PROCEDIMIENTO DE AJUSTE DE LA CONSTANTE DE ACOPLO DE UN ACOPLADOR OPTICO EN GUIA DE ONDA Y ACOPLADOR ASI OBTENIDO.

Procedimiento de ajuste de la constante de acoplo de un acoplador óptico en guía de onda y acoplador así obtenido.

Es objeto de esta invención establecer un procedimiento de ajuste de la constante de acoplo de un acoplador óptico en guía de onda de tal mudo que es posible establecer dicha constante de acoplo (que denotaremos como K) con un valor determinado. Este mismo procedimiento es de aplicación en la apodización o enventanado de guías de onda basadas en resonadores en anillo acoplados. Es igualmente objeto de esta invención el acoplador diseñado con el ajuste de la constante de acoplo K llevado a cabo con el procedimiento anterior, o los dispositivos que hacen uso de resonadores que incorporan tales acopiadores así ajustados

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901145.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: VALENCIA.

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

Fecha de Solicitud: 23 de Abril de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 8 de Febrero de 2012.

Clasificación PCT:

  • G02B6/293 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 6/00 Guías de luz; Detalles de estructura de las disposiciones que comprenden guías de luz y otros elementos ópticos, p. ej. medios de acoplamiento. › con medios de selección de la longitud de onda (para elementos ópticos usados, ver los subgrupos pertinentes de la presente subclase; sistemas multiplex ópticos de división de longitud de onda H04J 14/02).

