ES2305291T3 - Multiplexador y desmultiplexador optico. - Google Patents
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Abstract
Un multiplexador y desmultiplexador óptico (100; 200; 300) que comprende: (i) un guíaondas multimodo (126; 226; 326); (ii) un primer guíaondas de acoplamiento (122; 222; 322) que comunica con el guíaondas multimodo en una primera posición longitudinal (123; 223; 323) a lo largo de él; e (iii) dos segundos guíaondas de acoplamiento (124; 224; 324) que comunican con el guíaondas multimodo en segundas posiciones longitudinales respectivas (125; 225; 325) a lo largo de él; en donde las segundas posiciones longitudinales y las orientaciones relativas de los ejes geométricos longitudinales centrales de los guíaondas son tales que una distribución de campo óptico de entrada (140; 240) en el modo transversal de orden más bajo de los guíaondas de acoplamiento y que comprende radiación con longitudes de onda primera y segunda, cuando es introducida en el guíaondas multimodo a través del primer guíaondas de acoplamiento, es reproducida sustancialmente en las segundas posiciones longitudinales como distribuciones de campo óptico de salida primera y segunda, con longitudes de onda primera y segunda, respectivamente, cuyas distribuciones de salida son acopladas en segundos guíaondas de acoplamiento respectivos en virtud de la dispersión modal y de la interferencia intermodal dentro del guíaondas multimodo, caracterizado porque los guíaondas de acoplamiento comunica, cada uno, con un lateral del guíaondas multimodo.
Description
Multiplexador y desmultiplexador óptico.
El presente invento se refiere a multiplexadores
y desmultiplexadores (mux-demux) ópticos.
El multiplexado y desmultiplexado ópticos, es
decir, la combinación y la separación de canales ópticos
individuales de varias longitudes de onda en y a partir de una
única señal (multiplexada) que comprende esos canales, es una
importante función en los sistemas ópticos de comunicaciones. El
multiplexado y el desmultiplexado se realizan, típicamente, en los
sistemas ópticos de comunicaciones mediante redes guíaondas (AWG).
Una AWG es un dispositivo que comprende una serie de guíaondas de
diferente longitud, cada uno de los cuales se comunica por un
extremo con un guíaondas de entrada. Para una componente espectral
dada de la entrada de radiación a la AWG, se produce una variación
de fase a través de los extremos de los guíaondas alejados del
guíaondas de entrada, siendo la variación específica de esa
componente espectral. Esto permite que diferentes componentes
espectrales de la radiación de entrada sean hechas pasar a
diferentes guíaondas de salida de la AWG, consiguiéndose así la
función de desmultiplexado.
Las AWG se describen, por ejemplo, en el libro
"Redes ópticas - Una perspectiva práctica", de R. Ramaswami y
K.N. Sivarajan (Morgan Kaufmann Publishers, 1998,
ISBN1-55860-445-6).
Son dispositivos complicados que exigen un esfuerzo de tratamiento
sustancial en su fabricación y que, por tanto, son caros y lentos de
producir. Además, su complejidad hace que sean difíciles de
integrar con otros dispositivos (por ejemplo, láseres, moduladores,
etc.) dentro de sistemas ópticos integrados.
Los multiplexadores y desmultiplexadores basados
en el principio de la generación automática de imágenes por
dispersión modal e interferencia intermodal dentro de un guíaondas
multimodo son de construcción más sencilla que las AWG y, por ello,
permiten una fabricación y una integración más simples. Dos de tales
dispositivos se describen en la Patente de EE.UU. núm. 5.862.288.
