Esta tesis estudia los láseres de fibra óptica para su inclusión en aplicaciones de fotónica de microondas. Las prestaciones de la tecnología electrónica en estas aplicaciones están limitadas para frecuencias de trabajo de decenas de GHz. En este contexto, la tecnología óptica ha encontrado aplicaciones potenciales con el fin de extender las especificaciones de sistemas de microondas tradicionales. En particular, los láseres de fibra se presentan como fuentes ópticas fiables de coste reducido las cuales están ganando interés como soluciones compactas en comparación con láseres de estado sólido. El objetivo de esta tesis es el diseño, fabricación y caracterización de láseres de fibra como fuentes ópticas compactas con aplicaciones de fotónica de microondas, como son la generación de ondas en la banda de microondas-milimétricas y la conversión analógico-digital asistida ópticamente.

En esta tesis se presenta el desarrollo de un láser de fibra de realimentación distribuida capaz de emitir en dos longitudes de onda en régimen continuo para la generación de señales de microondas por fotomezclado. La cavidad óptica está constituida por una red de difracción de Bragg grabada en una fibra dopada con erbio, en la que se aplican dos desfases puntuales. La sintonización dinámica de la diferencia de frecuencia de los dos modos emitidos se lleva a cabo mediante el empleo de dos actuadores piezoeléctricos controlados por una fuente de tensión continua. Tras la fotodetección de la salida del láser se obtiene una señal de microondas con un rango de sintonización continuo de 0.12-7 GHz. La máxima frecuencia de sintonización viene limitada por el ancho de banda espectral de la red de difracción. Por ello, se ha estudiado una segunda configuración del láser con el fin de incrementar el rango de sintonización. La implementación de dos cavidades de realimentación distribuida con diferentes frecuencias de emisión en la misma fibra dopada permite un control más versátil de las frecuencias de emisión de ambos modos ópticos. Esta fuente altamente compacta y sencilla es capaz de proporcionar una señal fotogenerada con un rango de sintonización de 0.72 a 92 GHz.

También se proponen distintos láseres de fibra pulsados mode-locked para aplicaciones de conversión analógico-digital asistida ópticamente. Se han estudiado diferentes técnicas activas y pasivas de mode-locking en láseres de fibra dopadas con erbio orientadas a cumplir requerimientos en términos de frecuencia de repetición, ancho temporal de pulso y ruido jitter. El diseño activo de mode-locking armónico se ha llevado a cabo mediante moduladores ópticos de gran ancho de banda en la cavidad óptica, mientras que para el mode-locking pasivo se han empleado absorbentes saturables de semiconductor. También se ha explorado el uso de fibras polarizadoras, y se ha demostrado la posibilidad de control del régimen mode-locking a través del ajuste de estado polarización. Los diferentes esquemas de mode-locking han permitido obtener frecuencias de repetición de decenas de GHz, anchos de pulso por debajo del picosegundo y ruidos jitter inferiores a 180 fs.

Aparte de los absorbentes saturables de semiconductor, nanotubos de carbono monocapa han mostrado unas propiedades no lineales ultrarrápidas adecuadas para láseres mode-locked pasivos. En los últimos años se han propuesto láseres de fibra mode-locked pasivos los cuales emplean nanotubos de carbono como absorbente saturable, invirtiendo un gran esfuerzo en la integración de estos nanotubos en cavidades de fibra óptica. La tesis también trata sobre el estudio de una nueva técnica para la inclusión de nanotubos de carbono en fibras ópticas, en la cual se hace uso de redes de difracción de Bragg inclinadas para posibilitar la interacción de la luz con los nanotubos. Empleando este dispositivo se ha demostrado efectos de conmutación óptica ultrarrápida gracias a la no linealidad de los nanotubos.