Un dispositivo de transmisión óptica que comprende:

un láser maestro (20) configurado para generar una señal maestra (S1);

un láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (80; 270) configurado para enganche óptico porinyección al láser maestro (20), y configurado para generar una señal de salida de láser VCSEL que comprende uncomponente de portadora y un componente de banda lateral modulado; y caracterizado poruna unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) configurada para recibir la señal de salida del láser VCSEL yproporcionar una señal de salida ecualizada que tiene una relación reducida de potencia de componente deportadora a potencia de componente de banda lateral modulado en comparación con la señal de salida del láserVCSEL.

Transmisor óptico para sistemas RoF de ondas mm y método correspondiente

SOLICITUD DE PRIORIDAD

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de patente de los EE.UU. Nº 61/263.124, presentada el 5 20 de noviembre de 2009.

ANTECEDENTES

Campo técnico

La presentación se refiere a dispositivos de transmisión óptica, y más particularmente a dispositivos ópticos de láser semiconductor de enganche óptico por inyección para transmisión óptica a alta velocidad.

Antecedentes de la técnica

Los láseres semiconductores de enganche óptico por inyección (OIL, del inglés “Optically Injection-Locked”) son fuentes ópticas prometedoras para transmisión óptica a alta velocidad debido a que exhiben una respuesta en frecuencia mejorada, y son por lo tanto adecuados para modulación directa. La respuesta en frecuencia mejorada es de particular importancia para sistemas de fibra-inalámbricos multi-Gbps que operan a frecuencias de ondas 15 milimétricas, tales como 60 GHz. En el enganche óptico por inyección, la salida óptica de un láser maestro es inyectada en un láser esclavo. Bajo condiciones particulares, el láser esclavo se “engancha” al maestro, es decir, la emisión láser del láser esclavo está enganchada en frecuencia y fase óptica al campo óptico del láser maestro. Bajo estas condiciones, puede obtenerse una mejora de las características del láser esclavo. Una clase particularmente interesante de fuentes OIL de bajo coste está representada por láseres de cavidad vertical y emisión en superficie

(VCSEL, del inglés “Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser”) de enganche OIL, en que el láser esclavo es un láser VCSEL.

Para un láser esclavo dado, la respuesta en frecuencia depende de la condición de enganche OIL, que está caracterizada por dos parámetros: 1) la desintonización de frecuencia (diferencia en frecuencia óptica entre el láser maestro y el láser esclavo en operación libre) y 2) la tasa de inyección (relación de potencia óptica del láser maestro 25 a potencia óptica del láser esclavo) . Con una elección apropiada de estos parámetros, la respuesta en frecuencia del láser VCSEL de enganche OIL muestra un máximo de resonancia que mejora la respuesta a alta frecuencia. En una condición así, la respuesta en frecuencia del láser VCSEL puede ser sintonizada a paso bajo o paso de banda a una frecuencia más alta. Además, el láser VCSEL de enganche OIL produce una modulación de banda lateral única (SSB, del inglés “Single-SideBand”) . La respuesta en frecuencia de paso de banda y la modulación de banda lateral

única hacen al láser VCSEL de enganche OIL particularmente adecuado para uso en sistemas de radio-sobre-fibra (RoF, del inglés “Radio-over-Fiber”) como transmisor óptico para generar una señal óptica que puede ser transportada a una unidad de antena lejana por medio de una fibra óptica.

Una importante desventaja de los dispositivos de láser VCSEL de enganche OIL conocidos es que la profundidad de modulación alcanzable (es decir, el cociente entre la potencia de señal modulada y la potencia de portadora óptica) 35 es muy pequeña. Esta desventaja surge del hecho de que la salida óptica del láser VCSEL de enganche OIL es espacial y espectralmente coincidente con la potencia óptica del láser maestro, que es reflejada por el propio láser VCSEL. La potencia óptica maestra reflejada no está modulada, y tiene una potencia sustancialmente más alta que la potencia modulada emitida por el láser VCSEL. Consecuentemente, la señal óptica resultante consta de una portadora óptica muy fuerte y una banda lateral modulada mucho más débil. En general, las señales ópticas

débilmente moduladas llevan a una eficiencia de enlace pobre porque el desequilibrio entre la portadora óptica y la banda lateral modulada lleva a una relación señal-ruido (SNR, del inglés “Signal-to-Noise Ratio”) pobre de la señal eléctrica/RF detectada, causando con ello una elevada tasa de error en bits (BER, del inglés “Bit Error Rate”) . Se ha establecido que la mejor eficiencia de enlace se obtiene a menudo cuando la potencia en la portadora y la (s) banda (s) lateral (es) es aproximadamente igual.

