MóDULO DESPLAZADOR DE LONGITUD DE ONDA PARA COMUNICACIONES DE ACCESO POR FIBRA óPTICA Y OTRAS APLICACIONES

SECTOR DE LA TéCNICA

La invención se encuadra en el sector técnico de las telecomunicaciones por fibra óptica, más concretamente en el relativo a las redes de acceso de banda ancha con multiplexación en longitud de onda, las denominadas redes de fibra-hasta-el-hogar (FTTH) de nueva generación.

ESTADO DE LA TéCNICA

Actualmente, la instalación de redes de acceso por fibra óptica a los abonados ha adquirido una gran relevancia entre los operadores de telecomunicación. En algunos países, como Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, Italia y los países nórdicos, la instalación de accesos por fibra óptica está creciendo a un nivel comparable, o incluso superior, al de otros medios de acceso más convencionales como ADSL, cable o radio.

La primera generación de redes acceso usaban dos fibras para cada abonado, instaladas desde la oficina central. Una generación más avanzada, la denominada red óptica pasiva (PON), reduce la infraestructura de fibra óptica mediante la compartición de la mayor parte de la longitud de fibra entre varios usuarios, instalando un acoplador o divisor óptico pasivo en un nodo remoto simple cercano a los abonados, el cual divide la señal óptica de la fibra de alimentación a las distintas fibras individuales, en el sentido de bajada. En el sentido de retorno, el funcionamiento es simétrico. Esta compartición de la mayor parte de la longitud de la fibra es posible gracias al enorme ancho de banda de la misma, que puede operar a elevadas velocidades de transmisión de datos y repartirlos entre los distintos usuarios multiplexados en el dominio del tiempo. Un avance suplementario consiste en usar la misma fibra para el sentido de bajada y el de retorno o subida. Ello se realiza usando fuentes de luz en distintas bandas de longitudes de onda, y filtros ópticos para separarlas.

En un futuro próximo, se espera desarrollar una nueva generación con mayor capacidad y aún mayor nivel de compartición, usando la multiplexación en longitud de onda WDM de alta densidad en la fibra óptica. Con ella se pueden transmitir

numerosas señales ópticas de información a distintas longitudes de onda por una única fibra, desde la oficina central hasta el nodo remoto pasivo en las inmediaciones de los usuarios, separar aquí las distintas longitudes de onda con un multiplexor y destinar cada una a cada usuario, o grupo de usuarios. En un futuro se espera combinar los dos dominios de multiplexación, el del tiempo y el de la longitud de onda; con ello, potencialmente se puede llegar a dar servicio a más de un millar de usuarios desde una única fibra de alimentación que cubra la mayor parte de la distancia, por ejemplo de 20 Km. o más.

Una configuración ventajosa de red de acceso WDM usa una única fibra para la señal de bajada y de retorno de cada usuario, y además centraliza la generación de longitudes de onda en la oficina central, evitando el uso de un láser específico en cada módulo de abonado; éste, también conocido como equipo de usuario o como unidad de red óptica, o como conversor electro-óptico, la recibe, la remodula con los datos de retorno y la reenvía hacia la oficina central; de esta forma se simplifica su diseño ya que no requiere láser generador de la longitud de onda y se asegura que las dos señales, la de bajada y la de subida atraviesen adecuadamente el multiplexor óptico WDM del nodo remoto por el canal asignado. Este tipo de módulo de abonado se denomina comúnmente como reflexivo, o agnóstico a la longitud de onda o color, porque refleja cualquier longitud de onda que le llegue. Así, todos los equipos de usuario pueden ser idénticos entre ellos, a diferencia de los que usan láser, que deben suministrarse distintamente a cada usuario para que no se interfieran, lo que supone un problema de suministro y distribución.

Sin embargo, los sistemas que operan por una única fibra con la misma longitud en los dos sentidos deben afrontar el problema de las interferencias entre ambas señales en sentidos opuestos, debidas al fenómeno de retrodifusión de Rayleigh y a las posibles reflexiones en conectores ópticos intermedios u otros. Esta interferencia es máxima cuando los espectros ópticos de bajada y subida son coincidentes [IEEE Journal of Lightwave Technology, vol 8, no. 12, pp. 1792-1798, Dec. 1990, "Spectral properties of Rayleigh backscattered light from single-mode fibers caused by a modulated probé signal", P. Gysel at al.].

En relación a esta nueva tecnología de red de acceso WDM y equipo de usuario reflexivo, se han publicado recientemente diversos artículos científicos que prueban sus posibilidades y mejoran sus prestaciones, tratando de solventar las limitaciones.

La patente EP0551409B1 ("Bidirectional transmission system, especially by optical fibre, using a single carrier for both transmission directions", 1998, cesada en 2005) recoge la remodulación de la portadora óptica de bajada en el equipo de usuario para el retorno de subida simultáneo. Al ser a la misma longitud de onda la auto- interferencia puede ser relevante.

En [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 17, no. 3, Marzo 2005, "Full-duplex Single Fiber Transmission using FSK Downstream and IM Remote Upstream Modulations for Fiber-to-the-Home", J.Prat et al.] se usa una modulación óptica en frecuencia para el sentido de bajada con un láser sintonizable, y una modulación de intensidad en el módulo de abonado para el retorno. La modulación de frecuencia óptica es de potencia constante y compatible así con la modulación simultánea de potencia en el retorno; al mismo tiempo, produce un ensanchamiento espectral que reduce las interferencias.

En [European Conference on Optical Communications, ECOC'05, artículo We3.5.5, "Gigabit optical access using...", F.Payoux et al.] se usa "spectral slicing", o luz de espectro ensanchado, que el multiplexor del nodo remoto subdivide, enviando a cada usuario una de las porciones de espectro, el cual, gracias a un amplificador semiconductor reflexivo (RSOA), amplifica y remodula con la información de retorno o subida.

En [Journal of Lightwave Technolgy, vol. 24, no. 2, Febr. 2006, pp. 786-796, "A new sinfle-fiber 10-Gb/ optical loopback method using phase modulation for WDM optical access networks", T.Yoshida et al.] se envían dos longitudes de onda desde la oficina central, una modulada con los datos de bajada y la otra sin modular en bajada que es modulada en el módulo de abonado con los datos de retorno, con un índice de modulación de fase suficientemente elevado como para que la componente portadora original se cancele. Su problemática es que el espectro óptico se ensancha enormemente sufriendo problemas de alcance en distancia por la propia dispersión de la fibra y de interferencias.

En la invención presente se propone realizar una conversión de la longitud de onda, a otra ligeramente desplazada, de tal forma que los espectros de subida y retorno no se solapen, y así el efecto de la interferencia sea menor.