Una desventaja de tales dispositivos es que los guíaondas en los
que funcionan son limitados. Por ejemplo, el documento US 5.862.288
describe dos multiplexadores y desmultiplexadores cada uno de los
cuales funciona para resolver (o combinar) dos canales ópticos con
longitudes de onda \lambda_{1}, \lambda_{2}. Un dispositivo
requiere que \lambda_{2} = 2 \lambda_{1} con el fin
funcionar y el otro requiere que \lambda_{2} =
2M\lambda_{1}, donde M es un entero. Tales restricciones sobre
las longitudes de onda de trabajo significan que los multiplexadores
y desmultiplexadores de este tipo no son adecuados para uso en
sistemas de comunicaciones WDM prácticos, en los que los canales
ópticos tienen una separación entre longitudes de onda del orden de
1 nm, aún cuando son deseables desde el punto de vista de una
fabricación y una integración sencillas. Además, la construcción de
tales dispositivos se complica cuando se les diseña para funcionar
con muchos canales ópticos.
Un objeto del presente invento es proporcionar
un multiplexador y desmultiplexador basado en el principio de la
generación automática de imágenes por dispersión modal e
interferencia intermodal dentro de un guíaondas multimodo y que sea
capaz de resolver canales ópticos con una separación de longitud de
onda de una dimensión que se encuentra, típicamente, en la práctica
los sistemas ópticos de comunicaciones.
De acuerdo con un primer aspecto del presente
invento, este objeto se consigue mediante un multiplexador y
desmultiplexador óptico que comprende:
- (i)
- un guíaondas multimodo;
- (ii)
- un primer guíaondas de acoplamiento que comunica con el guíaondas multimodo en una primera posición longitudinal a lo largo de él; e
- (iii)
- dos segundos guíaondas de acoplamiento que comunican con el guíaondas multimodo en segundas posiciones longitudinales respectivas a lo largo de él;
en donde las segundas posiciones
longitudinales y las orientaciones relativas de los ejes geométricos
centrales longitudinales de los guíaondas son tales que una
distribución de campo óptico de entrada, que es un modo transversal
de orden inferior de los guíaondas de acoplamiento y que comprende
radiación de longitudes de onda primera y segunda, cuando se
introduce en el guíaondas multimodo a través del primer guíaondas de
acoplamiento, es reproducida sustancialmente en las segundas
posiciones longitudinales como una primera y una segunda
distribuciones de campo óptico de salida de las longitudes de onda
primera y segunda, respectivamente, cuyas distribuciones de salida
son acopladas en respectivos segundos guíaondas de acoplamiento, en
virtud de la dispersión modal y la interferencia intermodal dentro
del guíaondas multimodo, caracterizado porque cada uno de los
guíaondas de acoplamiento comunica con un lateral del guíaondas
multimodo.
Las segundas posiciones longitudinales pueden
estar situadas en un lateral del guíaondas multimodo, opuesto a
aquel en que está situada la primera posición longitudinal, en cuyo
caso cada segunda posición longitudinal puede estar separada de la
primera posición longitudinal por una distancia de 4
mw^{2}/\lambda, donde m es un entero positivo, w es la anchura
de los guíaondas de acoplamiento y \lambda es una longitud de onda
que ha de ser multiplexada o desmultiplexada.
Alternativamente, la primera y las segundas
posiciones longitudinales pueden estar situadas en un lateral común
del guíaondas multimodo, en cuyo caso cada segunda posición
longitudinal puede estar separada de la primera posición
longitudinal por una distancia de 8 mw^{2}/\lambda, donde m es
un entero positivo, w es la anchura de los guíaondas de
acoplamiento y \lambda es una longitud de onda que ha de ser
multiplexada o desmultiplexada.
Alternativamente, las segundas posiciones
longitudinales pueden estar situadas en ambos laterales del
guíaondas multimodo.
De acuerdo con un segundo aspecto del presente
invento, se proporciona un oscilador láser caracterizado porque
comprende un multiplexador y desmultiplexador de acuerdo con el
primer aspecto del invento.
En lo que sigue se describen realizaciones del
invento, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra una vista en planta de un
multiplexador y desmultiplexador óptico del invento;
las Figuras 2 y 3 ilustran la distribución
espacial de un campo óptico en función de la distancia dentro de
partes del multiplexador y desmultiplexador de la Figura 1;
la Figura 4 es una vista en planta de otro
multiplexador y desmultiplexador óptico del invento;
las Figuras 5 a 6 ilustran la distribución
espacial de un campo óptico en función de la distancia dentro de
partes del multiplexador y desmultiplexador de la Figura 4; y
la Figura 7 muestra una vista en planta de otro
multiplexador y desmultiplexador óptico del invento.
