CONTROL DE LA LONGITUD DE ONDA DE UN LASER SINTONIZABLE DE CAVIDAD EXTERNA.

Método para seleccionar la longitud de onda de emisión de un láser sintonizable que tiene una cavidad externa que define una pluralidad de modos de cavidad,

donde la selección se hace por medio de un espejo sintonizable (1; 13) que comprende un retículo de difracción (4) y un guiaondas planar, estando dicho retículo de difracción (4) formado sobre dicho guiaondas planar, formando el retículo de difracción y el guiaondas planar (2) una estructura resonante, comprendiendo el espejo sintonizable (1; 13) adicionalmente un material transmisor de la luz (5) que llena al menos los intersticios del retículo de difracción y tiene un índice de refracción que varía en respuesta a un campo eléctrico aplicado al material transmisor de la luz (5), haciendo al espejo sintonizable (1) sintonizable eléctricamente, comprendiendo dicho método los pasos de:

- emitir un haz luminoso (10) por parte de un medio de ganancia (19) a la cavidad externa;

- aplicar un voltaje alterno de amplitud VTM al material transmisor de la luz (5) del espejo sintonizable (1; 13) a una frecuencia fA seleccionando con ello una longitud de onda de resonancia ?TM de la estructura de resonancia y modulando con ello en amplitud el haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable (1; 13), y

- alinear la longitud de onda de resonancia ?TM del espejo sintonizable (1; 13) con al menos uno de los modos de cavidad analizando la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable (1; 13) a base de variar la amplitud VTM del voltaje aplicado al espejo sintonizable (1; 13) para así minimizar la amplitud de la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado por el espejo sintonizable o transmitido a través del espejo sintonizable

Control de la longitud de onda de un láser sintonizable de cavidad externa.

La invención se refiere a un láser sintonizable de cavidad externa que está especialmente adaptado para redes de comunicación óptica multiplexada por división de longitud de onda. En particular, la invención se refiere a un método para seleccionar y controlar la posición de un elemento sintonizable en un láser sintonizable de cavidad externa.

Técnica afín

El uso de láseres como fuente luminosa sintonizable puede mejorar en gran medida la reconfigurabilidad de los sistemas multiplexados por división de longitud de onda (WDM) o del recientemente desarrollado WDM denso (DWDM). Por ejemplo, pueden asignarse distintos canales a un nodo simplemente a base de sintonizar la longitud de onda. También pueden usarse láseres sintonizables para formar redes privadas virtuales basadas en el encaminamiento de longitud de onda, es decir, redes fotónicas.

Pueden usarse distintos enfoques para contar con láseres sintonizables, láseres de reflector de Bragg distribuido, láseres VCSEL con un espejo superior móvil, o láseres diodo de cavidad externa. Los láseres sintonizables de cavidad externa ofrecen varias ventajas, tales como una alta potencia de salida, una amplia gama de sintonización, buena supresión de modo lateral y pequeño ancho de línea. Han sido desarrollados varios mecanismos de sintonización de láseres para disponer de selección de longitud de onda en la cavidad externa, tales como elementos selectores intracavidad ajustables mecánicamente o activados eléctricamente.

La patente U.S. 6.526.071 describe un láser sintonizable de cavidad externa que puede ser utilizado en aplicaciones de telecom para generar las longitudes de onda centrales para cualquier canal en la red de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). El láser sintonizable que se da a conocer incluye un medio de ganancia, un generador rejilla y un selector de canales, estando tanto el generador rejilla como el selector de canales situados en el camino óptico del haz. El generador rejilla selecciona modos longitudinales periódicos de la cavidad a intervalos correspondientes al espaciamiento entre canales y rechaza los modos contiguos. El selector de canales selecciona un canal dentro de la red de longitudes de onda y rechaza otros canales.

A fin de acomodar el creciente tráfico de comunicaciones ópticas, están en fase de desarrollo sistemas DWDM con un espaciamiento entre canales de 50 GHz y con el tiempo de 25 GHz. Los sistemas DWDM con un espaciamiento entre canales de 50 GHz típicamente requieren una precisión de frecuencia de ± 2,5 GHz, mientras que los sistemas con 25 GHz generalmente requieren una precisión de ± 1,25 GHz. Puesto que el DWDM usa un más estrecho espaciamiento entre canales, la precisión y el control del posicionamiento de los elementos sintonizables asociados a los láseres transmisores dentro de toda la gama de temperaturas de funcionamiento y de sintonización ha llegado a convertirse en un problema importante. Un posicionamiento no óptimo de los elementos sintonizables redunda en pérdidas espaciales y en una reducida potencia de salida del transmisor. Una fiable estrategia de supervisión de la longitud de onda para ajustar rápida y correctamente y mantener la deseada longitud de onda de servicio es por consiguiente deseable en el montaje y el funcionamiento de los elementos sintonizables asociados a los láseres sintonizables.