La conversión de longitud de onda de señales ópticas se ha utilizado en las últimas dos décadas para redes troncales y metropolitanas avanzadas con encaminamiento totalmente óptico. Se ha demostrado utilizando diversas técnicas; una de ellas usa el fenómeno de mezcla de cuatro ondas de la propia fibra óptica con láser de bombeo de alta potencia (por ejemplo véase [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 4, no. 1 , Enero 1992, pp. 69 - 72, "Wavelength conversión experiment using fiber four-wave mixing", K.lnoue et al] y la patente [US2005207757], o en amplificador óptico semiconductor [Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 6, pp. 955-966, Junio 1996, "Wavelength conversión technologies for WDM network applications" S. J. B. Yoo]); otra técnica genera un peine de longitudes de onda a partir de la modulación de la fase óptica con un modulador electro-óptico en bucle y un generador de microondas de alta potencia (por ejemplo véase [IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11 , no. 5, Mayo 1999, pp. 551 - 553, " 1.8-THz bandwidth, zero-frequency error, tunable optical comb generator for DWDM applications", S.Bennett et al.]. Sin embargo con estas técnicas no se produce una única longitud de onda óptica sino que se generan una serie de portadoras ópticas con distintas potencias, separadas en un margen igual a la frecuencia del generador eléctrico, requiriendo filtros ópticos muy selectivos para seleccionar la longitud de onda deseada. Para determinados índices de modulación (según amplitud del generador), la potencia de la portadora inicial se anula.

Otra técnica distinta de conversión utiliza dos amplificadores ópticos dispuestos en configuración de interferómetro Mach-Zehnder (véase por ejemplo [Electronics Letters, vol. 35, no. 11 , pp. 913-914, 27 de Mayo de 1999, "20 Gbit/s optical wavelength conversión in all-active Mach-Zehnder interferometer", T. Fjelde]); con ello la información modulada en una portadora óptica pasa a la otra portadora, pero requiere otro láser que genera la nueva longitud de onda y un filtro óptico a la salida.

Según todo ello, para una realización más robusta y potencialmente de bajo coste, sería deseable un dispositivo o sistema que generase una nueva longitud de onda dominante ligeramente distinta a la incidente en el módulo de abonado, que no requiriese láser ni filtro óptico selectivo. En este sentido, un sistema efectivo para la traslación de la longitud de onda en un margen estrecho se basaría en la modulación de banda lateral única y con portadora suprimida. Ello fue demostrado

en [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 13, no. 4, pp. 364-366, 2001 , "Single side-band modulation performance of a LiNbO3 integrated modulator consisting of four-phase modulator waveguides", S. Shimotsu et al.]. El modulador electro-óptico se basa en cuatro moduladores de fase individuales acoplados en pares de ramas en paralelo (configuración de doble interferómetro Mach-Zehnder) y desfases relativos de 90 y 180 grados. Trabajos posteriores han demostrado la eficacia de la modulación en banda lateral única en combatir la dispersión de la fibra en el transporte a grandes distancias troncales y elevadas velocidades de transmisión, o han tratado de simplificar su diseño (véase por ejemplo [Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no.5, Mayo 2006, pp. 2059-2069, "Optical single-sideband transmitter for various electrical signaling formats", D. Fonseca et al.]). A pesar de la eficacia demostrada por este dispositivo para producir un desplazamiento de la longitud de onda mediante la generación de una banda lateral única y la supresión de la portadora, este dispositivo basado en materiales electro-ópticos como el LiNbO3 son de dimensiones relativamente grandes, dificultando su integración y reducción de coste.

El uso de moduladores de amplitud basados en materiales de semiconductor permiten una mayor escala de integración y un coste potencial mucho menor. Un diseño integrado con sólo dos ramas utilizando moduladores de amplitud ha demostrado ser eficiente para la generación de una portadora lateral única, acompañada de la portadora, no suprimida [Journal of Lightwave Technology, vol. 16, no.7, Julio 1998, pp. 1276-1284, "Integrated Lightwave Millimetric Single Side- Band Source: Design and Issues", Eric Vergnol, Fabrice Devaux, Daniel Tanguy, and Elisabeth Penard].

Debe aclararse que si bien en este caso anterior nos hemos referido a moduladores de amplitud, también la fase de la señal óptica se modula, si bien en menor cuantía. El parámetro de chirp -α- de estos moduladores [Vergnol98] cuantifica la relación entre la modulación de la amplitud y de la fase: α = 2-^-(l) dLn(I) siendo φ la fase de las señal óptica y A su amplitud o intensidad. En general, los moduladores de amplitud basados en semiconductor suelen diseñarse para conseguir que α sea pequeño, produciendo así modulaciones de al fase de la señal óptica despreciables. Sin embargo, algunos de estos moduladores de amplitud pueden

mostrar un parámetro de chirp elevado. En general nos referiremos en a estos moduladores como moduladores de amplitud, aun siendo conscientes de la modulación residual de fase que producen.

Por otra parte, el parámetro de chirp a depende en general del punto de operación del modulador. Por simplicidad, nos referiremos al chirp del modulador siendo conscientes de que en realidad habría que precisar que se trata del chirp del modulador en el punto de operación del mismo y siendo conscientes que el valor del mismo sólo puede considerarse constante si el índice de modulación de la señal es reducido.

Una solución adecuada para el problema técnico que se pretende resolver consistiría en un dispositivo con las mismas propiedades de alto potencial de integrabilidad y bajo coste, pero capaz de generar una portadora lateral única y, además, suprimir la portadora.

El diseño anterior se basa en la división del haz incidente en dos, mediante un divisor de potencia, la generación de un desfase óptico de π/2 en una de sus ramas y la modulación en amplitud de la señal de ambas ramas mediante moduladores de electro-absorción similares, con un desfase relativo también de π/2. El campo eléctrico de la onda luminosa incidente a la salida de un modulador de amplitud de electro-absorción al cual se le aplica una señal de modulación sinusoidal se puede expresar, según la citada referencia mediante la expresión: donde e ₀ representa el campo eléctrico de la portadora óptica de frecuencia ω ₀ . α es el parámetro de chirp del modulador y m es la profundidad de modulación. Mediante la división del haz y los correspondientes desfases y modulaciones descritas por (1 ), el citado trabajo previo demuestra que el campo eléctrico a la salida del dispositivo se puede expresar por: E(t) = + j)e ^JQt + Qe ^" '" (3)

Se puede demostrar que no es posible mediante una variación de los parámetros de operación (desfase óptico, desfase de modulación relativo, índice de modulación, etc) generar una banda lateral única y al mismo tiempo suprimir el término ejOt, correspondiente a la portadora con el diseño propuesto por el citado trabajo.

No obstante, otros trabajos proponen la generación de una banda lateral única y la supresión de la portadora mediante un dispositivo con una sola guía óptica (o rama) y una modulación de fase con una función diente de sierra [IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 41 , no. 12, (2005) pp. 1533, "Serrodyne Frequency Translation of Continuous Optical Signáis Using Ultrawide-band Electrical Sawtooth Waveforms", I Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, H. R. Fetterman]. Dicha solución resulta muy difícil de implementar ya que se requiere: o bien una señal rampa de amplitud, idealmente, ilimitada, o bien, una señal eléctrica con forma de diente de sierra, con componentes de muy alta frecuencia y amplitud muy precisa.

