D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica al campo de las telecomunicaciones, particularmente en las redes de comunicación óptica, extendiéndose su aplicación a los sectores industriales que hacen uso de ellas para Ia transmisión de datos a gran velocidad, tales como en telefonía móvil, comunicaciones en sistemas espaciales, telemedicina, etc., aparte de ser aplicable en el estudio de las propiedades ópticas de algunos componentes que intervienen en tales sistemas de comunicación.

El objeto de Ia invención es proveer un interferómetro óptico que se fabrica con tecnología de óptica integrada, similarmente a un interferómetro de Sagnac, disponiendo de múltiples cavidades resonantes, en vez de una sola cavidad Sagnac, las cuales además son selectivas en longitud de onda y permiten su control independiente, con Io que se puede acceder y manipular Ia señal óptica en cada canal sin interferencia del resto que se transmiten en las restantes cavidades por su correspondientes longitudes de ondas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La actual tendencia hacia un imparable aumento del tráfico de datos generado por Internet, así como en las comunicaciones móviles, donde

los servicios multimedia han dejado atrás a los básicos de voz de la telefonía convencional, requiriendo cada vez más velocidad y, por tanto, mayor ancho de banda, sólo puede ser soportada por una infraestructura de transporte basada en redes de fibra óptica.

Por consiguiente, en Ia actualidad se busca una implementación de las redes de comunicaciones que permitan el desarrollo de sistemas con velocidades para Ia transmisión de datos muy altas, o bien, con una amplia flexibilidad en cuanto a Ia convivencia en tales sistemas de múltiples aplicaciones y formatos de señal.

Para Ia consecución de dichos requisitos en las redes de comunicaciones ópticas, no sólo hay que lograr perfeccionamientos en Ia guiaonda o fibra óptica, sino igualmente en los dispositivos ópticos que intervienen en el transporte y procesamiento de las señales dentro del dominio óptico.

En esta línea, Ia tecnología de Multiplexación por División Densa de Longitud de Onda (DWDM) está en alza, puesto que consigue un incremento de Ia capacidad de Ia fibra óptica, al permitir Ia transmisión de más canales o colores de Ia señal óptica en un solo hilo. Los proveedores de servicio están comenzando a emplear esta tecnología, por su enorme potencial, para convertirse en proveedores de banda ancha a bajo coste.

Actualmente, Ia mayoría de los proveedores de servicio despliegan redes DWDM exclusivamente en las rutas con más tráfico, pero Ia creciente competencia en los mercados internacionales obliga a recurrir a nuevos sistemas de redes ópticas con tecnología DWDM y conmutadores ópticos mejorados, a fin de reducir costos a Ia vez que se obtienen menores tiempos de implantación de los últimos servicios de banda ancha que se están desarrollando. Los dispositivos ópticos utilizados en éstos y otros sistemas más sofisticados se convierten así en un arma estratégica para las empresas de telecomunicaciones, que dan servicio a numerosos sectores, en el campo de Ia medicina, comunicaciones en el ámbito militar,...

Uno de los componentes imprescindibles en los sistemas DWDM es el multiplexor/demultiplexor de redes guiadas de difracción AWG (Array

Waveguide Grating), construido en general y básicamente mediante dos acopladores ópticos en estrella unidos por una agrupación de guiaondas con diferentes longitudes y curvaturas cada una, fabricadas sobre un mismo substrato, convencionalmente de materiales del grupo Si/S¡O2, GaAs/AIGaAs, o bien InGaAlAs/lnP. Los multiplexores/demultiplexores AWG combinan y separan, en una pluralidad de puertos de entrada y de salida (MxN), las señales ópticas de distintas longitudes de onda en los sistemas de Multiplexación por División en Longitud de Onda (WDM).

Por otra parte, se sabe que las técnicas interferométricas con fibra óptica se aplican hoy en día con múltiples beneficios. Los ¡nterferómetros son, definidos de manera general, unos instrumentos ópticos que dividen una onda en dos usando un divisor de haz, retardando de modo desigual estas dos ondas, que son redireccionadas usando unos espejos, para ser recombinadas mediante el mismo u otro divisor de haz, detectándose Ia intensidad de Ia superposición entre ambas ondas ópticas. Con un interferómetro se puede conocer Ia diferencia entre las distancias a las que viajan las dos ondas, su longitud de onda o el índice de refracción de Ia cavidad del ¡nterferómetro en que circulan Ia pareja de ondas ópticas.