Haciendo referencia ahora a la Figura 1, en ella
se muestra una vista en planta de un multiplexador y
desmultiplexador (en lo que sigue "mux-demux")
semiconductor del invento, indicado generalmente con 100, que tiene
un eje geométrico longitudinal central 101 y referido a un sistema
de coordenadas 111, que funciona para desmultiplexar radiación de
entrada que comprende tres componentes espectrales con longitudes de
onda dentro del mux-demux 100 de
\lambda_{1}=1003 nm, \lambda_{2}=1000 nm y
\lambda_{3}=997 nm. El mux-demux 100 tiene un
guíaondas de entrada 122 y guíaondas de salida 124A, 124B, 124C que
comunican con un guíaondas multimodo 126 del
mux-demux 100, que encuentran al guíaondas
multimodo 126 en laterales opuestos 127A, 127B del mismo. Los
guíaondas de entrada y de salida 122, 124, tiene ejes geométricos
centrales inclinados hacia el eje 101 en un ángulo \alpha = 42,9º.
El guíaondas de entrada 122 comunica con el guíaondas multimodo 126
en el punto 123 y los guíaondas de salida 124A, 124B, 124C
comunican con el guíaondas multimodo 126 en puntos 125A, 125B, 125C.
El guíaondas multimodo 126 tiene un eje geométrico longitudinal
central 101.
El guíaondas de entrada 122 y los guíaondas de
salida 124A, 124B, 124C tienen, cada uno, una anchura w_{1} = 2
\mum. El guíaondas multimodo 126 tiene una anchura w_{2} = 20
\mum. Los guíaondas de salida 124A, 124B, 124C tienen centros
respectivos 125A, 125B, 125C en el guíaondas multimodo 126 que están
separados en la dirección z del centro 123 del guíaondas de entrada
122 en el guíaondas multimodo 126 por distancias L_{1} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{1} = 1595,2 \mum, L_{2} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 1600,0 \mum y L_{3} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{3} = 1604,8 \mum, respectivamente, es
decir, los centros de guíaondas de salida adyacentes están
separados en la dirección z en una distancia de 4,8 \mum.
Haciendo referencia a la Figura 2, en ella se
muestra una sección vertical dada a través del
mux-demux 100 por un plano xy I-I
indicado en la Figura 1. En la dirección x, el
mux-demux 100 es un único guíaondas de placa
monomodo que tiene una capa de núcleo de GaAs 108 de 1 \mum de
grueso y capas 109, 106 de chapado de Al_{0,1}Ga_{0,9}As,con
grosores de 2 \mum y 4 \mum, respectivamente. Los guíaondas 122,
124, 126 se forman mediante ataque químico a través de la capa de
núcleo 108 y en la capa de chapado 106 hasta una profundidad de 2
\mum para producir estructuras de cresta tales como 112.
El mux-demux 100 funciona como
sigue. La radiación de entrada multiplexada que comprende canales
ópticos con longitudes de onda de \lambda_{1} = 1003 nm,
\lambda_{2} = 1000 nm y \lambda_{3} = 997 nm, dentro del
mux-demux 100 se introduce en el guíaondas de
entrada 122 del mux-demux 300 y es guiada en él como
un campo óptico monomodo. La radiación de entrada entra en el
guíaondas multimodo 126 en un plano xy 133. La componente espectral
de la radiación de entrada con una longitud de onda \lambda_{2}
= 1000 nm excita los modos transversales de la forma EH_{1,j} a
esa longitud de onda dentro del guíaondas multimodo 126, donde j es
un entero que puede ser par o impar, es decir, se excitan ambos
modos transversales, simétrico y antisimétrico del guíaondas
multimodo 126. Como resultado de la dispersión modal y la
interferencia intermodal dentro del guíaondas multimodo 126, la
distribución óptica de entrada en la dirección y de la componente
espectral \lambda_{2} = 1000 nm evoluciona en la dirección z
como se muestra en las Figuras 2 y 3.