EXPLICACIóN DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere a un equipo de usuario de red óptica de acceso que desplaza la longitud de onda incidente, la remodula y la retransmite por la misma fibra.

En esta invención se explota el principio de modulación de banda lateral única (superior o inferior) con portadora suprimida para trasladar la longitud de onda, se modifica para adaptarlo a una red de acceso de fibra única mediante una configuración novedosa reflexiva, y se combina con una remodulación de la luz resultante con los datos de retorno hacia la oficina central por la misma fibra. La presente invención aporta nuevos diseños del Módulo de Abonado usando estos principios, para las redes de acceso de nueva generación, con mayores prestaciones y menor coste.

La presente invención también propone una implementación integrable del Módulo de Abonado, o sea, que puede realizarse mediante las nuevas técnicas de óptica integrada sobre semiconductor electro-óptico, y por tanto es susceptible de su fabricación en grandes volúmenes a bajo coste. El nivel de complejidad es similar al de otros módulos electro-ópticos que ya se comercializan.

El Módulo usa la modulación de banda lateral única con portadora suprimida a partir de un generador de radio-frecuencia y un modulador electro-óptico múltiple de dos o más electrodos; se consigue un espectro óptico de salida en el que la portadora incidente se ha suprimido y la longitud de onda dominante es ahora la de una banda lateral (la superior o la inferior, según el signo del desfasador), separada de la

incidente en un valor igual a la frecuencia del generador eléctrico. En el proceso pueden surgir otras longitudes de onda residuales a múltiplos de la frecuencia del generador eléctrico que se minimizan optimizando la potencia, forma y desfase en las ramas moduladoras. Los residuos más separados pueden eliminarse fácilmente con filtros ópticos poco selectivos o con pre-ecualizadores eléctricos, si fuese necesaria una mayor pureza. La frecuencia óptica debe ser suficientemente elevada como para que los espectros de bajada y subida no se solapen, aunque no excesivamente como para que el canal de subida también pase por misma banda de paso correspondiente del multiplexor óptico del nodo remoto.

Con la traslación de longitud de onda conseguida en el equipo de usuario, se minimiza el solapamiento entre los espectros ópticos de bajada y retorno y, de esta forma, la transmisión se torna altamente insensible a las interferencias arriba mencionadas, pudiendo así aumentar el alcance en distancia de la red.

A continuación se proponen una serie de diseños de dispositivo integrados novedosos, que mejoran los dispositivos de trabajos anteriores ya que estos nuevos son capaces de producir el desplazamiento de la longitud de onda mediante la generación de la banda lateral única y la supresión de la portadora.

El primer modelo está basado en:

Moduladores de amplitud de baja modulación residual, parámetro de chirp α cercano a cero.

El campo eléctrico modulado puede describirse por la expresión (2). A diferencia del trabajo citado [Vergnol, 98], se propone un sistema integrado novedoso consistente, no en la división habitual del haz de luz incidente en dos haces, sino en la división del mismo en 3 haces con intensidades relativas: 1 /(2+/2), 1 /(2+/2) y /2/(2+/2), respectivamente. Las ramas con intensidades relativas iguales son moduladas, mientras que la rama con intensidad mayor no es modulada. Las ramas moduladas reciben una señal eléctrica de modulación con un retardo relativo de Vi del periodo de la señal eléctrica. A su vez, los haces modulados sufren un desfase óptico relativo de π/2. Finalmente el haz no modulado sufre un desfase óptico de 5π/4 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí.

Con las características del dispositivo descrito, el campo eléctrico a la salida del

dispositivo se puede describir por la expresión:

asumiendo que la modulación de la señal (m) es relativamente pequeña, la expresión(3) se puede aproximar por:

Tras el adecuado tratamiento puede expresarse como:

E(t) = +0-e- ^Jϋíl +0-e ^0íOt } (6)

consiguiéndose de esta manera descrita la cancelación, no sólo de una de las bandas laterales, como en trabajos previos, sino además la completa cancelación de la portadora y produciéndose así un desplazamiento de la longitud de onda incidente mediante la generación de una banda lateral completamente única.

En caso de que los moduladores utilizados para la realización de este dispositivo propuesto, sean moduladores de amplitud casi ideales, con modulación de fase residual cercana a cero y por tanto, parámetro de chip α = 0, se consigue igualmente el resultado deseado, dando lugar a:

^E W = v* ¹ i ^me ' ^{m +} ° - ^e' " ^{* +} ° ^{• e} ° " 1 e>

La división del haz con las intensidades relativas citadas de: 1 /(2+/2), 1 /(2+/2) y /2/(2+/2) se puede conseguir mediante un adecuado diseño de un divisor de potencia óptica tal y se muestra en los dibujos que acompañan la patente.

También se puede realizar un dispositivo con las mismas prestaciones utilizando otras divisiones alternativas del haz. Por ejemplo, el haz puede dividirse en 4 haces con intensidades iguales de VA cada una de ellas. En ese caso se simplifica el diseño del divisor de potencia, con la contrapartida de aumentar ligeramente la complejidad de otras secciones del dispositivo al añadir una rama de transmisión más para el 4 haz. En este diseño alternativo, dos de las ramas son moduladas mediante señales eléctricas, tal y como se ha descrito anteriormente, con un retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica y un desfase óptico relativo de π/2. Por su parte, los haces no modulados sufren desfases ópticos de π y 3π/2 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí.

Siguiendo esta aproximación, la ecuación que describe el campo eléctrico a la salida del dispositivo, equivalente de la Eq (4) para esta nueva versión, se describe mediante la expresión:

£(0 ₊ m -cosωtf ^+Ja)/2 ]

(l+ja)/2

2 ^o ^{e >o} ' (l + m - cos£y(í + ¿))

(8)

Siguiendo un desarrollo análogo al anterior:

E(t) = e _o e ^jωat {\ [j ⁱ (1 + ja)m] e ^jωt + 0 • e ^jωt + 0 • é 0 ωt ~)

(9)

Del desarrollo matemático se comprueba que el diseño anterior basado en la división del haz en tres haces ofrece una eficiencia de conversión superior al diseño basado en 4 haces, puesto que el término 2/(2+/2) = 0.59 es superior a Vi.

Al igual que en el caso anterior, la solución propuesta es válida tanto en caso de utilizarse moduladores de amplitud muy cercanos al modulador de amplitud ideal, con valor del parámetro de chirp próximo a cero, como aquellos cuyo valor del parámetro de chirp no es despreciable.

En este caso la división de haz en 4 haces con intensidades iguales resulta más sencillo y los desfases ópticos relativos pueden conseguirse mediante el adecuado diseño del acoplador óptico o bien mediante el adecuado diseño de las guías ópticas por las que se propagan cada uno de los 4 haces.

