecha
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25/07/2019 |