Estudios y Modelos para la Utilización de Amplificadores Ópticos de Semiconductor en Aplicaciones de Alta Velocidad

Abstract

El trabajo realizado como tesina de Master está compuesto por tres secciones claramente diferenciadas pero con un elemento común que es el estudio de un dispositivo óptico como es el Amplificador de Semiconductor Óptico (SOA) para diferentes aplicaciones de alta velocidad. La transmisión de señales a través de fibra óptica posee innumerables ventajas tales como ancho de banda, capacidad o bajas pérdidas, que han sido más que estudiadas teóricamente y comprobadas experimentalmente. Otra característica de especial importancia que tiene la transmisión sobre fibra óptica es la inmunidad electromagnética que se posee frente a otros sistemas de transmisión a través de cable o radio. Esto implica la total seguridad de las comunicaciones a través de fibra óptica pues éstas no se verán afectadas en absoluto por radiación electromagnética externa a la fibra y es muy difícil interceptar las señales que por ella van. Por ello se tiende con gran interés a la utilización de fibra óptica para transmisión de señales incluso hasta casa del usuario. En este proyecto se trata uno de los aspectos relacionados con lo citado: La transmisión de señales de RF mediante la modulación de un amplificador óptico láser de semiconductor (SOA) sin la utilización de fuente óptica de entrada ni modulador externo, aprovechando únicamente el ruido de emisión espontánea amplificado (ASE) generado por el mismo. Se estudia la viabilidad de este sistema para su utilización en las actuales redes de televisión por cable (CATV): comprobando experimental y teóricamente parámetros fundamentales para estas transmisiones como son la intermodulación producida por los tonos al modular el SOA y niveles de señal de los canales. Este tipo de esquema de transmisión será de gran utilidad tanto para redes de acceso y broadcast de gran auge en estos días por su gran utilidad para las innumerables aplicaciones que hoy en día se están desarrollando y que cada vez necesitan de un mayor ancho de banda de acceso a Internet. Para completar el estudio de este esquema de transmisión se ha desarrollado un modelo para calcular el ruido ASE de salida de un Amplificador Óptico de Semiconductor. La innovación de este modelo recae en el hecho de que podremos modelar el comportamiento del ruido ASE a la salida del SOA tanto en régimen estático, cuando la corriente que alimenta el semiconductor es de carácter continuo, como en régimen dinámico. Siguiendo con la línea de investigación de esta tesina a continuación mostraremos los resultados obtenidos tras una colaboración con el Optoelectronics Research Center (ORC) de Southampton. Los objetivos de este estudio se centraban en estudiar la respuesta dinámica de un SOA-MZI a la introducción de pulsos ultracortos (<10ps) y a su vez demostrar la aplicabilidad de la técnica de Linear Frecuency Resolved Optical Gating (L-FROG) para caracterizar este tipo de dispositivos. Ya que tanto el Carrier Heating (CH) y el Spectal Hole Burning (SHB) son efectos dentro del semiconductor que juegan un papel importante en la saturación de la ganancia de los SOAs, hasta una duración crítica de pulso de unos 10ps, nuestras medidas se han realizado utilizando pulsos de una duración máxima de 7 ps. Hemos utilizado una frecuencia de repetición de 5 GHz en nuestras medidas, con la idea de evitar posibles ¿patterning effects¿. Gracias a la variación de frecuencia del gating de L-FROG es posible obtener una caracterización en fase e intensidad. Los principales logros de esta investigación son: a) Hemos conseguido probar la aplicabilidad de L-FROG Estudios y Modelos para la Utilización de Amplificadores Ópticos de Semiconductor en Aplicaciones de Alta Velocidad 3 para la caracterización de dispositivos ópticos de alta velocidad y (b) hemos obtenido un mejor conocimiento del comportamiento no lineal de un SOA-MZI. Las redes de conmutación de paquetes todo-ópticas han sido propuestas para ser las redes del futuro capaces de suministrar el enorme ancho de banda necesario en un futuro como resultado del crecimiento de las aplicaciones y servicios proporcionados por los operadores a través de Internet. Uno de los componentes claves dentro de estas redes son los flip-flops ópticos, que son los que hacen posible la conmutación de paquetes entre diferentes canales a distinta longitud de onda dependiendo de la cabecera del mismo. Uno de los componentes claves dentro de estas redes son los flip-flops ópticos, que son los que hacen posible la conmutación de paquetes entre diferentes canales a distinta longitud de onda dependiendo de la cabecera del mismo. Hasta el momento, se han propuesto diferentes soluciones para la implementación de estos dispositivos como los basados en interferencias multimodo de láseres bistables, láseres acoplados o interferómetros Mach-Zender acoplados. Nosotros en este estudio en colaboración con el Departamento de Tecnología de la Información de Gante (Bélgica) hemos comprobado experimental y teóricamente la idea de construir un flip-flop óptico para varias longitudes de onda basado en dos diodos láser acoplados, un amplificador de semiconductor (SOA) y dos filtros ópticos de respuesta estrecha. Los resultados de estas investigaciones han derivado en la publicación de artículos en conferencias internacionales (OFC 2007) y nacionales (OPTOEL 2007). Adicionalmente se han enviado contribuciones a revistas de reconocido prestigio como Photonics Technology Letters y Journal Quantum of Electronics que a fecha de la escritura de esta Tesina todavía no se han obtenido respuesta sobre la publicación de los mismos.