Combinación de moduladores de amplitud con modulación residual, parámetro de chirp α, de distinto valor.

Se propone también otro diseño de dispositivo capaz de producir una banda lateral única con supresión de la portadora, basada en moduladores de amplitud y división del haz en 2 haces. A diferencia del trabajo anterior citado [Vergnol98], la presente invención propone la integración de dos moduladores de amplitud en senda ramas de características diferenciadas. Siendo el parámetro de chirp -α- de uno de ellos, muy superior al otro (por ejemplo: Ct ₁ >> α ₂ ) Al mismo tiempo, el índice de modulación del modulador con parámetro de chirp inferior es, sin embargo, mayor que el en aquel de chirp superior (m ₂ » In ₁ ). De forma tal que: In ₁ << (In ₁ Ot ₁ , m ₂ } y In ₂ Ci ₂ << Im ₁ Ct ₁ , m ₂ }. Siendo por tanto relevantes solamente los términos In ₁ Ci ₁ y m ₂ . Otra diferencia decisiva para el adecuado funcionamiento de esta otra versión del dispositivo es que el desfase óptico entre los 2 haces antes de volver a interferir entre ellos es en esta ocasión de π. Se demuestra continuación que, en estas circunstancias y si ajustan los puntos de operación de los moduladores de forma que los índices de modulación cumplan la relación: In ₁ Ci ₁ = m _2> se consigue igualmente un modulación de banda lateral única con supresión de la portadora. En ese caso, el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere la expresión:

£(í) = -L. -Le _o e>"-'e>" (l + m, - COSaX)C ⁺ "* ²¹ '' ²

Tras aplicar un tratamiento similar a los casos anteriores:

E(t) = e _o e ^J<v { ⁱ j[-m, - Ja ₁ M ₁ + Jm ₂ - a ₂ m ₂ ]e jωt

-jωt o,α + 2 IH ⁷¹ I - M∞i ^~ M + a ₂ m ₂ ]e + 0 • e ⁰⁰ "} < ^{1 1} >

Haciendo uso de Pn ₁ « Im ₁ (X ₁ , m ₂ } y m ₂ α ₂ << Im ₁ Oi, m ₂ }, la expresión (11 ) se puede aproximar por:

E(t) = e _o e ^J» ° ^t {±}[-ja _ι m _λ +Jm ₂ ]^ +H[-)α _ñ -jm +O-e ^0* "} (12)

Ajustando el punto de operación de los moduladores de forma que In ₁ Oi ₁ = m ₂ :

E (t) = e _o e ^jω °' {θ • e ^jωt - i a^e ^' ^ + 0 • e ^{O ωt} } (13)

En el desarrollo mostrado, se obtiene un desplazamiento de la longitud de onda hacia longitudes de onda mayores (o equivalentemente hacia frecuencias ópticas inferiores). De una forma similar, puede obtenerse el desplazamiento contrario mediante el cambio del signo del retardo relativo, de !4 a -VA, del periodo de la señal eléctrica.

Obsérvese que esta solución propuesta no es válida para moduladores de amplitud ideales, con parámetro de chirp α cercano a cero, ya que en este caso la eficiencia de conversión de la longitud de onda tiende a cero.

Moduladores de fase no ideales, con modulación residual de la amplitud.

También puede generarse una modulación de banda lateral única mediante moduladores de fase en vez de moduladores de amplitud. Una solución en ese caso, para producir la banda lateral única (eliminación de la otra de las bandas laterales del espectro óptico), se acoplan (suman) las señales ópticas en cuadratura (desfase óptico entre ellas de 90 grados) de cada rama del interferómetro; a su vez, también debe introducirse un retardo de 90 grados en una de las ramas de la señal eléctrica de radio-frecuencia que excita los moduladores ópticos. De esta forma, al sumarse dos señales ópticas de doble banda lateral, una de las bandas laterales se encontrará en contrafase (90°+90°:180°) y se cancelará. Para cancelar al mismo tiempo la portadora óptica central original, se realiza la modulación de fase de gran

índice de modulación (2.4), o se polarizan los interferómetros en el punto de transmisión nula (contrafase) a cada uno de los interferómetros.

La solución anterior en la que se realiza la modulación de fase de gran índice de modulación (2.4), presenta como desventaja que se generan una gran cantidad de armónicos superiores que deben ser posteriormente eliminados mediante filtrado óptico. Por otra parte, la solución en la que cada uno de los interferómetros se polarizan en el punto de transmisión nula, exige que el dispositivo esté formado por 2 interferómetros, cada uno de ellos formados a su vez por 2 moduladores de fase.

Por estas razones se analiza y propone a continuación una solución alternativa haciendo uso de moduladores en los que la modulación de fase ya no puede ser considerado un efecto de segundo orden y el campo eléctrico modulado no puede expresarse por (2).

En caso de tratarse de un modulador de fase no ideal, es decir que se trata de un modulador con un parámetro de chirp muy alto como es el caso de "Semiconductor Optical Amplier" (SOA), el campo eléctrico modulado puede expresarse por: Haciendo uso de (1), y suponiendo que el parámetro de chirp es constante en el rango de variaciones de intensidad: la expresión (14), resulta:

E _T - í(tλ) = g _o( > J( ^ω c °P+φ) - X[ _λ 1 + τwcosωt IJX £ j- 2Ln(l+mcosωt) ( .1.6..) Suponiendo que la modulación de amplitud residual es pequeña, como corresponde a modulador que se aproxima a un modulador de fase, la expresión (16), se puede aproximar por:

Se propone una división del haz en 3 haces con intensidades relativas: VA, VA y Jo ² (αm/2)/2. Los dos haces de intensidades relativas iguales se modulan mediante señales eléctricas con índice de modulación m y con retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica además sufriendo un desfase óptico relativo de π/2.

Finalmente, el haz no modulado sufre un desfase óptico de 5π/4 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí. Se puede comprobar que el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere, la expresión:

E j-,( /ήλ = _e<>e Jω ^ω ° ^a {(φ _λ i _λ + mcosωt λfY _{I e} j ^J -2Ln(l+mcosωt) >¿ j-i

+± i T[il + mcosω( _f t + f _π ¿ <)γλYT ² - que en caso de modulación de amplitud pequeña se puede aproximar por:

(19)

Teniendo en cuenta que m es pequeño, la expresión anterior puede simplificarse dando lugar a :

más otros armónicos a frecuencias ω _o +2ω y ω _o -2ω de orden mJ^αm/2) o J ₂ (αm/2). En este caso, no se requiere de una modulación de fase de gran índice de modulación para cancelar la portadora, por lo que la modulación puede ser de índice de modulación bajo y hacer que estos otros términos sean mucho más pequeños que los considerados en (20). Despreciando análogamente los términos en mJi(αm/2), de orden m ² , frente a J ₀ (αm/2), de orden m:

0

De donde se deduce que la fase necesaria, en la rama que no se modula, para

conseguir una modulación de banda lateral única con cancelación de la portadora es de φ = 5π/4 = 225 ⁰ C y un factor de acoplamiento de J ₀ ² (αm/2)/2.