45 HYUK-KEE SUNG ET al: “Optical single sideband Modulation using Strong Optical Injection-Locked Semiconductor Lasers”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 19, nº 13, 1 de julio de 2007 (2001-07-01) , páginas 1005-1007, XP011185268, ISSN: 1041-1135, DOI: DOI:10.1109/LPT.2007.898760, informa sobre la demostración experimental de modulación de banda lateral única (SSB) óptica usando un láser semiconductor modulado directamente bajo enganche óptico por inyección fuerte. Se

50 han descrito bandas laterales de modulación con una relación de potencia de 15 dB entre las bandas laterales inferiores y superiores. La banda lateral de longitud de onda más larga es amplificada por resonancia por el modo de cavidad láser con enganche por inyección.

BO ZHANG ET AL: “Reconfigurable Multifunctional Operating Using Optical injection-Locked Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol.

PP, nº 15, 1 de agosto de 2009 (2009-08-01) , páginas 2958-2963, XP011256281, ISSN: 0733-8724 informa además sobre una extensión de la aplicación del sistema de láseres de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) de enganche óptico por inyección (OIL) a redes ópticas futuras realizando operación multifuncional usando un esquema VCSEL-OIL asistido por filtro que puede ser reconfigurado. Usando un láser VCSEL de enganche por inyección de

chirp ajustable único, seguido por un interferómetro de línea de retardo sintonizable, tres funciones que muestran generación monocíclica de banda ultra-ancha, conversión de formato de datos desde no retorno a cero (NRZ, del inglés “NonReturn-to-Zero”) a pseudoretorno a cero (PRZ, del inglés “PseudoReturn-to-Zero”) , y reloj de datos NRZ, se demuestra experimentalmente recuperación a 10 Gb/s.

En sistemas con modulación Mach-Zehnder, que son los sistemas RoF más ampliamente empleados para operación

a alta frecuencia, las potencias ópticas relativas entre la portadora y la (s) banda (s) lateral (es) son controladas a menudo sintonizando la tensión de polarización (electrónica) del modulador. Sin embargo, en dispositivos de enganche OIL, esta limitación no puede ser superada reduciendo la potencia del láser maestro o incrementando la potencia de salida del láser VCSEL, debido a que hacerlo así modificaría la tasa de inyección apartándola del valor necesario para obtener la deseada respuesta en frecuencia.

En vista de lo anterior, es deseable proporcionar dispositivos de transmisión óptica de láser VCSEL de enganche OIL que optimicen la relación de potencia de portadora óptica a potencia de banda lateral de láser esclavo sin cambiar la tasa de inyección de los dispositivos.

SUMARIO

Una realización es un dispositivo de transmisión óptica que comprende un láser maestro configurado para generar

una señal maestra, un láser VCSEL configurado para enganche óptico por inyección al láser maestro, y una unidad de ecualización. El láser VCSEL está configurado para generar una señal de salida de láser VCSEL que comprende un componente de portadora y un componente de banda lateral modulado. La unidad de ecualización está configurada para recibir la señal de salida del láser VCSEL y proporcionar una señal de salida ecualizada que tiene una relación reducida de potencia de componente de portadora a potencia de componente de banda lateral

modulado en comparación con la señal de salida del láser VCSEL.