Existen cuatro tipos importantes de i nterferómetros ópticos: a) el Mach-Zehnder, b) el Michelson, c) Fabry-Peot y d) Sagnac.

Recientemente, los interferómetros Sagnac han sido propuestos como una alternativa ventajosa a los Michelson, ya que permiten un control de los caminos ópticos de las ondas más sencillo. En un interferómetro

Sagnac, las ondas viajan a través de una única trayectoria, guiadas por Ia cavidad Sagnac de fibra o guíaonda dieléctrica, pero en direcciones opuestas.

En Ia Figura 1 , se ilustra un interferómetro de tipo Sagnac, que básicamente se construye con dos vueltas de una fibra óptica (1 ) montadas con un acoplador (2), normalmente con una relación de acoplo k = 0.5, es

decir, de 3 dB, de forma que Ia luz que procede de Ia fuente óptica (3), por ejemplo, un láser de semiconductor, viaja en el sentido de las agujas del reloj por una vuelta de Ia fibra y en sentido contrario por Ia otra vuelta, causando un desfase entre ambas particiones de Ia salida del rayo de luz generado por láser, el cual puede ser medido por un foto detector (4).

Históricamente, por Ia propiedad anterior, el interferómetro de Sagnac puede emplearse como detector de Ia sensibilidad de rotación y principalmente es básico para el diseño de un anillo láser giroscópico usado en los sistemas de guíaonda inercial, aunque tiene otras muchas aplicaciones, tales como el desarrollo de demultiplexores ultrarrápidos. Cabe mención, como referencia bibliográfica para resumir las características y utilidades de los interferómetros Sagnac, el documento "Monolithically integrated nonlinear Sagnac interferometer and its application as a 20 Gbit/s all-optical demultiplexer", publicado el 25 de Abril de 1996, en el número 9 del volumen 32 de "Electronics Letters", de los autores E. Jahn, N.

Agrawal, 1/1/. Pieper, H. -J. Ehrke, D. Franke, W. Fürst, CM. Weinert.

Existe una lista muy extensa en Ia literatura científica de referencias sobre el interferómetro de Sagnac, por ejemplo en Ia base de datos del IEEE, ya que es ampliamente utilizado. Pero hasta Ia fecha, todos los interferómetros conocidos de este tipo son mono-cavidad, aplicables pues a señales monocromáticas, con una única longitud de onda dentro de Ia cavidad, o bien a señales policromáticas aunque sin posibilidad de seleccionar longitudes de onda en Ia cavidad, con Io cual no pueden ser aplicados a Ia operación con señales DWDM, en Ia multiplexación por división de longitud de onda, u otras señales ópticas tales como las OWDM, multiplexadas por división en el tiempo óptico.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención que aquí se describe consiste en un interferómetro óptico caracterizado porque comprende una cavidad Sagnac con Ia particularidad original de que dicha cavidad se desdobla en múltiples cavidades resonantes selectivas en longitud de onda.

Esta peculiar característica del interferómetro de Ia invención hace posible el control de Ia señal transportada por cada longitud de onda individualmente, pudiéndola manipular de forma independiente a las del resto de los canales, al alterar Ia simetría de fase, mediante Ia introducción de elementos no lineales en cada cavidad resonante, entre las señales que se propagan en Ia dirección de las agujas del reloj y las que van en Ia dirección contraria. La pluralidad de cavidades constituye una gran ventaja sobre un interferómetro Sagnac tradicional, donde no existe selectividad en longitud de onda y, por Io tanto, permite extender las operaciones que pueden realizarse con este dispositivo a señales DWDM y otras aplicaciones que se exponen más adelante.

