Optical processing in the microwave and terahertz regions

Abstract

El objetivo de la tesis es es procesado de señales en las bandas de microondas y terahercios mediante dispositivos ópticos operando en la banda de comunicaciones. El procesado mediante tecnología convencional presenta una serie de limitaciones que la tecnología óptica permite solventar. Por un lado, los dispositivos electrónicos de microondas tienen pérdidas considerables y está limitados en ancho de banda. En este caso la tecnlogía de fibra óptica propociona ventajas en términos de bajas pérdidas y ancho de banda prácticamente ilimitado. Por otro lado, el procesado de señales de terahercios se ha llevado a cabo tradicionalmente mediante elementos en espacio libre con los problemas de tamaño y establilidad que ello implica. Gracias al reciente desarrollo de generadores y detectores de terahercios alimentados por luz a 1.55 um el procesado puede llevarse a cabo utilizando tecnología óptica, lo que proporciona sistemas de procesado más compactos y estables. La tesis se centra en el desarrollo de arquitecturas basadas en fibra que solventen las limitaciones actuales del procesado de señales cuyas frecuencias se sitúan entre las bandas de radio sy THz. en el área de procesado fotónico de señles de microondas se estudian diversas arquitecturas. Se propone la aplicación del efecto de mezclado de cuatro ondas en cascada como una manera de incrementar el número de coeficientes de filtros de respuesta finita basados en dispersión. También se propone implementaciones de filtros pasobanda no periódicos útiles en aplicaciones de radiofrecuencia basados en la impresión de filtros ópticos en el dominio eléctrico. En un caso se utiliza una red de Bragg en fibra con un desfase sintonizable en su estructura periódica mientras que en el otro se usa un micro anillo resonante fabricado en silicio. En cuanto al procesado de señales de terahercios de proponen técnicas parea aumentar localmente la densidad espectral de potencia. Una se basa en la distribución no lineal de pulsos ultracortos por fibra óptica mientras que la otra modula el espectro de la fuente óptica en el dominio temporal mediantes despersión y una estructura interferométrica de amplificadores ópticos de semiconductor. Se espera que el aumento de la potencia de terahercios generada, tanto mediante fuentes más eficientes como mediante procesado óptico, permita utlilizar estos sistemas para llevar a cabo espectroscopía no lineal y deteccíon a distancia. Finalmente, también se estudia la generación de retardos ópticos con el objetivo de sustituir las lentas líneas de retardo basadas en espejos y etapas de traslación motorizadas que se utilizan habitualmente. Las soluciones propuestas se basan en saturación de un ampliifcador óptico de semiconductor así como en la modulación banda lateral única con portadora suprimida del espectro de los pulsos. La primera solución proporciona retardos pequeños aunque es escalable y no ensancha los pulsos de femtosegundos, mientras que la segunda consigue retardos considreables a cambio de ensanchar los pulsos debido a la dispersión de tercer orden de la fibra.