Moduladores de fase ideales, con modulación residual de amplitud nula.

En caso de utilizarse moduladores de fase prácticamente ideales, como es el caso de los moduladores de fase producidos en cristales de LiNbO ₃ , el campo eléctrico modulado puede expresarse por:

E(t) = _eoe ^Jω ° ^O _e ^J í ^{φ+m COs{ωQ)} ) (22)

donde en este caso, m representa el índice de modulación, pero en este caso de una modulación de fase.

En caso de realizar una división del haz en 3 haces con intensidades relativas: VA, VA y Vi ; siendo dos de ellos modulados -los de intensidades relativas iguales-; mediante señales eléctricas de modulación con retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica; y sufriendo los haces modulados un desfase óptico relativo de π/2. Si finalmente, el haz no modulado sufre un desfase óptico de X antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí, se puede comprobar que el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere, haciendo uso de (22), la expresión:

Si la modulación es moderada, la expresión anterior se puede aproximar por:

En este caso, se puede conseguir una modulación de banda lateral única, por ejemplo e ^jωt , si (J) ₁ = φ ₂ +π/2. Por ejemplo si: (J) ₁ = π/2 y φ ₂ = 0:

E(t) (26)

Donde puede obtenerse también una modulación de banda lateral única con cancelación de la portadora la fase de la rama no modulada es de φ = 5π/4 = 225 ⁰ C y un factor de acoplamiento de J ₀ ² (m)/2. Nótese que es resultado es muy similar al caso de modulador de fase no ideal (21 ), anulando los términos multiplicados por m y sustituyendo los términos αm/2 por m.

Adaptación del desplazador de longitud de onda y aplicación como Módulo de Abonado.

Otro elemento fundamental del Módulo de Abonado es el remodulador de datos de retorno: una vez trasladada la longitud de onda, o al mismo tiempo que se traslada, se remodula la señal óptica, ahora con los datos del canal de retorno, y se acopla en la misma fibra para ser transmitida hasta la oficina central.

Otra novedad de la invención es la de introducir un espejo de luz en un punto correspondiente a un eje de simetría central de los moduladores, de tal forma que la señal óptica interfiera equivalentemente, sea trasladada y remodulada, y surja por la misma fibra de entrada. Ello implementa de una forma efectiva la transmisión bidireccional a la oficina central, o al nodo remoto, por fibra única. Además, el doble paso de la luz por los dispositivos ópticos del Módulo de Abonado aumenta la eficiencia de modulación electro-óptica; del mismo modo, el desfasador óptico no deberá ser de 90 grados sino de 45 grados.

Los moduladores electro-ópticos son dispositivos basados en cristal electro-óptico o en semiconductor, en los que la señal eléctrica acoplada varía alguno de los parámetros de la luz incidente: potencia (también se suele decir como sinónimo: intensidad o amplitud), fase o estado de polarización. El modulador de fase más habitual es el de cristal LiNbO3, con un fuerte coeficiente electro-óptico; una línea de transmisión eléctrica se acopla junto a la guía óptica; el campo eléctrico induce

una pequeña variación en la velocidad de propagación de la luz a lo largo de la guía, lo que puede llegar a producir un desfase de 180 grados o más, en términos de longitud de onda de la luz. Acoplando dos de estos moduladores de fase en paralelo (configuración interferómetro Mach-Zehnder), se consigue un modulador de la potencia óptica. También con material semiconductor se consigue realizar modulación de luz, en este caso de amplitud, pero integrable en chip electro- óptico; la señal eléctrica afecta tanto a la potencia como a la fase de la luz pasante mediante el chirp. Las dos formas más conocidas de modulador semiconductor son el amplificador óptico semiconductor o el modulador de electro-absorción. Ambos son o pueden utilizarse como moduladores de amplitud de la señal óptica. La diferencia básica entre ellos es que mientras que el primero modula la amplitud o intensidad de la señal mediante amplificación de la misma, el segundo lo realiza mediante la atenuación de la señal. En un futuro, la tecnología de cristales fotónicos puede aportar un nuevo sustrato práctico de las funciones propuestas.

Otra de las novedades de esta invención es la inclusión de una implementación preferida utilizando e integrando materiales semiconductor para la modulación de la luz y conseguir el desplazamiento de la longitud de onda, frente a las patentes, publicaciones y realizaciones previas en las que exclusivamente se utilizan modulaciones de la fase de la señal óptica basadas en materiales electro-ópticos aislantes como el LiNbO3.

Finalmente, otra de las novedades de esta invención es la adaptación, de soluciones anteriormente propuestas, como la citada anteriormente [Poberezhskiy05] a módulos de abonado de red reflexivos y la conjugación de la señal propuesta por este trabajo anterior, con la señal eléctrica de datos. Si bien, como se ha comentado anteriormente, la solución propuesta por [Poberezhskiy05] resulta muy difícil de implementar, por sus componentes de muy alta frecuencia, puede resultar una solución válida a frecuencias más bajas.

Otras aplicaciones del desplazador de longitud de onda

Además de la importante aplicación del desplazador de longitud de onda en el bucle de abonado comentada anteriormente, existen una serie de otras aplicaciones. Sin pretender ser exhaustivos y describir todas las posibles aplicaciones del desplazador, se comentan a continuación dos ejemplos.

- Uso del desplazador como elemento para la sintonización fina de la longitud de onda de emisión de láseres.

Muchos láseres tanto comerciales como prototipos en fase de investigación permiten un cierto rango de sintonía de su longitud de onda de emisión. Desafortunadamente, muchos de ellos no pueden realizar dicha sintonía de su longitud de onda de emisión de una forma continua, sino en ciertos saltos de longitud de onda debido a restricciones presentes en las diversas tecnologías empleadas en la fabricación de estos láseres. El desplazador de longitud de onda descrito permite, siendo instalado o integrado a la salida óptica del láser realizar una sintonía fina e hiperfina de la longitud de onda de emisión del láser, permitiendo alcanzar longitudes de onda prohibidas de otra manera por la estructura del láser.

- Uso del desplazador para enrutamiento de señales en redes de comunicaciones.