En los sistemas láser sintonizables de cavidad externa se ponen generalmente en ejecución sistemas de control activo de la longitud de onda láser y de otros parámetros de salida. A menudo estos sistemas de control activo se basan en sincronizar la longitud de onda láser con la deseada longitud de onda de servicio. Las técnicas de sincronización comunes pueden usar una señal de realimentación para mantener la longitud de onda centrada al valor deseado mediante realimentación ya sea de corriente o de temperatura. Los sistemas de sincronización de la longitud de onda pueden estar presentes en forma de circuitería de soporte externo, o bien pueden estar integrados en el módulo láser.

La patente U.S. Nº 6.366.592 describe un láser sintonizable que incluye una cavidad de Fabry-Perot (FP) sintonizable y un modulador de longitud de cavidad que controla la longitud óptica de la cavidad. La cavidad FP es primeramente sintonizada a la deseada longitud de onda de servicio, y luego el modulador de la longitud de cavidad es accionado para variar la longitud física de la cavidad láser en una cantidad que es típicamente menor que una longitud de onda de luz a la longitud de onda de servicio. La fina sintonización de modo intercavidad se logra por referencia a la longitud de onda absoluta según detección efectuada por un sincronizador de longitud de onda. Como alternativa se ajusta la longitud de cavidad hasta haber sido maximizada la potencia de salida, lo cual ocurrirá cuando el modo de cavidad esté centrado en la longitud de onda central del filtro FP. Se dice que la solución descrita en la patente es principalmente aplicable a los láseres sintonizables que tienen cavidades láser cortas, preferiblemente de menos de 3 cm, y en una realización preferida de menos de 1 cm.

Los inventores han observado que la selección de longitud de onda discreta de un elemento intracavidad que es sintonizable continuamente puede limitar la precisión de la sintonización de la longitud de onda y hace uso de un sistema de sincronización de la longitud de onda que es necesario para mantener la longitud de onda al nivel del deseado valor de servicio. Dichos inventores han observado además que el uso de un sistema de sincronización de la longitud de onda, también si está integrado, incrementa el coste del módulo láser y puede ser perjudicial para la compacidad del sistema láser.

La solicitud de patente U.S. Nº 2003/0012239 describe un método para controlar una cavidad láser supervisando el voltaje a través del medio de ganancia y ajustando una característica de pérdida según el voltaje supervisado. Un elemento sintonizador electroóptico proporciona una señal de modulación de frecuencia o acción vibratoria a la cavidad externa y un mecanismo para sintonizar la longitud del camino óptico de la cavidad externa mediante el voltaje aplicado a través del elemento sintonizador.

Los inventores han observado que el supervisar el voltaje a través del medio de ganancia para examinar las pérdidas de la cavidad externa no es una medición directa del comportamiento de las características ópticas del láser, que puede ser influenciado por otros factores independientes de las señales ópticas.

La solicitud de patente U.S. Nº 2003/0007522 da a conocer un láser de cavidad externa que comprende un sintonizador selector de longitud de onda y un sintonizador de cavidad externa, donde el sintonizador de longitud de onda está desacoplado del sintonizador de cavidad externa. Puede introducirse modulación de la longitud del camino óptico de la cavidad externa mediante vibración de frecuencia para producir variaciones de intensidad en la potencia de salida de la cavidad para evaluar las pérdidas de la cavidad externa.

Se describe en la solicitud de patente U.S. Nº 2003/0007526 un sistema láser que incluye un controlador para supervisar varias funciones de un conjunto láser. El controlador láser puede incluir un circuito sintonizador de la longitud de onda para ajustar o sincronizar la longitud de onda de la cavidad externa. El circuito sintonizador puede incluir un generador de señales de modulación para darle una señal de modulación a un elemento de transmisión seleccionado que ocasiona una correspondiente modulación del camino óptico de la cavidad externa del láser.

Los inventores han observado que el ajustar la longitud de la cavidad para llevar la longitud de onda a un máximo local del espectro de transmisión del etalón rejilla supone movimientos mecánicos de al menos un elemento de la cavidad láser, como p. ej. el espejo final, los cuales pueden afectar a la fiabilidad del sistema láser.

Han sido desarrollados los de una serie de dispositivos de cristal líquido (LC) como filtros espectrales electrónicamente sintonizables para selección de longitud de onda en láseres y otros componentes de sistemas WDM.

Los filtros de cristal líquido son a menudo accionados por un voltaje de corriente alterna (c.a.) para impedir la degradación del cristal líquido debido a efectos electroquímicos. En "Frequency locking of a tunable liquid-crystal filter", publicado en la revista Journal of Applied Physics, vol....

