Sistema de generación óptica de señales.

Sistema de generación óptica de señales, que comprende un láser esclavo (11,

21) y al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23), estando dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) configurados para excitar a dicho láser esclavo (11, 21). El láser esclavo (11, 21) es un láser multimodo, estando el sistema configurado para que dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) exciten al menos dos modos de dicho láser multimodo (11, 21) obteniéndose una señal cuya frecuencia está comprendida en el rango que va desde las frecuencias de microondas a las decenas de teraherzios.

SISTEMA DE GENERACIÓN ÓPTICA DE SEÑALES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de las telecomunicaciones, y más concretamente, a la generación óptica de señales, preferentemente cuyas frecuencias van desde las microondas hasta las decenas de teraherzios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para generar señales de frecuencias relativamente altas, tales como frecuencias de microondas, existen dos formas: la generación electrónica y la generación óptica. La generación óptica de señales de microondas ha despertado un gran interés en los últimos años.

En la actualidad, existen varias formas de generar ópticamente señales de microondas: a) modulación directa b) técnica heterodina óptica c) modulación externa d) Láseres de semiconductor en modo bloqueado (en inglés Mode-Locked Semiconductor Laser) e) Osciladores opto-electrónicos (OEOs)

Sin embargo, cada una de estas técnicas presenta ciertas limitaciones como pueden ser: la complejidad de la electrónica, una sintonizabilidad pobre, ancho de línea de microondas estrecho, grandes pérdidas ópticas ó el valor de la máxima frecuencia de microondas generada. En concreto, este último parámetro es importante porque fija el límite de ancho de banda de sistemas de transferencias de datos a alta velocidad como los utilizados por ejemplo en radio sobre fibra.

Otra técnica adicional, es la inyección de luz de un láser en un láser semiconductor monomodo (X. Q. Qi, and J. M. Liu, "Photonic microwave applications 01 the dynamics 01 semiconductor lasers", IEEE J. Sel. Top. In Quantum Electron., vo1.l7, no. 5, pp. 1198-1211, 2011) , o en un láser semiconductor multimodo (A. Valle, 1. Garate, K. Panajotov, and M. Sciamanna, "Transverse mode switching and locking in vertical-cavity surface-emitting lasers subject to orthogonal optical injection", IEEE J. Quantum Electron, vol. 43, no. 4, pp. 322-333, Apr. 2007) .

Esta técnica presenta las ventajas de no tener pérdidas ópticas y de contar con una electrónica simple, una sintonizabilidad buena y un ancho de línea de microondas moderado. Además, es posible cambiar la frecuencia de la señal de microondas generada, sin embargo la máxima frecuencia está dada por el rango espectral libre del láser esclavo, siendo esta frecuencia máxima de unos 100 Ghz. Para aumentar la frecuencia de la señal de microondas hay que alejar la frecuencia de la inyección de la del modo. No obstante, si se aleja mucho se excita un segundo modo cercano a la inyección y desaparece el primero, dejando de haber emisión de microondas a alta frecuencia.

Posteriormente, se presentó una nueva técnica basada en la inyección de luz de dos láseres en un láser semiconductor monomodo (Y. S. Juan, F. Y. Lin, "Photonic generation 01 broadly tunable microwave signals utilizing a dual-beam optically injected semiconductor laser", IEEE Phot. Journal, vol. 3, no. 4, pp. 644-650, Aug. 2011) , (Y. C. Chen, Y. S. Juan, and F. Y. Lin, "High-frequency microwave signal generation in a semiconductor laser under double injection locking", Proc. of SPIE, vol. 7936, 793609, 2011) .

