DISPOSITIVO ÓPTICO INTEGRADO EN MINIATURA.

Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura compuesto por un Interferómetro Mach-Zehnder

(2) que comprende un acoplador óptico multimodo (6), una primera guía de onda (10) de longitud L+ΔL y una segunda guía de onda (11) de longitud L, estando la primera guía de onda (10) y la segunda guía de onda (11) acopladas a la salida del acoplador óptico multimodo (6), y donde el Interferómetro Mach-Zehnder (2) está conectado a su salida a un bloque seleccionado entre: un "Arrayed Waveguide Grating", AWG (3) con una separación determinada entre las guías de onda (10, 11) y un "Interleave-Chirped AWG", IC-AWG (4, 5) con una separación determinada entre las guías de ondas (10, 11).

Lo que se consigue con este dispositivo (1) es que en cada salida se tenga una pequeña banda del espectro, es decir se tiene un dispositivo (1) de múltiples canales.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331320.

Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE VALENCIA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CAPMANY FRANCOY,JOSE, MUÑOZ MUÑOZ,PASCUAL, DOMENECH GOMEZ,JOSE DAVID.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA INTENSIDAD, DE LA VELOCIDAD, DEL ESPECTRO,... > Espectrometría; Espectrofotometría; Monocromadores;... > G01J3/28 (Estudio del espectro (utilizando filtros de color G01J 3/51))
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DISPOSITIVO ÓPTICO INTEGRADO EN MINIATURA.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo óptico integrado para utilizar en guías de onda para análisis espectral de señales en bandas ópticas, es decir espectrómetros y/o para implementar interrogadores de sensores embarcados en aeronaves, edificios y trenes.

Con esta tecnología, se dispone de un dispositivo que presenta muy buen funcionamiento en entornos de trabajo que requieren extrema estabilidad y alta precisión.

La presente invención encuentra especial aplicación en el ámbito de la industria de las telecomunicaciones, específicamente para espectrometría e interrogación de sensores.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente se desarrollan espectrómetros basados en un AWG (Arrayed Waveguide Grating) cuya entrada es una señal que abarca toda la anchura de banda óptica y cada una de las salidas ofrece una parte del espectro. Cada una de estas salidas viene seguida de un Interferómetro Mach Zehnder (MZ), tantos MZIs como puertos de salida tiene el AWG, donde mediante un control electrónico es posible hacer un ajuste fino dentro de cada una de las porciones de espectro de la correspondiente salida del AWG.

Este tipo de espectrómetros requieren:

un gran número de contactos electrónicos para operar todos los MZIs en paralelo,

un gran esfuerzo para estabilizar los MZIs térmicamente, y

son de gran tamaño, siendo muy costosos a la hora de su fabricación en un dispositivo integrado, ya que el coste es por área.

Por tanto, la presente invención viene a solucionar los problemas del estado de la técnica anteriormente mencionados, proporcionando un dispositivo que presenta las siguientes ventajas:

1. Menor coste debido a que la integración es mayor que en otros sistemas.

2. Menor tamaño de los dispositivos y mayor precisión.

3. Menor coste de actuación debido a la necesidad de actuar sólo sobre un MZI.

Estas ventajas se obtienen a costa de poder actuar sólo sobre una porción del espectro en cada momento, ya que el funcionamiento de dicho dispositivo es de forma secuencial.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a dispositivo óptico integrado en miniatura que comprende:

- un Interferómetro Mach-Zehnder que comprende un acoplador óptico multimodo, una primera guía de onda de longitud L+AL y una segunda guía de onda de longitud L, estando la primera guía de onda y la segunda guía de onda acopladas a la salida del acoplador óptico multimodo, y

donde el Interferómetro Mach-Zehnder está conectado a su salida a un bloque seleccionado entre:

- un Arrayed Waveguide Grating, AWG con una separación determinada entre las guías de onda y

- un Interleave-Chirped AWG, IC-AWG con una separación determinada entre las guías de ondas.

La segunda guía de onda comprende un control electrónico de tipo termoóptico que a su vez comprende un actuador de fase que introduce un desfase A<t> en una señal óptica que circula por la segunda guía de onda.

El Arrayed Waveguide Grating AWG presenta una configuración donde la separación entre la primera guía de onda y la segunda guía de onda a la entrada del AWG es Axi = AxFsr.

El Interleave-Chirped AWG IC-AWG presenta una configuración donde la separación entre la primera guía de onda y la segunda guía de onda a la entrada del IC-AWG es Axi = Axfsr/M, donde M es el número de subconjuntos con sus respectivas fases ópticas a A0 de salida del IC-AWG, siendo 1<M<4.