Haciendo referencia a la Figura 2, la
distribución de intensidad en la dirección y de la componente
espectral \lambda_{2} = 1000 nm dentro del guíaondas multimodo
126 se muestra a intervalos de 5 \mum en la dirección z, desde z
= 0 a z = 40 \mum, medidos desde el plano xy 133. La distribución
de intensidad en la dirección y en el plano xy 133 (z = 0), se
indica en la Figura 2 por 140. El vector de onda de la luz dentro
del guíaondas multimodo se indica en la Figura 2 con k,
dirigido según el eje geométrico 122A del guíaondas de entrada e
inclinado a 41,9º con respecto al eje geométrico 101.
\newpage
Haciendo referencia a la Figura 3, la
distribución de intensidad en la dirección y de la componente
espectral \lambda_{2} = 1000 nm se muestra a intervalos de 5
\mum en la dirección z, desde z = 1580 \mum a z = 1600 \mum.
A una distancia z = 1600 \mum se produce una imagen especular 141
de la distribución 140 respecto al eje geométrico central 101 del
guíaondas multimodo 326, como resultado de la dispersión modal y la
interferencia intermodal dentro del guíaondas 326. La luz en el
plano xy 135B tienen un vector de onda k dirigido a lo largo
del guíaondas 324B y, por ello, una componente espectral
\lambda_{2} = 1000 nm se acopla eficazmente al guíaondas de
salida 324B.
Similarmente, la componente espectral
\lambda_{1} = 1003 nm se acopla eficazmente al guíaondas de
salida 324A porque se genera una imagen especular de la
distribución del campo de entrada, para esa componente espectral,
respecto al eje geométrico 101 a una distancia L_{1} del plano xy
133. La componente espectral \lambda_{3} = 997 nm es acoplada
eficazmente al guíaondas de salida 324C porque se genera una imagen
especular de la distribución del campo de entrada, para esa
componente espectral, con respecto al eje geométrico 101 a una
distancia L_{3} del plano xy 133. El mux-demux
100 desmultiplexa así eficazmente las componentes espectrales
\lambda_{1}, \lambda_{2}, \lambda_{3} combinadas en la
radiación de entrada que se introduce en el guíaondas de entrada
122.
El ángulo \alpha puede adoptar valores
distintos de 42,9º; sin embargo, debe ser lo bastante pequeño para
permitir la total reflexión interna de la luz dentro del guíaondas
multimodo 126. En el presente caso, el ángulo \alpha debe ser
menor que 73,3º. El ángulo \alpha también debe ser lo bastante
grande para evitar efectos de perturbación de fase de los modos
dentro del guíaondas multimodo 126.
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, en ella
se muestra otro mux-demux del invento, indicado en
general por 200 y referido a un sistema de coordenadas 211. El
mux-demux 200 también funciona para desmultiplexar
radiación de entrada que comprende tres componentes espectrales con
longitudes de onda dentro del mux-demux de
\lambda_{1} = 1003 nm, \lambda_{2} = 1000 nm y
\lambda_{3} = 997 nm. El mux-demux 200 tiene un
guíaondas de entrada 222 y guíaondas de salida 224A, 224B, 224C que
comunican con un guíaondas multimodo 228 que tiene laterales 227A,
227B, que se encuentran con el guíaondas multimodo 226 en un lateral
227A del mismo en un ángulo \alpha = 42,9º. La estructura del
mux-demux 200 en la dirección x es similar a la del
mux-demux 100 de la Figura 1. El guíaondas de
entrada 222 y los guíaondas de salida 224A, 224B, 224C tienen, cada
uno, una anchura w_{1} = 2 \mum. El guíaondas multimodo 226
tiene una anchura w_{2} = 20 \mum. Los guíaondas de salida
224A, 224B, 224C tienen centros 225A, 225B, 225C respectivos en el
guíaondas multimodo 226 que están separados en la dirección z del
centro 223 del guíaondas de entrada 222 en el guíaondas multimodo
226 en distancias l_{1} = 8 w_{2}^{2}/\lambda_{1} = 3190,4
\mum, l_{2} = 8 w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 3200,0 \mum y
l_{3} = 8 w_{2}^{2}/\lambda_{3} = 3209,6 \mum,
respectivamente, es decir, los centros de guíaondas de salida
adyacentes están separados en la dirección z en una distancia de 9,6
\mum.