La utilización de dos láseres de inyección en lugar de un único láser presenta la ventaja de mayor sintonizabilidad de la señal de microondas generada, ya que ésta aparece a una frecuencia dada por la diferencia de frecuencias entre los dos láseres de la inyección. Sin embargo, la máxima frecuencia obtenida con esta técnica no supera los aproximadamente 120 Ghz 10 cual, aunque es mayor que la frecuencia obtenida con un único láser de inyección, queda lejos de cubrir las necesidades actuales de conseguir frecuencias mayores.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un sistema de generación óptica de señales que permite aumentar la frecuencia máxima de las señales hasta las decenas de teraherzios.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de generación óptica de señales, que comprende: un láser esclavo y al menos dos láseres maestros, estando dichos al menos dos láseres maestros configurados para excitar a dicho láser esclavo. El láser esclavo es un láser multimodo, estando el sistema configurado para que dichos al menos dos láseres maestros exciten al menos dos modos de dicho láser multimodo, obteniéndose una señal cuya frecuencia está comprendida en el rango que va desde las frecuencias de microondas a las decenas de teraherzios.

En una realización preferente, el láser esclavo multimodo es excitado por dos láseres maestros.

Preferentemente, el láser esclavo multimodo es un láser VCSEL multimodo.

Preferentemente, dichos al menos dos láseres maestros están conectados al láser esclavo multimodo mediante fibra óptica. En este caso, el sistema comprende preferentemente un medio de acoplamiento para acoplar las señales procedentes de dichos láseres maestros y transmitir la señal resultante al láser esclavo multimodo. Además, el sistema comprende preferentemente un circulador óptico para transmitir la señal procedente de los láseres maestros al láser esclavo multimodo, y transmitir la señal generada por dicho láser esclavo multimodo a una tercera puerta del circulador.

Alternativamente, dichos al menos dos láseres maestros están conectados al láser esclavo multimodo mediante el espacio libre y medios optomecánicos.

Preferentemente, la potencia de los láseres maestros está comprendida entre aproximadamente 1 mW y 1 kW, y más preferentemente entre aproximadamente 1 mW ylOW.

Preferentemente, la potencia del láser esclavo multimodo está comprendida entre aproximadamente 0.1 mW y 10 W, y más preferentemente entre aproximadamente 0.1 mWyl00mW.

Preferentemente, las longitudes de onda de los láseres maestros y esclavo están comprendidas entre aproximadamente 380 nm y 10 /lm, y más preferentemente entre aproximadamente 380 nm y 2, 5 /lm.

Preferentemente, la diferencia de frecuencias ópticas entre los láseres maestros está comprendida entre aproximadamente 1 Ghz Y 20 Thz, Y más preferentemente entre aproximadamente 1 Ghz Y 5 Thz.

Preferentemente, la diferencia de frecuencias ópticas entre modos adyacentes del láser esclavo multimodo está comprendida entre aproximadamente 10 Ghz y 20 Thz, Y más preferentemente entre aproximadamente 10 Ghz y 2 Thz.

Preferentemente, la diferencia de frecuencias ópticas entre el laser maestro de menor frecuencia y el modo de menor frecuencia del láser esclavo multimodo, debe estar comprendida entre aproximadamente -20 Ghz y 20 Ghz, y más preferentemente entre aproximadamente -5 Ghz y 5 Ghz.

Las ventajas de la invención se harán evidentes en la descripción siguiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:

La figura 1 muestra un esquema de un sistema de acuerdo con una primera realización de la invención.

La figura 2 muestra un esquema de un sistema de acuerdo con una segunda realización de la invención.

La figura 3 muestra una comparativa de la potencia y de los espectros de radiofrecuencia (IP (f) 12) y ópticos ClE (f) 12) de un láser esclavo, sujeto a la inyección de dos láseres maestros, cuando dicho láser esclavo es monomodo o multimodo.

La figura 4 muestra una comparativa de la amplitud pico a pico (App) de la potencia total en función de la frecuencia de la señal generada (M) , obtenida con un láser esclavo multimodo o con un láser esclavo monomodo, cuando dicho láser esclavo es excitado por dos láseres maestros, y para dos niveles de potencia de inyección.

La figura 5 muestra la frecuencia máxima (.dfmax) que se puede generar en un láser esclavo monomodo o en un láser esclavo multimodo en función de la potencia de inyección de dos láseres maestros (Piny, ¡) , para una amplitud pico a pico de la señal deO.94mW.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En este texto, el término "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos.