1. Método para seleccionar la longitud de onda de emisión de un láser sintonizable que tiene una cavidad externa que define una pluralidad de modos de cavidad, donde la selección se hace por medio de un espejo sintonizable (1; 13) que comprende un retículo de difracción (4) y un guiaondas planar, estando dicho retículo de difracción (4) formado sobre dicho guiaondas planar, formando el retículo de difracción y el guiaondas planar (2) una estructura resonante, comprendiendo el espejo sintonizable (1; 13) adicionalmente un material transmisor de la luz (5) que llena al menos los intersticios del retículo de difracción y tiene un índice de refracción que varía en respuesta a un campo eléctrico aplicado al material transmisor de la luz (5), haciendo al espejo sintonizable (1) sintonizable eléctricamente, comprendiendo dicho método los pasos de:

- emitir un haz luminoso (10) por parte de un medio de ganancia (19) a la cavidad externa;

- aplicar un voltaje alterno de amplitud V_TM al material transmisor de la luz (5) del espejo sintonizable (1; 13) a una frecuencia f_A seleccionando con ello una longitud de onda de resonancia ?_TM de la estructura de resonancia y modulando con ello en amplitud el haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable (1; 13), y

- alinear la longitud de onda de resonancia ?_TM del espejo sintonizable (1; 13) con al menos uno de los modos de cavidad analizando la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable (1; 13) a base de variar la amplitud V_TM del voltaje aplicado al espejo sintonizable (1; 13) para así minimizar la amplitud de la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado por el espejo sintonizable o transmitido a través del espejo sintonizable.

2. Método según la reivindicación 1, donde la modulación de amplitud del haz luminoso reflejado por el espejo sintonizable (1; 13) o transmitido a través del mismo es controlada para que no sea de más de ±2%.

3. Método según la reivindicación 2, donde la modulación de amplitud del haz luminoso reflejado por el espejo sintonizable (1; 13) o transmitido a través del mismo es controlada para que no sea de más de ±1%.

4. Método según la reivindicación 1, donde la componente modulada analizada está a la frecuencia f_A.

5. Método según la reivindicación 1, donde la componente modulada analizada está a la frecuencia 2f_A.

6. Método según la reivindicación 1, donde la selección por medio del espejo sintonizable (1; 13) incluye la introducción de un elemento filtrante entre el medio de ganancia y el espejo sintonizable (1; 13), definiendo dicho elemento de pérdida espectralmente selectivo (12) al menos una banda pasante que comprende al modo de cavidad que es al menos uno de los modos de cavidad.

7. Método según la reivindicación 6, donde el elemento de pérdida espectralmente selectivo (12) es un elemento rejilla que define una pluralidad de bandas pasantes que están prácticamente alineadas con correspondientes canales de una red de longitudes de onda.

8. Método según las reivindicaciones 6 o 7, que comprende adicionalmente el paso de alinear una banda pasante del elemento de pérdida espectralmente selectivo con el modo de cavidad que es al menos uno de los modos de cavidad ajustando la corriente de inyección del medio de ganancia (19) para maximizar la potencia de salida del láser.

9. Método según la reivindicación 8, donde el paso de alinear una banda pasante del elemento de pérdida espectralmente selectivo (12) con el modo de cavidad que es al menos uno de los modos de cavidad y el paso de alinear la longitud de onda de resonancia ?_TM del espejo sintonizable (1; 13) con el modo de cavidad que es al menos uno de los modos de cavidad son realizados secuencialmente.

10. Módulo láser sintonizable configurado para emitir radiación de salida en un único modo longitudinal a una longitud de onda de emisión láser, comprendiendo el módulo láser

- una cavidad externa que define una pluralidad de modos de cavidad;

- un medio de ganancia (19) para emitir un haz luminoso al interior de la cavidad externa;

- un espejo sintonizable (1) que comprende un retículo de difracción (4) y un guiaondas planar (2), estando dicho retículo de difracción formado sobre dicho guiaondas planar, formando el retículo de difracción (4) y el guiaondas planar (2) una estructura resonante, comprendiendo el espejo sintonizable (1) adicionalmente un material transmisor de la luz (5) que llena al menos los intersticios del retículo de difracción y tiene un índice de refracción que varía en respuesta a un campo eléctrico aplicado al material transmisor de la luz (5), haciendo al espejo sintonizable eléctricamente sintonizable en respuesta a un voltaje alterno de amplitud V_TM y frecuencia f_A, para así seleccionar una longitud de onda de resonancia ?_TM y para así modular en amplitud el haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable, y

- un dispositivo controlador apto para alinear la longitud de onda de resonancia ?_TM del espejo sintonizable (1) con al menos uno de los modos de cavidad analizando la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado o transmitido por el espejo sintonizable (1), desempeñando dicho dispositivo controlador dicha función de analizar la componente modulada del haz luminoso (21) reflejado por el espejo sintonizable o transmitido a través del espejo sintonizable variando la amplitud V_TM del voltaje aplicado al espejo sintonizable (1) para así minimizar la amplitud de la componente modulada del haz luminoso.

11. Módulo láser sintonizable según la reivindicación 10, donde el dispositivo controlador está incluido en una tarjeta de circuito electrónico.