Más concretamente, el interferómetro que se propone está constituido por una cavidad Sagnac de fibra óptica o guiaonda dieléctrica, dentro de Ia cual se insertan dos multiplexores/demultiplexores AWG con un puerto de entrada y una pluralidad de puertos de salida. Con ello, se consigue desdoblar Ia zona interna del interferómetro en tantas cavidades independientes como número de puertos de salida hay disponibles en los multiplexores/demultiplexores AWG. Dichas cavidades son selectivas en longitud de onda, ya que los dispositivos AWG exclusivamente permiten el tránsito a través de cada configuración entrada-salida de una banda pasante, centrada en una longitud de onda diferente.

La estructura propuesta puede mejorarse en cuanto a diseño ahorrando un dispositivo AWG. Así, en otra posible realización de Ia

¡n vención, el ¡nterferómetro óptico incorpora un solo multiplexor/demultiplexor AWG, pero con dos puertos de entrada en vez de uno, debiéndose doblar al mismo tiempo el número de puertos de salida para obtener Ia misma capacidad que en Ia realización alternativa anterior con dos dispositivos AWG.

En ambas configuraciones, con una pareja de dispositivos AWG con 1xN puertos o en Ia variante con un único multiplexor/demultiplexor AWG de doble capacidad, se logra implementar N cavidades resonantes en paralelo, siendo cada una selectiva en longitud de onda, sin que su espectro se solape con las demás, con un comportamiento independiente y controlable sin interferir al resto.

En el caso de insertar en Ia cavidad Sagnac del i nterferómetro un único multiplexor/demultiplexor AWG de 2x2N puertos, las N cavidades resonantes se forman al cerrar cada guiaonda de salida con su contigua.

De esta manera, se ahorra una unidad del componente de mayor coste sin que el ¡nterferómetro óptico, pierda eficacia de modo global en su funcionalidad.

La técnica de fabricación del interferómetro óptico descrito constituye otra ventaja fundamental del dispositivo, puesto que es muy similar a Ia de un interferómetro Sagnac de fibra óptica o integrado. En particular y preferentemente puede fabricarse en:

a) Tecnología de sílice sobre silicio, con Ia posibilidad de integrar el interferómetro óptico, que es un dispositivo activo, con otros dispositivos de carácter pasivo b) Tecnología de semiconductor: especialmente con materiales del grupo Nl-V: InP, InGaAsP y compuestos relacionados. c) Tecnologías de guiaondas de polímeros.

Al ser cada una de las N cavidades accesible de modo individual y poderse actuar por separado sobre Ia longitud de onda de las señales que viajan en cada cavidad resonante, sin interferencia con las demás, es posible hacer cualquier tipo de operación, conocida y demostrada en un interferómetro Sagnac, extensible a señales de múltiples longitudes de onda que requieren un tratamiento diferenciado para cada una. Tal operación a realizar por el interferómetro puede ser similar en todas las cavidades, o si interesa, diferente en cada una de las cavidades. Las operaciones que tienen cabida para Ia aplicación del interferómetro que se propone son las siguientes:

- Conmutación de caminos ópticos o circuitos.

- Demultiplexación de señales OTDM.

- Operaciones de puertas lógicas fotónicas simples: AND; OR, XOR a velocidades de 10 Gbit/s e incluso superiores. - Modulación de portadora óptica suprimida o computación fotónica en paralelo.

- Modulación de Banda Lateral Única.

- Conmutación de paquetes.

- Conformación de pulsos y solitones. - Instrumentación.

En definitiva, el interferómetro descrito puede ejecutar en paralelo N operaciones de Ia misma clase, o alternativamente, llevar a cabo hasta N operaciones diferentes, entre las mencionadas anteriormente, realizadas en las N cavidades de las que dispone.

Entre las aplicaciones potenciales de esta invención, se encuentran todas aquellas que hacen uso generalmente de: a) Ia conmutación de circuitos y paquetes ópticos en redes WDM, b) demultiplexación de señales en sistemas OTDM a WDM, c) láseres-fibra, d) moduladores, amplificadores, etc.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una hoja de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:

La figura 1.- Muestra una representación gráfica de un interferómetro de Sagnac, conocido en el estado de Ia técnica.

La figura 2.- Muestra una representación gráfica del interferómetro óptico, donde circulan en sus N cavidades resonantes las señales con longitudes de onda λ-i, λ-i, _. . _. , λ _q, ..., AN de acuerdo al objeto de Ia invención, conforme a una realización preferente de Ia misma, con dos multiplexores/demultiplexores AWG, según una configuración de Ia invención en reflexión total.