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de ajuste de la constante de acoplo de un acoplador óptico en guía de onda y acoplador así obtenido. Objeto de la invención Es objeto de esta invención establecer un procedimiento de ajuste de la constante de acoplo de un acoplador óptico en guía de onda de tal modo que es posible establecer dicha constante de acoplo (que denotaremos como K) con un valor determinado. Este mismo procedimiento es de aplicación en la apodización o enventanado de guías de onda basadas en resonadores en anillo acoplados. Es igualmente objeto de esta invención el acoplador diseñado con el ajuste de la constante de acoplo K llevado a cabo con el procedimiento anterior, o los dispositivos que hacen uso de resonadores que incorporan tales acopladores así ajustados. Antecedentes de la invención En dispositivos destinados a la transmisión de información mediante guías ópticas es habitual el uso de filtros que establecen ventanas en ciertos rangos de frecuencias tales que solo es posible la transmisión efectiva de datos en dichos rangos de frecuencias y no en otros. De este modo, en una misma guía óptica es posible la transmisión de paquetes de información transportados haciendo uso de distintas bandas de frecuencia que no interfieren entre sí. En la creación de filtros en guías ópticas para este tipo de aplicaciones es importante la buena definición de la ventana de tal modo que se corresponde en el mayor grado posible a una función en onda cuadrada. El principio básico utilizado para la creación de estos filtros es el uso de resonadores ópticos que a su vez emplean acopladores ópticos principalmente de guías paralelas. A partir de ahora consideraremos que las aplicaciones de mayor interés son las asociadas al uso de óptica integrada. Los acopladores ópticos de guías paralelas son dispositivos que habitualmente están compuestos por dos guías paralelas separadas una distancia d. Ambas guías están acopladas por las colas de los campos electromagnéticos que presentan. Efecto que se conoce como acoplo evanescente. Mediante acoplo evanescente, cuando se inyecta luz en una de las guías de onda, se transferirá progresivamente a la otra guía de onda. La cantidad de potencia transferida viene dada por la constante de acoplo de potencia K. La constante de acoplo se define como la relación entre la potencia cruzada de salida (la potencia que ha sido transferida desde la guía alimentada con luz hasta la otra guía paralela) y la suma de las potencias de salida (que en el caso de no haber pérdidas es igual a la potencia total inyectada). El valor de K depende de la configuración del acoplador: tecnología de fabricación de las guías de onda, sección cruzada, distancia entre guías de onda d y longitud a lo largo de la cual las guías están acopladas de forma evanescente, llamada longitud efectiva leff. Este tipo de acoplador óptico se usa en filtros ópticos basados en resonadores ópticos en anillo acoplados, también conocidos como coupled resonator optical waveguides bajo las siglas (CROWs), los cuales son dispositivos compuestos por una o varias celdas resonantes acopladas entre ellas bien directamente o bien mediante guías de onda auxiliares tal y como se describirá más adelante cuando se expongan los ejemplos de realización de la invención. La respuesta de filtrado de los dispositivos CROW depende mucho del valor de la constante de acoplo K de los acopladores involucrados que operan conjuntamente. Es conocido que si se usa el mismo valor de K para todos los acopladores utilizados en una secuencia de acopladores dispuestos en serie las funciones de respuesta de filtrado en el dominio frecuencial muestran lóbulos laterales significativos y bandas de paso/rechazo de transiciones suaves que no son adecuadas. Es también conocido que los lóbulos laterales pueden reducirse, y que el ancho de las bandas de paso/rechazo puede ajustarse para conseguir que las transiciones sean más abruptas mejorando el comportamiento del filtro. Esta mejora se obtiene ajusfando el valor de K de forma individual en cada acoplador de un dispositivo CROW, partiendo de un valor nominal de K (bien incrementándolo o decrementándolo) considerado como valor de referencia. Existe una técnica para el ajuste del valor individual de K en cada acoplador consistente en variar la distancia d entre las guías de onda del acoplador. Esta técnica es tecnológicamente compleja de realizar y tiene fuertes limitaciones. La distancia entre guías, o los incrementos de distancia que deben aplicarse para conseguir distintos valores de K en cada acoplador requiere un nivel de resolución elevado en la fabricación del integrado en la dirección transversal a la línea que definen las guías paralelas y este nivel de resolución fácilmente está por debajo del paso de resolución de fabricación. 2 ES 2 347 120 A1 Igualmente, es también tecnológicamente complejo fabricar acopladores de guías de onda paralelas con una distancia d pequeña, tal y como se requiere en un acoplo fuerte con una longitud efectiva leef corta como es el caso de la fabricación de dispositivos pequeños. La presente invención resuelve el problema de llevar a cabo un ajuste del valor de K que carece de los inconvenientes citados. Descripción de la invención La presente invención consiste en un procedimiento de ajuste de la constante de acoplo de un acoplador dando lugar a un acoplador óptico tal que comprende: una guía primera y una guía segunda de onda, la guía primera de onda tiene un tramo primero y la guía segunda de onda tiene un tramo segundo tales que entre ambos tramos hay acoplo evanescente en una longitud efectiva l eff y dando lugar a una constante de acoplo K. El acoplo evanescente se produce en tramos entre guías que se encuentran suficientemente próximas como para que los campos evanescentes de cada guía alcancen a la otra guía. El control de la longitud a través de la cual se produce el acoplo entre guías es máximo en tramos paralelos rectos pero en los extremos de estos tramos rectos se suelen configurar tramos curvos ya que los cambios de dirección deben ser realizados con curvas y éstas tienen un límite de curvatura. Siempre existe una región de influencia en estos tramos curvos que pueden variar la longitud efectiva del tramo acoplado evanescentemente. Aunque el uso de tramos rectos paralelos dan lugar a un comportamiento predecible y de fácil control la invención no necesariamente se limita a este tipo de configuraciones. El tramo primero y el tramo segundo tienen una configuración simétrica uno respecto del otro verificándose que, entre el tramo primero y el tramo segundo hay una directriz de tal modo que: el tramo primero está a un lado de la directriz y, el tramo segundo está en el otro lado de la directriz. Es de destacar que la configuración simétrica hace referencia únicamente a la forma que tiene cada tramo, no a que estén posicionadas simétricamente. La existencia de una directriz es una condición geométrica ya que dicha directriz establece una separación entre ambos tramos así como una dirección. En el estado de la técnica, la variación de la constante de acoplo se lleva a cabo variando la distancia d entre tramos; esto es, se modifica la separación en la dirección transversal a la directriz. Por el contrario, en la presente invención el tramo segundo está desplazado una distancia Of en la dirección longitudinal según establece la directriz y respecto de la posición definida por la posición de la simetría del tramo primero para el ajuste del valor de la constante de acoplo K. Será con la ayuda de las figuras de la exposición detallada de la invención como se explicará la última condición correspondiente a la reivindicación 1. Se considera incorporado por referencia cualquier modo de realización de un acoplador según las reivindicaciones dependientes 2 a 5 así como el resonador según las reivindicaciones 6 y 7 haciendo uso de los anteriores acopladores. En particular cualquier chip óptico según las reivindicaciones 8 y 9 se consideran incorporados por referencia a esta descripción. Se considera igualmente dentro de la invención el procedimiento de ajuste de la relación de acoplo K de acuerdo a la reivindicación 10 (que se incorpora por referencia a esta descripción así como las reivindicaciones dependientes 11 a 13), la cual se incorpora por referencia a esta descripción, donde en este caso dos tramos cualesquiera acoplados evanescentemente permiten definir una dirección de máxima variación de acercamiento o alejamiento entre tramos, esto es, la dirección que corresponde a la mayor variación de la separación entre tramos. A modo de ejemplo, dos tramos rectos paralelos tienen una dirección máxima de variación de acercamiento o alejamiento coincidente con la dirección perpendicular a ambos. Si un tramo es desplazado en una dirección cualquiera distinta...