El mux-demux 200 funciona de
forma parecida al mux-demux 100. La radiación de
entrada multiplexada que comprende canales ópticos con longitudes
de onda \lambda_{1} = 1003 nm, \lambda_{2} = 1000 nm y
\lambda_{3} = 997 nm dentro del mux-demux 200
es introducida en el guíaondas de entrada 222 del
mux-demux 200 y es guiada en él como un campo
óptico monomodo. La radiación de entrada entra en el guíaondas
multimodo 226 en un plano xy 233. La componente espectral
\lambda_{2} = 1000 nm de la radiación de entrada excita los
modos transversales de la forma EH_{1,j} a esa longitud de onda
dentro del guíaondas multimodo 226, donde j es un entero que puede
ser par o impar, es decir, se excitan ambos modos transversales,
simétrico y antisimétrico del guíaondas 226. Como resultado de la
dispersión modal y de la interferencia intermodal dentro del
guíaondas multimodo 226, la distribución óptica de entrada en la
dirección y de la componente espectral \lambda_{2} = 1000 nm
evoluciona en la dirección z, como se muestra en las Figuras 5 y
6.
Haciendo referencia a la Figura 5, la
distribución de la intensidad de la componente espectral
\lambda_{2} = 1000 nm en la dirección y dentro del guíaondas
multimodo 226 se muestra a intervalos de 5 \mum en la dirección
z, desde z = 0 a z = 40 \mum medidos desde el plano xy. La
distribución de la intensidad en la dirección y en el plano xy 233
(z = 0) se indica en la Figura 5 mediante 240. Haciendo referencia a
la Figura 6, en ella se muestra la distribución de la intensidad en
la dirección y de la componente espectral \lambda_{2} = 1000 nm
a intervalos de 5 \mum en la dirección z, desde z = 3180 \mum a
z = 3200 \mum. En una posición z = 3200 \mum, se produce una
distribución de intensidad 241 como resultado de la dispersión modal
y de la interferencia intermodal. La distribución 241 es,
sustancialmente, igual que la distribución 240, aunque la luz en el
plano xy 235B tiene un vector de onda k' tal que k'_{y} = -k_{y}
y |k'| = |k|. La componente espectral \lambda_{2} =
1000 nm es acoplada, por tanto, eficazmente al guíaondas de salida
224B.
Similarmente, la componente espectral
\lambda_{1} = 1003 nm es acoplada eficazmente al guíaondas de
salida 224A porque la distribución del campo de entrada para esa
componente espectral es reproducida a una distancia l_{1} del
plano xy 233. La componente espectral \lambda_{3} = 997 nm es
acoplada eficazmente al guíaondas de salida 224C porque la
distribución del campo de entrada para esa componente espectral es
reproducida a una distancia l_{3} del plano xy 233.
El mux-demux 200 desmultiplexa
así eficazmente las componentes espectrales \lambda_{1} = 1003
nm, \lambda_{2} = 1000 nm y \lambda_{3} = 997 nm combinadas
en la radiación de entrada que se introduce en el guíaondas de
entrada 222.
Los guíaondas de entrada 122 y de salida 124
pueden ser guíaondas monomodo en el plano xy. Alternativamente,
pueden ser multimodo en el plano yz, en cuyo caso, la luz de la
señal multiplexada debe introducirse en el guíaondas 122 de entrada
de tal modo que solamente se excite el modo transversal de orden más
bajo de ese guíaondas.