La figura 3.- Muestra una representación gráfica del interferómetro óptico, donde circulan en sus N cavidades resonantes las señales con longitudes de onda λi, λi λ _q, ..., ΛN de acuerdo al objeto de Ia invención. conforme a Ia realización preferente con dos multiplexores/demultiplexores AWG, según una configuración de Ia invención en transmisión total.

La figura 4.- Muestra una representación gráfica del interferómetro óptico, de acuerdo a Ia realización preferente con dos multiplexores/demultiplexores AWG, aplicado a Ia conmutación de caminos ópticos reconfigurable en sistemas WDM.

La figura 5.- Muestra una representación gráfica del interferómetro óptico, de acuerdo a Ia realización preferente con dos multiplexores/demultiplexores AWG, aplicado a Ia demultiplexación de

señales en sistemas OTDM a sistemas WDM ó DWDM.

La figura 6.- Muestra una posible realización del trazado para Ia implementación del interferómetro óptico en tecnología planar de sílice sobre silicio.

La figura 7.- Muestra una representación gráfica de otra realización preferente del interferómetro óptico, con un solo multiplexor/demultiplexor AWG con doble entrada y puertos de salida, obteniendo las N cavidades resonantes de acuerdo al objeto de Ia invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A Ia vista de Ia Figura 2, una realización de Ia invención consiste en un interferómetro óptico comprendiendo una cavidad interna Sagnac de guiaonda dieléctrica o fibra óptica (1 ), a Ia cual se introduce una señal óptica policromática con un campo eléctrico de entrada (Ee) conteniendo múltiples longitudes de onda (λ-ι, λi λ _q , ..., ΛN), que incorpora en dicha cavidad dos multiplexores/demultiplexores (5) del tipo de redes guiadas de difracción AWG.

Cada uno de esos multiplexores/demultiplexores (5) dispone de un puerto de entrada y una pluralidad (N) de puertos de salida, que funcionando en conjunto dividen Ia cavidad Sagnac del interferómetro en una pluralidad (N) de cavidades independientes, las cuales son selectivas en las diferentes longitudes de onda (λ-i, λi λ _q, ..., ΛN).

Cuando el valor de Ia relación de acoplo (K) del acoplador (2) que cierra Ia cavidad Sagnac es igual a 0.5, de acuerdo al ejemplo que se ilustra en Ia Figura 2, el ¡nterferómetro refleja toda Ia señal presente a Ia entrada, con Io que el valor del campo eléctrico transmitido (ET) por dicha

cavidad es nulo, siendo el campo eléctrico reflejado (ER) por Ia cavidad igual al campo eléctrico de Ia entrada (Ee), tal como muestra Ia Figura 2, donde también se representan los campos internos que se propagan por las cavidades resonantes en el sentido de las agujas del reloj (Er) y en el sentido contrario a las agujas del reloj (Ecr) respectivamente, para una configuración de reflexión total.

Por el contrario, si Ia relación de acoplo (K) es 0 ó 1 , que es el caso representado en Ia Figura 3, entonces el ¡nterferómetro transmite completamente Ia señal a su entrada, siendo el campo eléctrico transmitido (ET) por Ia cavidad igual al campo eléctrico de Ia entrada (Ee), mientras que no hay campo eléctrico reflejado (E _R ). Para ambos valores indicados, con un acoplador (2) cuya relación de acoplo vale 0 ó 1 , Ia situación es de transmisión total, existiendo en todo caso unos respectivos campos internos propagándose por las cavidades resonantes en el sentido de las agujas del reloj (Er) y en el sentido contrario a las agujas del reloj (Ecr), conforme muestra Ia Figura 3.

Para valores de tal relación de acoplo (K) del acoplador (2) que son intermedios a los indicados en los ejemplos mostrados en las Figuras 2 y 3, se obtienen en Ia guiaonda dieléctrica o fibra óptica (1) tanto un campo eléctrico transmitido (E ₁ -) como un campo eléctrico reflejado (E _R ) no nulos.