El IC-AWG puede comprender:

- M=2 subconjuntos de salida, donde los subconjuntos de salida son los subconjuntos de salida par e impar y donde se introduce un desfase Ac entre el subconjunto par y el subconjunto impar. En una realización particular el desfase Ac entre el subconjunto par y el subconjunto impar es Ac=90°, o

- M=3 subconjuntos de salida, donde los subconjuntos de salida son el subconjunto 1, el subconjunto 2 y el subconjunto 3 y donde se introduce un desfase [Ac1, Ac2] entre los subconjuntos 1, 2 y 3, de manera que Ac1 se introduce entre el subconjunto 1 y el subconjunto 2, y Ac2 entre el subconjunto 1 y el subconjunto 3. En una realización particular el desfase Ac1 introducido entre el subconjunto 1 y el subconjunto 2 es Ac1=120° y el desfase Ac2 introducido entre el subconjunto 1 y el subconjunto 3 es Ac2= 0°

El dispositivo óptico integrado en miniatura puede comprender:

un fotodetector independiente conectado a cada salida del Arrayed Waveguide Grating AWG de forma que realiza una conversión de la señal óptica de salida a una señal eléctrica, o

un fotodetector independiente conectado a cada salida del Interleave Chirped AWG, IC-AWG, de forma que realiza una conversión de la señal óptica de salida a una señal eléctrica y se calcula de forma externa al dispositivo la diferencia entre las señales eléctricas en el dominio eléctrico mediante un procesado electrónico diferencial, o

- un fotodetector balanceado conectado a cada salida del Interleave Chirped AWG, IC-AWG, de forma que realiza una conversión de la señal óptica de salida a una señal eléctrica y calcula la diferencia entre las señales en el dominio eléctrico en un solo paso.

Los fotodetectores independientes y balanceados están seleccionados entre fotodetectores integrados en el dispositivo óptico y fotodetectores externos al dispositivo óptico.

También se describe un método de estimación del espectro de señales ópticas que hace uso del dispositivo óptico integrado en miniatura que comprende las siguientes fases:

i) introducir una señal óptica de entrada de longitud de onda A0 en el acoplador óptico multimodo,

ii) dividir la señal óptica de entrada mediante el acoplador óptico multimodo en dos copias, iLe iR, de dicha señal óptica de entrada con la mitad de potencia transcurriendo iLpor la primera guía de onda e iR por la segunda guía de onda ,

iii) introducir un desfase A0 en ¡R mediante el control electrónico de la segunda guía de onda,

iv) introducir iL e iR en el bloque seleccionado entre el Arrayed Waveguide Grating AWG y el Interleave-Chirped AWG IC-AWG obteniéndose a la salida de dicho bloque una banda del espectro de la señal óptica de entrada.

Cuando el bloque seleccionado es un Arrayed Waveguide Grating, AWG, a la salida del AWG se obtiene una única señal óptica de salida oR correspondiente a la combinación de las señales iL e iR introducidas en el AWG con un desfase relativo entre iL e ¡R de 360°.

Cuando el bloque seleccionado es un Interleave-Chirped AWG, IC-AWG, con M=2, a la salida del IC-AWG se obtienen dos señales de salida donde cada señal de salida oL y oR es una combinación de cuatro señales, dos por cada subconjunto par e impar, provenientes de las señales iLe iR introducidas en el IC-AWG.

Cuando el bloque seleccionado es un Interleave-Chirped AWG, IC-AWG, con M=3, a la salida del IC-AWG se obtienen tres señales de salida donde cada señal de salida oL, oc y oR es una combinación de seis señales, dos por cada subconjunto 1,2 y 3, provenientes de las señales iLe iR introducidas en el IC-AWG.

También se describe el uso del dispositivo óptico integrado en miniatura en un equipo seleccionado entre un espectrómetro y un interrogador de sensores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de dibujos en dónde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1.- Muestra una vista esquemática...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura caracterizado porque comprende:

- un Interferómetro Mach-Zehnder (2) que comprende un acoplador óptico multimodo (6), una primera guía de onda (10) de longitud L+AL y una segunda guía de onda (11) de longitud L, estando la primera guía de onda (10) y la segunda guía de onda (11) acopladas a la salida del acoplador óptico multimodo (6), y

donde el Interferómetro Mach-Zehnder (2) está conectado a su salida a un bloque seleccionado entre:

- un Arrayed Waveguide Grating, AWG (3) con una separación determinada entre las guías de onda (10, 11) y

- un Interleave-Chirped AWG, IC-AWG (4, 5) con una separación determinada entre las guías de ondas (10, 11).

2. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda guía de onda (11) comprende un control electrónico (12) que a su vez comprende un actuador de fase que introduce un desfase A<t> en una señal óptica que circula por la segunda guía de onda (11).

3. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 2, caracterizado por que el Arrayed Waveguide Grating AWG (3) presenta una configuración donde la separación entre la primera guía de onda (10) y la segunda guía de onda (11) a la entrada del AWG (3) es Axi = AxFSR.

4. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 3, caracterizado por que comprende un fotodetector independiente conectado a la salida del Arrayed Waveguide Grating AWG (3) que realiza una conversión de la señal óptica de salida a una señal eléctrica.

5. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 2, caracterizado por que el Interleave-Chirped AWG IC-AWG (4, 5) presenta una configuración donde la separación entre la primera guía de onda (10) y la segunda guía de onda (11) a la entrada

del IC-AWG (4, 5) es Axi = AxFsr/M, donde M es el número de subconjuntos con sus respectivas fases ópticas a A0 de salida del IC-AWG (4, 5), siendo 1<M<4.

6. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 5, caracterizado por que el IC-AWG (4) comprende M=2 subconjuntos de salida, donde los subconjuntos de salida son los subconjuntos de salida par e impar.

7. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 5, caracterizado por que el IC-AWG (5) comprende M=3 subconjuntos de salida, donde los subconjuntos de salida son el subconjunto 1, el subconjunto 2 y el subconjunto 3.

8. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 5, caracterizado por que comprende un fotodetector independiente conectado a la salida del Interleave-Chirped AWG IC-AWG (4, 5) que realiza una conversión de la señal óptica de salida del IC- AWG

(4.5) a una señal eléctrica y se calcula de forma externa al dispositivo la diferencia en el dominio eléctrico mediante un procesado electrónico diferencial.

9. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 5, caracterizado por que comprende un fotodetector balanceado conectado a la salida del Interleave-Chirped AWG IC-AWG (4, 5) que realiza una conversión de la señal óptica de salida del IC- AWG

(4.5) a una señal eléctrica y calcula la diferencia entre ambas señales en el dominio eléctrico en un solo paso.

10. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según las reivindicaciones 4, 8 y 9 caracterizado por que los fotodetectores independientes y balanceados están seleccionados entre fotodetectores integrados en el dispositivo óptico (1) y fotodetectores externos al dispositivo óptico (1).

11. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 6, caracterizado por que se introduce un desfase Ac entre el subconjunto par y el subconjunto impar.

12. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 11, caracterizado por que el desfase Ac entre el subconjunto par y el subconjunto impar es Ac=90°.

13. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 7, caracterizado por que se introduce un desfase [Ac1, Ac2] entre los subconjuntos 1, 2 y 3, de manera que Ac1 se introduce entre el subconjunto 1 y el subconjunto 2 y Ac2 entre el subconjunto 1 y el subconjunto 3.

14. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 13, caracterizado por que el desfase Ac1 introducido entre el subconjunto 1 y el subconjunto 2 es Ac1=120° y el desfase Ac2 introducido entre el subconjunto 1 y el subconjunto 3 es Ac2= 0o.

15. Dispositivo óptico integrado (1) en miniatura según la reivindicación 2, caracterizado por que el control electrónico (12) es un control de tipo termoóptico.

16. Método de estimación del espectro de señales ópticas que hace uso del dispositivo óptico integrado (1) en miniatura descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende las siguientes fases:

i) introducir una señal óptica de entrada de longitud de onda A0 en el acoplador óptico multimodo (6),

ii) dividir la señal óptica de entrada mediante el acoplador óptico multimodo (6) en dos copias, iL (7a) e iR (7b), de dicha señal óptica de entrada con la mitad de potencia transcurriendo iL (7a) por la primera guía de onda (10) e iR (7b) por la segunda guía de onda (11),

iii) introducir un desfase A0 en iR (7b) mediante el control electrónico (12) de la segunda guía de onda (11),

¡v) introducir iL (7a) e iR (7b) en el bloque seleccionado entre el Arrayed Waveguide Grating AWG (3) y el Interleave-Chirped AWG IC-AWG (4, 5) obteniéndose a la salida de dicho bloque una banda del espectro de la señal óptica de entrada.

17. Método de estimación del espectro de señales ópticas, según la reivindicación 16, caracterizado por que cuando el bloque seleccionado es un Arrayed Waveguide Grating, AWG (3), a la salida del AWG (3) se obtiene una única señal óptica de salida oR (8c) correspondiente a la combinación de las señales iL (7a) e iR (7b) introducidas en el AWG (3) con un desfase relativo entre iL (7a) e iR (7b) de 360°.

18. Método de estimación del espectro de señales ópticas, según la reivindicación 16, caracterizado por que cuando el bloque seleccionado es un Interleave-Chirped AWG, IC- AWG (4), con M=2, a la salida del IC-AWG (4) se obtienen dos señales de salida donde cada señal de salida oL (8a) y oR (8c) es una combinación de cuatro señales, dos por cada

subconjunto par e impar, provenientes de las señales iL (7a) e iR (7b) introducidas en el IC- AWG (4).

19. Método de estimación del espectro de señales ópticas, según la reivindicación 16, caracterizado por que cuando el bloque seleccionado es un Interleave-Chirped AWG, IC-

AWG (5), con M=3, a la salida del IC-AWG (5) se obtienen tres señales de salida donde cada señal de salida oL (8a), oc (8b) y oR (8c) es una combinación de seis señales, dos por cada subconjunto 1, 2 y 3, provenientes de las señales iL (7a) e iR (7b) introducidas en el IC- AWG (5).

20. Uso del dispositivo óptico integrado (1) en miniatura descrito en las reivindicaciones 1 a

15, en un equipo seleccionado entre un espectrómetro y un interrogador de sensores.