Otro uso del desplazador de longitud de onda para el enrutamiento de señales en redes de comunicaciones ópticas por multiplexado en longitud de onda. Para este tipo de aplicaciones suele hacerse uso de los efectos de transferencia de modulación en Amplificadores ópticos de Semiconductor (SOA) para trasvasar la información contenida en la modulación en amplitud de una longitud de onda a otra longitud de onda aportada por otra fuente óptica distinta (véase por ejemplo: ["10- Gb/s low-input-power SOA-PLC hybrid integrated wavelength converter and its 8- slot unit" Sato, R.; Ito, T.; Magari, K.; Ogawa, I.; Inoue, Y.; Kasahara, R.; Okamoto, M.; Tohmori, Y.; Suzuki, Y.;Lightwave Technology, Journal of Volume 22, Issue 5, May 2004 Page(s):1331 - 1337])

Mediante el uso de esta tecnología se diseñan redes en las que las señales se transmiten a través de redes complejas mediante technologías puramente ópticas: ["Wavelength converter placement under different RWA algorithms in wavelength- routed all-optical networks", Xiaowen Chu; Bo Li; Chlamtac, I.; Communications, IEEE Transactions on, Volume 51 , Issue 4, April 2003 Page(s):607 - 617]

El desplazador propuesto, presenta la ventaja de que no requiere de otra fuente de luz láser para realizar la conversión de la longitud de onda, reduciendo de esta manera el coste de estos conversores de longitud de onda. Por otra parte, el

desplazamiento en la longitud de onda que puede proporcionar el desplazador propuesto es inferior a los citados [Sato, 2004].

A continuación se describen detalladamente algunas realizaciones preferidas de la invención.

DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Se muestran las figuras correspondientes a las realizaciones preferidas del Módulo de Abonado objeto de la invención.

La Figura 1 muestra los siguientes dispositivos:

(1a): Módulo de Abonado según la primera realización preferida.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (E/O-MOD).

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (E/O-MOD).

(4): Espejo reflectante de la luz. (5): Desfasador óptico de 45 grados.

(6): Acoplador óptico.

(7): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

(8): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(9): Modulador electro-óptico de datos (E/O-MOD). (10): Entrada eléctrica de datos de retorno (up-data).

(11 ): Acoplador óptico.

(12): Receptor de datos de bajada (RX).

(13): Amplificador óptico de entrada (OA).

(14): Fibra óptica de entrada/salida. (15): Desfasador óptico de 112.5 grados.

La Figura 2 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por

(9 ^a ): Modulador electro-óptico de datos superior (E/O-MOD). (9b): Modulador electro-óptico de datos inferior (E/O-MOD).

(10 ^a ): Amplificador de datos superior. (10b): Amplificador de datos inferior.

La Figura 3 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por

(16a): Sumador (+).

(16b): Restador/Sumador (-).

La Figura 4 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por:

(16d): Multiplicador (x).

La Figura 5 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por:

(16c): Dispositivo procesador (PROCESSOR).

La Figura 6 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando los dispositivos (2), (3) (6) y (8), que han sido sustituidos por:

(2a): Modulador de fase superior (Ph-MOD).

(2b): Modulador de fase inferior (Ph-MOD). (3a): Modulador de fase superior (Ph-MOD).

(3a): Modulador de fase inferior (Ph-MOD).

(6a): Acoplador óptico principal.

(6b): Acoplador óptico secundario superior.

(6c): Acoplador óptico secundario inferior. (8a): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(8b): Desfasador eléctrico de 180 grados.

(8c): Desfasador eléctrico de 180 grados.

La Figura 7 corresponde a otra realización, que es similar a la anterior, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por

(16a): Sumador (+).

La Figura 8 corresponde a otra realización, que es similar a la Figura 6, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por

(16d): Multiplicador (X).

La Figura 9 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando los dispositivos (4), (5) y (13), que han sido sustituidos por:

(6d): Acoplador óptico principal posterior.

(5b): Desfasador óptico de 90 grados.

(13b): Amplificador óptico unidireccional (OA).

(15): Circulador óptico.

La Figura 10 corresponde a una descripción básica del desplazador de longitud de onda mostrado en la Figura 1. En este caso: en configuración de una fibra de entrada y otra de salida; y mostrando con mayor detalle los parámetros del diseño.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de moderadas de la fase de la señal.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior (4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia de: 1 /(2+/2),

í2I ((2+11) y 1 /(2+77), respectivamente.

(4d): Acoplador óptico similar al (4) en posición simétrica.

(5): Desfasador óptico de 90 grados.

(6): Desfasador eléctrico de 90 grados. (7): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

(8): Desfasador óptico de 225 grados (o equivalentemente de -135 grados).

(9): Fibra de salida de la señal desplazada.

La Figura 11 corresponde a una implementación del desplazador en su versión básica, en este caso: utilizando acopladores con relaciones de división de la potencia estándares; y un atenuador para, ajustando el nivel de potencias relativas

de las ramas, conseguir la supresión de la señal a la longitud de onda de entrada λo.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.

(4): Acopladores ópticos con 50% de relación de división.

(4d): Acopladores ópticos similar los anteriores. (5): Desfasador óptico de 90 grados.

(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(7): Oscilador de radio-frecuencia (í _RF ).

(8): Desfasador óptico de 225 grados (o equivalentemente de -135 grados).

(9): Atenuador óptico o bien, modulador electro-óptico de amplitud actuando como atenuador mediante una tensión fija.

(10): Fuente de tensión fija para el control del atenuador.

La Figura 12 corresponde a una implementación del desplazador utilizando acopladores de tipo de interferencia múltiple entre modos (MMI) ["The Modelling of MMI Devices", Cahill, L.; Transparent Optical Networks, 2006 International Conference on Volume 2, June 2006 Page(s):138 - 141] con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.

(4): Acoplador óptico por interferencia múltiple entre modos (MMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guias de salida de

0, 45, 90 y 135 grados respectivamente..

(4d): Acoplador óptico similar al anteriore en posición simétrica.

(5): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(6): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

La Figura 13 corresponde a una implementación del desplazador utilizando un

acoplador de tipo de interferencia múltiple entre modos (AAMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida y otro acoplador de tipo "start coupler" ["New design for low-loss star couplers and arrayed waveguide grating devices", Joonoh Park; Youngchul Chung; Soohyun Baek; Hyung-Jong Lee; Photonics Technology Letters, IEEE, Volume 14, Issue 5, May 2002 Page(s):651 - 653]

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.

(4): Acoplador óptico por interferencia múltiple entre modos (MMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida de 0, 90, 180 y 270 grados respectivamente.

(4d): Acoplador óptico de tipo "star coupler".

(5): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(6): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

La Figura 14 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de distinto tipo.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica. (3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A/Ph-MOD) caracterizado porque que la modulación de la fase de la señal óptica que realiza este modulador es significativamente mayor que el modulador anterior.

(4): Acoplador óptico

(4d): Acoplador óptico (5): Desfasador óptico de 180 grados

(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(7): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

La Figura 15 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de fase ideales o que producen mayormente una modulación de fase y en todo caso una modulación de amplitud residual.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (Ph-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la fase de la señal óptica.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (Ph-MOD) similar al anterior.

(4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia de: 1 /4, J ₀ ² (αm/2)/2

(caso de tratarse de moduladores carecterizados por su parámetro alfa elevado, o bien J ₀ ² (m/2)/2 si se trata de moduladores de fase ideales en los que m representa el índice de modulación de la fase) y 11A, respectivamente. (4d): Acoplador óptico similar al anterior en posición simétrica

(5): Desfasador óptico de 90 grados

(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.