Por consiguiente, dependiendo de Ia aplicación específica para Ia que se implementa dicho ¡nterferómetro, se hace variar Ia relación de acoplo (K) que presenta el acoplador (2).

En Ia Figura 4 se muestra una aplicación del ¡nterferómetro, en Ia que el acoplador (2) presenta una relación de acoplo (K) de 0,5, para una conmutación de circuitos, donde para canal de una determinada longitud de onda (λi, λi λ _q , ..., ΛN), se inserta en Ia cavidad resonante correspondiente, un amplificador láser de semiconductor (7), con Io que Ia

señal que corresponde a cada canal de longitud de onda (λi, λ-ι, ...,λ _q , ..., ΛN) experimenta bien una reflexión con un campo eléctrico reflejado (ER), O bien, se transmite con un campo eléctrico transmitido (Ej), por Ia cavidad resonante en Ia que circula y en Ia que está insertado el amplificador láser de semiconductor (7).

La ganancia del amplificador láser de semiconductor (7) se mantiene a un valor fijo mediante Ia inyección en continua de una corriente eléctrica de polarización (6), como Ia dibujada en Ia Figura 4. En función de dicha corriente eléctrica continua (6), aplicada al amplificador láser de semiconductor (7) insertado en cada cavidad resonante, Ia señal con Ia longitud de onda (λi, λi λ _q , ..., AN) que viaja por el interior de tal cavidad, en uno y otro sentido, es reflejada o, al contrario, transmitida. De esta manera, el interferómetro actúa como un demultiplexor WDM que puede aplicarse para conmutar caminos ópticos en redes basadas en conmutación de longitud de onda.

La Figura 5 muestra otra aplicación del interferómetro óptico, también con un acoplador (2) cuya relación de acoplo (K) es 0,5, que sirve como demultiplexor de señales OTDM transportadas por canales WDM diferentes. Para esta finalidad, igualmente se incorpora un amplificador láser de semiconductor (7) en cada cavidad resonante, pero Ia ganancia de cada amplificador láser de semiconductor (7) se modifica de forma dinámica, mediante Ia inyección de una señal de control (8), que consiste bien en una corriente de polarización eléctrica variable en el tiempo, o bien es una señal óptica pulsada que satura periódicamente Ia ganancia del amplificador (7). La ventana de extracción temporal que caracteriza el demultiplexor OTDM-DWDM constituido por el interferómetro viene fijada por Ia duración e intensidad de los pulsos de Ia señal de control (8) que se aplican en cada cavidad resonante al amplificador láser de semiconductor (7) que incorpora. Tal señal de control (8) puede ser de periodo y características independientes para cada longitud de onda (λi, λi λ _q , ...,

λ _N ), pudiéndose alcanzar fácilmente velocidades de conmutación de 10 Gb/s e incluso de 40 Gb/s.

Para cualquiera de las configuraciones y aplicaciones del interferómetro óptico, Ia implementación se realiza con las conocidas técnicas de óptica integrada. La Figura 6 muestra un trazado para Ia disposición del interferómetro en tecnología planar de sílice sobre silicio.

Otra realización del ¡nterferómetro óptico consiste en incorporar un único multiplexor/demultiplexor (5) que es del tipo de redes guiadas de difracción AWG, siempre y cuando el multiplexor/demultiplexor (5) de redes guiadas de difracción AWG disponga de dos puertos de entrada, en vez de uno solo, más el doble de puertos de salida con respecto al número (N) de cavidades resonantes deseadas en el ¡nterferómetro. Cada cavidad resonante se forma al cerrar cada vuelta de guiaonda o fibra (1 ) de salida con su contigua, en Ia forma que se aprecia en Ia Figura 7. El detalle A de

Ia Figura 7 representa el interferómetro con un multiplexor/demultiplexor (5), visto de izquierda a derecha, incorporando un amplificador láser de semiconductor (7), controlado por una señal eléctrica u óptica, insertado en cada cavidad resonante. Viceversa, el detalle B de Ia Figura 7 representa el interferómetro visto de derecha a izquierda, donde se puede apreciar el cierre de las cavidades resonantes en el puerto de entrada contrario al visto anteriormente en el primer detalle A de Ia Figura 7.

Los términos con que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.