Si las componentes espectrales de la radiación
de entrada para los mux-demux 100, 200 están menos
separadas, en longitud de onda, que 3 nm, los centros de los
guíaondas de salida 124, 224 deben estar menos separados en la
dirección z. Sin embargo, para una anchura w_{1} de guíaondas de
salida, los centros 125, 225 de los guíaondas de salida tienen una
separación mínima en la dirección z de w_{1}/sen \alpha = 2,94
\mum como resultado de la anchura finita de los guíaondas de
salida: esto impone un límite más bajo sobre la separación entre
longitudes de onda de los canales ópticos que pueden ser
desmultiplexados por los mux-demux 100, 200.
El mux-demux 100 utiliza el
fenómeno de generación de una imagen especular respecto a un eje
geométrico longitudinal central de una distribución 140 de campo de
entrada de una componente espectral \lambda a una distancia L = 4
w_{2}^{2}/\lambda dentro del guíaondas multimodo 126, mientras
que el mux-demux 200 utiliza la replicación de una
distribución 240 de campo de entrada de una componente espectral
\lambda a una distancia L = 8 w_{2}^{2}/\lambda dentro del
guíaondas multimodo 226. Por tanto, un cambio d\lambda en la
longitud de onda de una componente espectral \lambda particular
corresponde a un cambio en la posición z de un guíaondas de salida
correspondiente de (-4
w_{2}^{2}/\lambda^{2})d\lambda en el caso del
mux-demux 100 y (-8
w_{2}^{2}/\lambda^{2})d\lambda en el caso del
mux-demux 200, es decir, la tasa de cambio de la
posición z con la longitud de onda del centro de un guíaondas de
salida para el mux-demux 200 es el doble que para
el mux-demux 100. Por ello, un
mux-demux tal como el 200 es capaz de una resolución
de longitud de onda mayor que un mux-demux tal como
el 100. Por ejemplo, si los guíaondas 124A, 124B, 124C de salida del
mux-demux 100 están dispuestos contiguamente (es
decir, sin espacios intermedios) y L_{2} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 1600 \mum (\lambda_{2} = 1000
nm) entonces el mux-demux 100 funcionaría para
desmultiplexar canales con una separación de longitud de onda
es decir, para desmultiplexar
canales con longitudes de onda \lambda_{1} = 1001,84 nm,
\lambda_{2} = 1000 nm, \lambda_{3} = 998,16
nm.
Si los guíaondas de salida 224A, 224B, 224C del
mux-demux 200 tuviesen que estar dispuestos
contiguamente, con L_{2} = 8 w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 3200
\mum (\lambda_{2} = 1000 nm), el mux-demux 200
funcionaría para desmultiplexar canales con una separación de
longitud de onda
es decir, desmultiplexar canales
con longitudes de onda \lambda_{1} = 1000,92 nm, \lambda_{2}
= 1000 nm, \lambda_{3} = 999,08
nm.
Los mux-demux alternativos del
invento pueden basarse en la generación de una imagen especular
respecto a un eje geométrico longitudinal central de un guíaondas
multimodo de una distribución de campo de entrada de una componente
espectral \lambda en una distancia z de 4 Nw_{2}^{2}/\lambda
(donde N es un entero positivo, impar) dentro del guíaondas
multimodo; los guíaondas de entrada y de salida de un dispositivo de
esta clase están dispuestos en lados opuestos de un guíaondas
multimodo, como en la Figura 1. Otros mux-demux
alternativos del invento pueden basarse en la réplica de una
distribución de campo de entrada de una componente espectral
\lambda en una distancia z de 4 Nw_{2}^{2}/\lambda (donde N
es un entero par) dentro de un guíaondas multimodo; los guíaondas
de entrada y de salida de un dispositivo de esta clase están
dispuestos en lado común de un guíaondas multimodo, como en la
Figura 2.