(7): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

(8): Desfasador óptico de 225 ± n ^* 360 grados (225 grados más un número entero de 360 grados)

La Figura 16 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de fase ideales o que producen mayormente una modulación de fase y en todo caso una modulación de amplitud residual y un atenuador para ajustar las intensidades.

(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (Ph-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la fase de la señal óptica.

(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (Ph-MOD) similar al anterior.

(4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia iguales.

(4d): Acoplador óptico similar al anterior en posición simétrica

(5): Desfasador óptico de 90 grados

(6): Desfasador eléctrico de 90 grados. (7): Oscilador de radio-frecuencia (f _RF ).

(8): Desfasador óptico de 225 ± n ^* 360 grados (225 grados más un número entero de

360 grados)

(9): Atenuador óptico o bien, modulador electro-óptico de amplitud actuando como atenuador mediante una tensión fija. (10): Fuente de tensión fija para el control del atenuador

DESCRIPCIóN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS

La primera realización preferida del Módulo de Abonado (1 ) objeto de la invención se muestra en la Figura 1. Su elemento central es el interferómetro de tipo Mach- Zehnder modificado, formado por una estructura en "Y" con dos moduladores electro-ópticos de radio-frecuencia (2) y (3) en paralelo, entre el acoplador óptico (6) que separa/suma la luz en partes iguales, y un espejo reflectante de luz (4) en la salida de todas las guías ópticas, y con un retardador o desfasador óptico de 45 grados (5) en una de las ramas. Los dos moduladores pueden ser de fase i/o potencia óptica y se excitan separadamente a partir de un oscilador de radiofrecuencia (7). La señal que éste genera, se separa en dos ramas, una de ellas se desfasa en 90 grados (8), y cada una excita a un modulador electro-óptico de radiofrecuencia (2) y (3). El espejo refleja individualmente la luz de cada guía óptica; podría por tanto realizarse también como varios espejos individuales para cada guía óptica.

Una vez desplazada la longitud de onda, a la vez que reflejada, otro modulador electro-óptico de potencia (7) le imprime la información de datos de retorno (10), variando la potencia de luz de salida al ritmo de los datos. La implementación del modulador electro-óptico (9) mediante electrodos formados por guías de propagación de microondas con velocidad de propagación de la microonda adaptada a la velocidad de propagación de la señal óptica en la guía óptica próxima al electrodo, permite que, aun cuando las señales ópticas original y desplaza atraviesen el modulador en ambas direcciones, solamente la señal óptica desplazada de retorno sea significativamente modulada; y que la señal óptica descendente original, por propagarse en dirección opuesta a la onda de microondas por el electrodo, reciba tan sólo una modulación residual.

Para detectar los dados de bajada o entrada al Módulo de Abonado por la fibra óptica de entrada/salida (14), se separa una porción de la señal con un acoplador óptico (11 ) y se utiliza para detectar la información de datos de bajada con el foto- receptor (12). Otra forma posible de detectarlos es usando un elemento semiconductor electro-óptico con propiedades foto- detectores en la misma guía de onda de paso de la señal, como en un amplificador óptico semiconductor; de esta forma se ahorra el uso de un acoplador.

Además, para aumentar el nivel de la señal óptica recibida, muy atenuada durante la transmisión y subdivisión, preferentemente se intercala un amplificador óptico bidireccional (13).

La frecuencia del oscilador de radio-frecuencia (7) deberá ser superior a la suma de las velocidades de transmisión en baudios de la señal de datos de bajada y la de subida, para que los dos espectros ópticos no se solapen, ya que la longitud de onda central quedará separada en un desplazamiento igual a la frecuencia del oscilador. Alrededor de la longitud de onda central, el espectro se ensancha según la velocidad de transmisión. Por ejemplo, para una velocidad de transmisión de 1.25 Gbit/s (correspondiente a IGigaEthernet), se podría escoger una frecuencia de oscilador eléctrico entre 3 y 10 GHz; no es un parámetro crítico en un amplio margen. Para el ajuste de la potencia del oscilador eléctrico, se aumenta su nivel hasta observar, con un analizador de espectros, la máxima reducción de la frecuencia portadora y de los otros harmónicos superiores indeseados.

Según la característica exacta del modulador electro-óptico usado, se precisará el ajuste fino de los desfasadores (5), alrededor del valor nominal; al mismo tiempo, los moduladores electro-ópticos también generan desfase, controlable por tensión; se podrá por tanto añadir una tensión de continua a la entrada de eléctrica de los moduladores, o se aprovechará el segundo electrodo que incorporan algunos moduladores. En caso de utilizar moduladores de fase con cristal electro-óptico se debe considerar el cambio de sentido de fase de la configuración cristalográfica "X- cut" respecto a la "Z-cut, debido a la anisotropía típica de los cristales que presentan esta propiedad electro-óptica, como el LiNbO3.

La segunda realización preferida del Módulo de Abonado es similar a la primera pero introduciendo la modulación electro-óptica de datos dentro del interferómetro, tal como se muestra en la Figura 2. Es decir, se modulan los datos a la vez que se traslada la longitud de onda, al estilo de la generación de banda lateral única. Se tiene por tanto ahora un Modulador electro-óptico de datos superior (E/O-MOD) (9a) y un Modulador electro-óptico de datos inferior (E/O-MOD) (9b). Además para excitarlos correctamente habrá un Amplificador de datos superior (i 0a) y un Amplificador de datos inferior (10b), respectivamente. Estos pueden también hacer funciones de adaptación y ecualización.

Otra realización preferida integra los moduladores de radio-frecuencia con los de datos, aprovechando que los efectos electro-ópticos sobre la señal óptica guiada se acumulan. Tal como se representa en la Figura 3, para unir la señal del oscilador y de datos de entrada, se coloca un Sumador (+) (16a) y un restador (16b) en la otra rama. En caso que el cristal tenga corte en "X-cut", éste último sería también un Sumador.

Otra realización preferida, mostrada en la Figura 4, también integra los moduladores y acopla la señal de datos con el tono de radio-frecuencia ahora mediante un mezclador o multiplicador (16d). De esta forma se consigue directamente una modulación de banda lateral única con mejor pureza, pero con la complejidad añadida de la mezcla en alta frecuencia.

Otra realización preferida, mostrada en la Figura 5, realiza el acoplamiento entre la señal de radio-frecuencia y la de datos y la generación de las señales que excitan los moduladores mediante un Dispositivo procesador (PROCESSOR) (16c) que realiza las funciones de los elementos (8), (16a), (16b) de la realización de la Figura 3, o (16d) de la Figura 4, o una combinación de ellos y de otros elementos básicos, como amplificadores, retardadores, ecualizadores o adaptadores. La implementación práctica de este dispositivo procesador (16c) puede ser analógica o digital.