 


Reivindicaciones:

1. Acoplador óptico que comprende una guía primera (1) y una guía segunda (2) de onda, la guía primera (1) de onda tiene un tramo primero (1.1) y la guía segunda (2) de onda tiene un tramo segundo (2.1) tales que entre ambos tramos (1.1, 2.1) hay acoplo evanescente en una longitud efectiva leff y dando lugar a una constante de acoplo K, donde el tramo primero (1.1) y el tramo segundo (2.1) tienen una configuración simétrica uno respecto del otro verificándose que, entre el tramo primero (1.1) y el tramo segundo (2.1) hay una directriz (S) de tal modo que: el tramo primero (1.1) está a un lado de la directriz (S) y, el tramo segundo (2.1) está en el otro lado de la directriz (S), caracterizado porque el tramo segundo (2.1) está desplazado una distancia (Of) en la dirección longitudinal según establece la directriz (S) y respecto de la posición definida por la posición de la simetría del tramo primero (1.1) para el ajuste del valor de la constante de acoplo K. 2. Acoplador según la reivindicación 1 caracterizado porque el tramo primero (1.1) y el tramo segundo (2.1) son rectos. 3. Acoplador según la reivindicación 2 caracterizado porque el tramo primero (1.1) y el tramo segundo (2.1) rectos son paralelos. 4. Acoplador según la reivindicación 3 caracterizado porque tiene una longitud efectiva leff para el valor de acoplo K tal que la derivada de la longitud efectiva l eff respecto a la distancia O f es positiva. 5. Acoplador según la reivindicación 3 caracterizado porque tiene una longitud efectiva leff para el valor de acoplo K tal que la derivada de la longitud efectiva leff respecto a la distancia Of es negativa. 6. Resonador óptico de guía de onda que comprende un acoplador óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5. 7. Resonador óptico de guía de onda compuesto por dos o más acopladores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el valor de la constante de acoplo K de cada uno de los acopladores es distinto. 8. Chip óptico que comprende al menos un acoplador de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 5. 9. Chip óptico que comprende al menos un resonador óptico de acuerdo a las reivindicaciones 6 o 7. 10. Procedimiento de ajuste del valor de la constante de acoplo K en un acoplador óptico que comprende una guía primera (1) y una guía segunda (2) de onda, la guía primera (1) de onda tiene un tramo primero (1.1) y la guía segunda (2) de onda tiene un tramo segundo (2.1) tales que entre ambos tramos hay acoplo evanescente en una longitud efectiva l eff y dando lugar a una constante de acoplo K, caracterizado porque el ajuste del valor de la constante de acoplo K se lleva a cabo determinando un desplazamiento relativo de un tramo (1.1, 2.1) respecto del otro (1.1, 2.1) en la dirección perpendicular a la dirección que corresponde a la mayor variación de la separación entre tramos (1.1, 2.1). 11. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado porque además de llevar a cabo un ajuste según la dirección perpendicular a la dirección que corresponde a la mayor variación de la separación entre tramos (1.1, 2.1), se lleva también a cabo un ajuste adicional variando el grado de separación entre tramos acoplados. 12. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado porque los tramos (1.1, 2.1) acoplados evanescentemente tienen una longitud efectiva l eff tal que la variación de la constante de acoplamiento respecto de la longitud efectiva es positiva. 13. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado porque los tramos acoplados evanescentemente tienen una longitud efectiva l eff tal que la variación de la constante de acoplamiento respecto de la longitud efectiva es negativa. 7 ES 2 347 120 A1 8 ES 2 347 120 A1 9 ES 2 347 120 A1 ES 2 347 120 A1 11 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA

 

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