Haciendo referencia ahora a la Figura 7, en ella
se muestra otro mux-demux del invento, indicado en
general con 300. Las partes del mux-demux 300
equivalentes a las del desmultiplexador 200 tienen números de
referencia similares que se distinguen de los de la Figura 4 en un
valor de 100. El mux-demux 300 está referido a un
sistema de coordenadas 311 y tiene una construcción similar a la del
mux-demux 200, excepto porque un guíaondas de
salida, 324B, está dispuesto en un lado de un guíaondas multimodo
326 opuesto al lado que comunica con el guíaondas de entrada 322 y
los otros guíaondas de salida 324A, 324C. El
mux-demux 300 está dispuesto para desmultiplexar
canales con longitudes de onda \lambda_{1} = 1003 nm,
\lambda_{2} = 1000 nm, \lambda_{3} = 997 nm que se
introducen en el guíaondas 322 en forma de señal óptica
multiplexada. Los centros 325A, 325B, 325C de los guíaondas de
salida 324A, 324B, 324C en el guíaondas multimodo 326, están
desplazados en la dirección z del centro 323 del guíaondas de
entrada 322 en el guíaondas multimodo 326 en distancias l_{1} = 8
w_{2}^{2}/\lambda_{1} = 3190,4 \mum, L_{2} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 1600 \mum y l_{3} = 8
w_{2}^{2}/\lambda_{3} = 3209,6 \mum, respectivamente. Los
canales ópticos desmultiplexados individuales \lambda_{1} = 1003
nm, \lambda_{2} = 1000 nm, \lambda_{3} = 997 nm salen del
mux-demux por los guíaondas de salida 324A, 324B y
324C, respectivamente.
Un mux-demux tal como el 300
proporciona una alternativa a un dispositivo tal como el 200 en
circunstancias en que los canales ópticos individuales dentro de la
radiación de entrada tienen una separación tan estrecha de longitud
de onda que los guíaondas de salida de un mux-demux
tal como el 200 son difíciles o imposibles de fabricar debido a su
estrecha separación. Un mux-demux tal como el 300
proporciona otro aumento de la resolución de longitud de onda con
respecto a un dispositivo tal como el 200. Por ejemplo, una variante
del dispositivo 300 en el que L_{2} = 4
w_{2}^{2}/\lambda_{2} = 1600 \mum (\lambda_{2} = 1000
nm), l_{1} = 3198,5319 \mum y l_{3} = 3201,4695 \mum (es
decir, los centros 325A, 325C de los guíaondas de salida 324A, 324C
están separados en una distancia z de w_{2}/sen \alpha = 2,94
\mum de modo que esos guíaondas de salida son contiguos en la
dirección z) sirve para desmultiplexar canales con una separación de
longitud de onda de 0,4590 nm, es
decir, desmultiplexar canales con longitudes de onda \lambda_{1} = 1000,4590 nm, \lambda_{2} = 1000,0000 nm, \lambda_{3} = 999,5410 nm.
decir, desmultiplexar canales con longitudes de onda \lambda_{1} = 1000,4590 nm, \lambda_{2} = 1000,0000 nm, \lambda_{3} = 999,5410 nm.
Si bien los mux-demux descritos
en lo que antecede tienen, cada uno, tres guíaondas de salida, los
dispositivos del invento tienen dos o más guíaondas y funcionan
para desmultiplexar una señal óptica que comprende dos o más
canales de longitud de onda individual.
Los dispositivos 100, 200, 300 descritos en lo
que antecede pueden utilizarse a la inversa para multiplexar
canales ópticos, es decir, para combinar señales ópticas de distinta
longitud de onda con el fin obtener una sola señal óptica. Pueden
introducirse señales con una sola longitud de onda adecuadas en los
guíaondas 124, 224, 324 y, entonces, de los dispositivos salen
señales multiplexadas a través de los guíaondas 122, 222, 322.