Otra realización preferida del Módulo de Abonado usa un interferómetro desplazador de longitud de onda con cuatro ramas en lugar de dos, con un modulador de fase electro-óptico en cada rama, tal como se muestra en la Figura 6. Los moduladores de fase superior (2a) e inferior (2b) reciben la luz de la rama principal superior una vez dividida con el acoplador óptico (6b) y la traspasan al espejo (4) que la refleja de vuelta. De forma equivalente ocurre lo mismo en la rama inferior, para (3a), (3b) y (6c). Los moduladores de fase retardan la luz en proporción a la señal eléctrica que les incide. A los moduladores (2a) y (2b) les incide las señales eléctricas provenientes de (7) y (8b). A los moduladores (3a) y (3b) les inciden las señales eléctricas provenientes de los desfasadores (8a) y (8c). Como se ha comentado, los pares de moduladores de fase en paralelo (configuración interferómetro Mach-Zehnder) implementan, al interferir en (6a), la modulación de potencia óptica.

La misma funcionalidad perseguida de traslación de la longitud de onda puede conseguirse con variantes respecto a las realizaciones preferidas ya descritas.

La realización de la Figura 7 es similar a la anterior, pero integrando los moduladores de señal de radio-frecuencia y de datos, y uniéndolas mediante un sumador (+) (16a).

La realización de la Figura 8, las combina mediante un mezclador o multiplicador (X) (16d).

En cualquiera de las las formas concretas escogidas, se variará el valor del voltaje de polarización de los electrodos hasta para conseguir la mejor reducción de las componentes frecuenciales no deseadas. Del mismo modo, y como puede ser evidente, el nivel de potencia requerido de señal eléctrica de entrada a los electrodos, y su forma exacta puede ajustarse en los mismos generadores o bien en unos amplificadores, filtros y/o ecualizadores situados entre las entradas eléctricas de los moduladores (2) y (3) y la salida del generador eléctrico (7).

Opcionalmente, puede utilizarse un filtro óptico en el Módulo de Abonado o a su salida, para mejorar la pureza del espectro de retorno; sin embargo este filtro no es necesario que sea muy selectivo ni crítico, ya que entonces se perdería la ventaja de bajo coste y simplicidad.

El acoplador óptico (11 ), el receptor (12) y el amplificador óptico (13) son opcionales; pueden no utilizarse o bien colocarse en otro punto del Módulo de Abonado (1 ) o incluso fuera de él, según la necesidad concreta y el nivel de potencia óptica requerida.

Tanto el modulador óptico que realiza la traslación en longitud de onda como el de modulación de la señal de datos de retorno pueden realizarse con material cristal electro-óptico como el LiNbO3 (con guía alineada en eje cristalográfico correspondiente a "Z-cut" o "X-cut ), con cristales fotónicos o con material semiconductor. En este último caso, el modulador puede ofrecer cierta ganancia por emisión estimulada (amplificador óptico semiconductor o "SOA", en versión reflexiva, RSOA), o ciertas pérdidas como en el caso de modulador de electro- absorción, además de producir modulación de fase según el parámetro de "chirp".

Por otro lado, ambos moduladores pueden integrarse en uno único con varias secciones y electrodos. El uso de material semiconductor tiene la ventaja de usar las propiedades no lineales o de saturación óptica del SOA para reducir las fluctuaciones de campo óptico y mejorar así en cierta medida la pureza de la luz desplazada.

Una mejora del dispositivo consistiría en usar la información eléctrica disponible en el Módulo de Abonado para mejorar la pureza de la señal óptica generada. La señal recibida en el foto-receptor (12) contiene información de las posibles alteraciones de la señal óptica en la transmisión del sentido de bajada que, por tanto, puede usarse para cancelarlas mediante un elemento electrónico de compensación en un lazo de realimentación electrónico desde el foto-receptor (12) hasta los moduladores electro-óptico, comparando la señal recibida con la señal idónea, por ejemplo maximizando la obertura del diagrama del ojo, restando los espectros o mediante una secuencia de entrenamiento. A partir del parámetro de calidad resultante, la compensación puede realizarse mediante alguno de los ecualizadores adaptativos conocidos, como el FIR, DFE o MLSE. Algunas de las alteraciones en el sentido de subida son equivalentes a las del sentido de bajada, por lo que pueden preverse en el equipo de usuario y pre-compensarlas.

Otra realización ventajosa substituiría el espejo por un bucle óptico con guía de luz que conecte la salida de los moduladores entre ellos. En las realizaciones preferidas correspondientes a las Figuras 6, 7 y 8, una guía uniría las salidas de los moduladores (2a) con (2b), y otra guía uniría (3a) con (3b); indicar que (2a) puede tomar la función de (2b) y (3a) la de (3b), siendo dispositivos iguales, pero polarizados con desfases y señales distintas. La modulación de fase dentro del bucle provoca la interferencia de la luz con ella misma a la salida de acoplador (6a) y (6c) generando modulación de potencia óptica.

Otra realización preferida en bucle es la que se representa en la Figura 9; tanto el desplazamiento de la longitud de onda como la remodulación de datos se realiza en el bucle, con sendos moduladores electro-ópticos. Un modulador electro-óptico realiza la traslación de la longitud de onda, y otro la remodula con los datos de retorno. El primero es más complejo que el segundo, tal como se ha descrito. Se realiza igualmente con un interferómetro Mach-Zehnder de dos o cuatro ramas como las descritas, pero sustituyendo el espejo por un acoplador óptico (6d),

simétrico a (6). En el caso de 4 ramas, también se insertarían acopladores simétricos a (6a) y (6b). Se cierra el bucle con un circulador o un acoplador óptico. En el caso de usar un acoplador óptico para cerrar el bucle, se evitará la circulación de la luz en los dos sentidos del bucle mediante uno o más aisladores ópticos, o mediante dos conmutadores ópticos en paralelo en el inicio y el final del bucle, controlados de tal forma que cuando uno esté abierto el otro esté cerrado, y sincronicen con los datos con el tiempo de tránsito en el bucle, de tal forma que se permite el paso de luz en un único sentido en unos periodos cortos de tiempo.

Indicar que la señal óptica en el sentido de bajada puede estar sin modular, actuando la oficina central como un centro de generación centralizado de luces de distintas longitudes de onda de la red WDM, o bien estar modulada con la información de datos de bajada, de la oficina central hacia el usuario. En cualquiera de los casos, el equipo de usuario genera la luz de una nueva longitud de onda y con distintas características.

Finalmente indicar que, si bien la aplicación principal de este módulo es para redes de acceso, otra posible aplicación estaría en las redes locales (LAN), en las metropolitanas o en las troncales, donde, por motivos de gestión, control o demás, interese la generación centralizada de las longitudes de onda de la red con multiplexación en longitud de onda y transmisión bidireccional por una misma fibra.