Esta tesis doctoral se ha realizado en el campo de la Óptica No Lineal experimental, dentro de un marco de investigación básica. El objeto de estudio es la manipulación experimental de estructuras que pueden emerger en la sección transversal de un haz láser bajo determinadas condiciones, y que además están caracterizadas por su fase: como, por ejemplo, vórtices, solitones o dominios de fase. Como elemento activo no lineal que contribuye a la generación de este tipo de estructuras, se utilizan diferentes tipos cristal fotorrefractivos (PRCs) con tiempos de respuesta largos como el BaTiO3 y el SBN o tiempos cortos como el KTLN. El presente manuscrito está redactado como un compendio de artículos, con un total de cinco publicaciones. Tres de ellas han sido realizadas en la Universitat de València y las otras dos se han llevado a cabo en la Universitá di Roma. El texto ha sido concebido como una estructura que incluye 4 capítulos. En el primer capítulo se encuentra una introducción sobre los conceptos e ideas básicas en los que se han basados los experimentos: la formación de patrones. Además, se explica la teoría y fenomenología que soportan los experimentos y que ayudan a la comprensión de los resultados. En el segundo, se presentan los resúmenes de los trabajos publicados, donde se explica la metodología que se ha usado para desarrollar los experimentos. En el tercer capítulo se encuentran las conclusiones, donde se subrayan los aspectos más novedosos que se han obtenido en este período de formación doctoral. Y, por último, como cuarto capítulo, se adjuntan las publicaciones en las que se basan los experimentos realizados. El período de formación de doctorado se ha desarrollado en el Department d’Òptica i Optometria i Ciéncies de la Visió, en la Facultat de Física de la Universitat de València (España). Durante este período se han realizado dos estancias breves, dentro del mismo marco experimental que en la Universitat de València. Una estancia se ha realizado en La Universitá degli Studi di Roma, ’La Sapienza’ en Roma (Italia). La segunda estancia fue realizada en el centro de Ingeniería Eléctrica en Princeton (New Jersey, EE.UU.). Los trabajos realizados en Valencia, se basan en la demostración experimental de la ruptura de simetrías de fase en estructuras no lineales que emergen en un oscilador óptico fotorrefractivo (PRO). Este cambio de simetría se produce por la aplicación de una modulación óptica conocida como Rocking [6, 7]. El objetivo principal de estos trabajos es el cambio del estado del sistema, de invariancia o biestabilidad en fase, a un estado bi- o multi-estable en fase respectivamente. Como se explica en detalle más adelante, esto permite la manipulación de estructuras complejas: unas con invariancia de fase como vórtices y otras que presentan bi-estabilidad o multi-estabilidad en fase, por ejemplo, dominios o paredes de fase. Los experimentos llevados a cabo en la estancia de investigación en Roma, se basan en la propagación libre a través de cristales fotorrefractivos y en láseres de tipo VCSEL. El objetivo es la generación y la manipulación de estructuras cambiando su fase a través del cambio de las propiedades en el PRC. En un paso posterior, los patrones que se han generado en el PRC son inyectados en un láser de tipo VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) de área ancha. Con una metodología adecuada, es posible excitar otras estructuras localizadas muy cerca de donde se han inyectado las estructuras generadas en el PRC en la superficie del VCSEL. La innovación que presentan estos dos trabajos es que, las nuevas estructuras localizadas tienen la capacidad de comportarse como un sistema de dos niveles, capaces de encenderse y apagarse en función de la fase del patrón generado en el PRC y con un tiempo de respuesta del orden del microsegundo.

This doctoral thesis has been carried out in the field of experimental Nonlinear Optics, within a framework of basic research. The object of study is the experimental manipulation of structures that can emerge in the transverse section of a laser beam under certain conditions. Besides, these structures are also characterized by their phase such as vortices, solitons or phase domains. Different photorefractive crystal types (PRCs) are used as a non-linear active element, someone with a long response times such as BaTiO3 and SBN, and other ones with short times such as KTLN. The manuscript is written as a compendium of articles, with a total of five publications. Three of them were carried out at the Universitat de València and the other two were carried out at the Università di Roma. The text has been conceived as a structure that includes 4 chapters. In the first chapter you will find an introduction about the basic concepts and ideas on which the experiments have been based: the formation of patterns. In addition, it explains the theory and phenomenology that support the experiments and that help to understand the results. In the second chapter, the abstracts of the published works are presented, where the methodology that has been used to develop the experiments is explained. In the third chapter are the conclusions, which highlights the most novel aspects. And finally, as a fourth chapter, the compilation of all the publications based on the experiments. The period of doctorate formation has been developed in the Department d’Òptica i Optometria i Ciéncies de la Visió, en la Facultat de Física at the Universitat de València (Spain). During this period, two short internships have been carried out, within the same experimental framework as at the University of Valencia. A internship has been made at La Università degli Studi di Roma, 'La Sapienza' in Rome (Italy). The second internship was at the Electrical Engineering Center in Princeton (New Jersey, USA). The works carried out in Valencia are based on the experimental demonstration of the rupture of phase symmetries in non-linear structures that emerge in a photorefractive optical oscillator (PRO). This change of symmetry is due to the application of an optical modulation known as Rocking. The main objective of these works is the change of the state of the system, of invariance or bistability in phase, to a state bi- or multi-stable in phase respectively. This allows the manipulation of complex structures: ones with phase invariance as vortices and others that exhibit bi-stability or multi-stability in phase, for example, domains or phase walls. The experiments carried out in the University in Rome, are based on free propagation through photorefractive crystals and in VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). The objective is the generation and manipulation of structures by changing their phase through the change of properties in the PRC. In a later step, the patterns generated in the PRC are injected in a broad-area VCSEL. With an adequate methodology, it is possible to excite other structures located very close to where the structures generated in the PRC on the surface of the VCSEL have been injected. The innovation presented by these two works is that the new localized structures have the capacity to behave as a two-level system, capable of turning on and off depending on the phase of the pattern generated in the PRC and with a response time of the order of the microsecond.