Además, los ténninos "aproximadamente", "sustancialmente", "alrededor de", ''unos'', etc. deben entenderse como indicando valores próximos a los que dichos términos acompañen, ya que por errores de cálculo o de...

1. Sistema de generación óptica de señales, que comprende un láser esclavo (11, 21) Y al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) , estando dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) configurados para excitar a dicho láser esclavo (11, 21)

estando el sistema caracterizado por que el láser esclavo (11, 21) es un láser multimodo, estando el sistema configurado para que dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) exciten al menos dos modos de dicho láser multimodo (11, 21) obteniéndose una señal cuya frecuencia está comprendida en el rango que va desde las frecuencias de microondas a las decenas de teraherzios.

2. El sistema de la reivindicación 1, donde dicho láser esclavo multimodo (11, 21) es excitado por dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) .

3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho láser esclavo multimodo (11, 21) es un láser VCSEL multimodo.

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) están conectados al láser esclavo multimodo (11, 21) mediante fibra óptica (25) .

5. El sistema la reivindicación 4, que comprende un medio de acoplamiento (24) para acoplar las señales procedentes de dichos láseres maestros (12, 13, 22, 23) , Y transmitir la señal resultante al láser esclavo multimodo (11, 21) .

6. El sistema de la reivindicación 5, que comprende un circulador óptico (26) para transmitir la señal procedente de los láseres maestros (12, 13, 22, 23) al láser esclavo

multimodo (11, 21) , Y transmitir la señal generada por dicho láser esclavo multimodo (11, 21) a una tercera puerta del circulador (26) .

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, donde dichos al menos dos láseres maestros (12, 13, 22, 23) están conectados al láser esclavo multimodo (11, 21) mediante el espacio libre y medios optomecánicos.

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la potencia de dichos láseres maestros (12, 13, 22, 23) está comprendida entre aproximadamente 1 mWyl kW.

9. El sistema de la reivindicación 8, donde la potencia de dichos láseres maestros (12, 13, 22, 23) está comprendida entre aproximadamente 1 mW y 10 W.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la potencia de dicho láser esclavo multimodo (11, 21) está comprendida entre aproximadamente 0.1 mWylOW.

11. El sistema de la reivindicación 10, donde la potencia de dicho láser esclavo multimodo (11, 21) está comprendida entre aproximadamente 0.1 mWy 100 mW.

12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las longitudes de onda de dichos láseres maestros (12, 13, 22, 23) y esclavo (11, 21) están comprendidas entre aproximadamente 380 nm y 10 ~m.

13. El sistema de la reivindicación 12, donde las longitudes de onda de dichos láseres maestros (12, 13, 22, 23) Y esclavo (11, 21) están comprendidas entre aproximadamente 380 nm y 2, 5 ~m.

14. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre los láseres maestros (12, 13, 22, 23) está comprendida entre

aproximadamente 1 Ghz Y 20 Thz.

15. El sistema de la reivindicación 14, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre los láseres maestros (12, 13, 22, 23) está comprendida entre aproximadamente 1 Ghz Y 5 5 Thz.

16. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre modos adyacentes de dicho láser esclavo multimodo (11, 21) está comprendida entre aproximadamente 10 Ghz Y 20 Thz.

17. El sistema de la reivindicación 16, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre modos adyacentes de dicho láser esclavo multimodo (11, 21) está comprendida entre aproximadamente 10 Ghz Y 2 Thz.

18. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre el laser maestro de menor frecuencia y el modo de menor frecuencia del láser esclavo multimodo (11, 21) , está comprendida entre aproximadamente -20 Ghz y 20 Ghz.

19. El sistema de la reivindicación 18, donde la diferencia de frecuencias ópticas entre ellaser maestro de menor frecuencia y el modo de menor frecuencia del láser esclavo multimodo (11, 21) , está comprendida entre aproximadamente -5 Ghz y 5 Ghz.