Un mux-demux del invento puede
modificarse para producir un dispositivo activo (oscilador láser)
que genere radiación de salida que comprenda canales de longitud de
onda multiplexados. Por ejemplo, el mux-demux 200
de la Figura 4 puede modificarse proporcionando espejos en los
extremos de los guíaondas 22, 224 y proporcionando una ganancia
óptica a longitudes de onda apropiadas dentro de los guíaondas 224A,
224B, 224C. La salida óptica se obtiene, entonces, desde el
guíaondas 222 en forma de radiación láser multiplexada consistente
en longitudes de onda de \lambda_{1} = 1003 nm, \lambda_{2}
= 1000 nm, \lambda_{3} = 997 nm. Si la ganancia óptica del
oscilador láser es proporcionada haciendo pasar corriente a través
de cada uno de los guíaondas 224, un dispositivo de esta clase
también puede utilizarse para modular los canales de salida
individuales como tendría que hacerse en un sistema óptico de
comunicaciones. Por ejemplo, la corriente aplicada a un guíaondas
224 particular puede conmutarse entre dos valores de tal modo que la
ganancia en el desplazamiento completo dentro del dispositivo 200
para el canal de longitud de onda correspondiente a ese guíaondas es
conmutada por encima y por debajo del umbral de generación de
radiación láser.
Claims (7)
1. Un multiplexador y desmultiplexador óptico
(100; 200; 300) que comprende:
- (i)
- un guíaondas multimodo (126; 226; 326);
- (ii)
- un primer guíaondas de acoplamiento (122; 222; 322) que comunica con el guíaondas multimodo en una primera posición longitudinal (123; 223; 323) a lo largo de él; e
- (iii)
- dos segundos guíaondas de acoplamiento (124; 224; 324) que comunican con el guíaondas multimodo en segundas posiciones longitudinales respectivas (125; 225; 325) a lo largo de él;
en donde las segundas posiciones
longitudinales y las orientaciones relativas de los ejes geométricos
longitudinales centrales de los guíaondas son tales que una
distribución de campo óptico de entrada (140; 240) en el modo
transversal de orden más bajo de los guíaondas de acoplamiento y que
comprende radiación con longitudes de onda primera y segunda,
cuando es introducida en el guíaondas multimodo a través del primer
guíaondas de acoplamiento, es reproducida sustancialmente en las
segundas posiciones longitudinales como distribuciones de campo
óptico de salida primera y segunda, con longitudes de onda primera
y segunda, respectivamente, cuyas distribuciones de salida son
acopladas en segundos guíaondas de acoplamiento respectivos en
virtud de la dispersión modal y de la interferencia intermodal
dentro del guíaondas multimodo, caracterizado porque los
guíaondas de acoplamiento comunica, cada uno, con un lateral del
guíaondas
multimodo.
2. Un multiplexador y desmultiplexador (100) de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que las segundas posiciones
longitudinales (125) están situadas en un lateral del guíaondas
multimodo opuesto a aquel (127A) en que está situada la primera
posición longitudinal (123).
3. Un multiplexador y desmultiplexador (100) de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque cada
segunda posición longitudinal está separada de la primera posición
longitudinal en una distancia igual a 4 mw^{2}/\lambda, donde m
es un entero positivo, w es la anchura de los guíaondas de
acoplamiento y \lambda es la longitud de onda que ha de ser
multiplexada o desmultiplexada.
4. Un multiplexador y desmultiplexador (200) de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que las segundas posiciones
longitudinales (225) y la primera posición longitudinal (223) están
situadas en un lateral (226) común del guíaondas multimodo.
5. Un multiplexador y desmultiplexador de
acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cada
segunda posición longitudinal está separada de la primera posición
longitudinal en una distancia igual a 8 mw^{2}/\lambda, donde m
es un entero positivo, w es la anchura de los guíaondas de
acoplamiento y \lambda es la longitud de onda que ha de ser
multiplexada o desmultiplexada.
6. Un multiplexador y desmultiplexador (300) de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que las segundas posiciones
longitudinales (325) están situadas en ambos laterales (327A, 327B)
del guíaondas multimodo (326).
7. Un oscilador láser que comprende un
multiplexador y desmultiplexador de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente.
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