Otra realización es un dispositivo de transmisión óptica que comprende un láser maestro configurado para generar una señal maestra, un primer láser VCSEL configurado para enganche óptico por inyección al láser maestro, un primer filtro óptico de tres puertos, un segundo láser VCSEL configurado para enganche óptico por inyección al láser maestro, y un segundo filtro óptico de tres puertos. El primer láser VCSEL está configurado... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de transmisión óptica que comprende:

un láser maestro (20) configurado para generar una señal maestra (S1) ;

un láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (80; 270) configurado para enganche óptico por inyección al láser maestro (20) , y configurado para generar una señal de salida de láser VCSEL que comprende un componente de portadora y un componente de banda lateral modulado; y caracterizado por

una unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) configurada para recibir la señal de salida del láser VCSEL y proporcionar una señal de salida ecualizada que tiene una relación reducida de potencia de componente de

portadora a potencia de componente de banda lateral modulado en comparación con la señal de salida del láser VCSEL.

2. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 1, en que:

la unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) comprende un filtro óptico (140, 160; 240, 250) configurado para atenuar el primer componente de portadora para proporcionar de salida la señal de salida ecualizada, en que el filtro

óptico (140, 160; 240, 250) comprende un filtro de paso de banda, un filtro de paso bajo o un filtro de eliminación de banda; y

el dispositivo de transmisión óptica comprende un circulador óptico (70; 260) acoplado al láser maestro (20) y al láser VCSEL (80; 270) , en que el circulador óptico (70; 260) está configurado para encaminar la señal maestra hacia el láser VCSEL (80; 270) y encaminar la señal de salida del láser VCSEL hacia el filtro óptico (140, 160; 240, 250) .

3. El dispositivo de transmisión óptica según las reivindicaciones 1-2, que comprende un amplificador óptico (120; 300) configurado para amplificar la señal de salida ecualizada.

4. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 1, en que:

la unidad de ecualización (140; 190; 230) comprende un primer filtro óptico de tres puertos (150; 240) , en que el primer filtro óptico de tres puertos (150; 240) está configurado para

recibir la señal de salida de láser VCSEL procedente del láser VCSEL (80; 270) ,

separar el componente de portadora y el componente de banda lateral modulado, y

transmitir separadamente el componente de portadora y el componente de banda lateral modulado; y

el dispositivo de transmisión óptica comprende un primer circulador óptico (70; 260) configurado para encaminar la señal maestra hacia el primer láser VCSEL (80) y encaminar la señal de salida del láser VCSEL hacia el primer filtro

óptico de tres puertos (150; 240) .

5. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 4, en que la unidad de ecualización (140) comprende:

un atenuador óptico variable (170) configurado para recibir el componente de portadora procedente del primer filtro óptico de tres puertos (70) y atenuar el componente de portadora para formar un componente de portadora atenuado; y

un segundo filtro óptico de tres puertos (160) o un acoplador de potencia óptica de tres puertos, en que el segundo filtro óptico de tres puertos (160) o el acoplador de potencia óptica de tres puertos está configurado para combinar el componente de portadora atenuado y el componente de banda lateral modulado para proporcionar de salida la señal de salida ecualizada.

6. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 4, en que la unidad de ecualización (140) comprende:

un amplificador óptico configurado para recibir el componente de banda lateral modulado procedente del primer filtro óptico de tres puertos (150) y amplificar el componente de banda lateral modulado para formar un componente de banda lateral amplificado; y

un segundo filtro óptico de tres puertos (160) o un acoplador de potencia óptica de tres puertos, en que el segundo filtro óptico de tres puertos (160) o el acoplador de potencia óptica de tres puertos está configurado para combinar el

45 componente de portadora y el componente de banda lateral amplificado para proporcionar de salida la señal de salida ecualizada.

7. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 1, en que la unidad de ecualización (140; 190; 230) comprende un filtro óptico de tres puertos (150; 240) configurado para: recibir la señal maestra; encaminar la señal maestra hacia el láser VCSEL (80; 270) ; 5 recibir la señal de salida de láser VCSEL procedente del láser VCSEL (80; 270) ;

reflejar o absorber una primera parte del componente de portadora; y proporcionar de salida el componente de banda lateral modulado y una segunda parte del componente de portadora para formar la señal de salida ecualizada.

8. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 7, que comprende un aislador óptico (210) configurado 10 para: recibir la señal maestra procedente del láser maestro (20) ;

transmitir la señal maestra al filtro óptico de tres puertos (190) ; y absorber la primera parte del componente de portadora.

9. El dispositivo de transmisión óptica según la reivindicación 1, en que la unidad de ecualización (90) comprende un

amplificador óptico (120; 300) configurado para proporcionar una ganancia óptica dependiente de la longitud de onda o una pérdida óptica dependiente de la longitud de onda, y en que el amplificador (90, 300) está configurado para recibir la señal de salida del láser VCSEL y o bien amplificar el componente de banda lateral modulado o atenuar el componente de portadora para proporcionar de salida la señal de salida ecualizada.

10. Un método de transmisión óptica que comprende:

enganchar por inyección un láser de cavidad vertical y emisión en superficie (VCSEL) (80; 270) a un láser maestro (20) ; hacer funcionar el láser VCSEL (80; 270) para generar una señal de salida de láser VCSEL que comprende un

componente de portadora y un componente de banda lateral modulado; caracterizado por transmitir la señal de salida del láser VCSEL a una unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) ; 25 formar una señal de salida ecualizada en la unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) , en que la señal de salida

ecualizada comprende una relación reducida de potencia de componente de portadora a potencia de componente de banda lateral modulado en comparación con la señal de salida del láser VCSEL; y proporcionar de salida la señal de salida ecualizada.

11. El método según la reivindicación 10, que comprende:

encaminar una señal maestra procedente del láser maestro (20) hacia el láser VCSEL (80; 270) a través de un circulador óptico (70; 260) ;

encaminar la señal de salida de láser VCSEL procedente del láser VCSEL (80; 270) hacia un filtro óptico (150, 160; 230, 240) en la unidad de ecualización (90; 140; 190; 230) a través del circulador óptico (70; 260) , en que el filtro óptico (150, 160; 230, 240) comprende un filtro de paso de banda, un filtro de paso bajo o un filtro de eliminación de

banda;

atenuar el componente de portadora en el filtro óptico (150, 160; 230, 240) para formar la señal de salida ecualizada; y

proporcionar de salida la señal de salida ecualizada procedente del filtro óptico (150, 160; 230, 240) .

12. El método según la reivindicación 11, que comprende amplificar la señal de salida ecualizada con un 40 amplificador óptico (120; 300) .

13. El método según la reivindicación 10, que comprende:

encaminar la señal maestra hacia el láser VCSEL (80) a través de un primer circulador óptico (70) ;

encaminar la señal de salida del láser VCSEL hacia un primer filtro óptico de tres puertos (150) en la unidad de ecualización (140) a través del primer circulador óptico (70) ; 17

separar el componente de portadora y el componente de banda lateral modulado con el primer filtro óptico de tres puertos (150) ; y

transmitir separadamente el componente de portadora y el componente de banda lateral modulado procedentes del primer filtro óptico de tres puertos (150) .

14. El método según la reivindicación 13, que comprende:

pasar el componente de portadora a través de un atenuador óptico variable (170) en la unidad de ecualización (140) para formar un componente de portadora atenuado; transmitir el componente de portadora atenuado a un segundo filtro óptico de tres puertos (160) o a un acoplador de

potencia óptica de tres puertos en la unidad de ecualización (140) ; 10 combinar el componente de portadora atenuado y el componente de banda lateral modulado en el segundo filtro

óptico de tres puertos (160) o en el acoplador de potencia óptica de tres puertos para formar la señal de salida ecualizada; y proporcionar de salida la señal de salida ecualizada procedente del segundo filtro óptico de tres puertos (160) o del

acoplador de potencia óptica de tres puertos. 15 15. El método según la reivindicación 13, que comprende:

transmitir el componente de portadora a un segundo filtro óptico de tres puertos (160) o a un acoplador de potencia óptica de tres puertos en la unidad de ecualización; amplificar el componente de banda lateral modulado en la unidad de ecualización (140) con un amplificador óptico

(300) para formar un componente de banda lateral amplificado;

transmitir el componente de banda lateral amplificado al segundo filtro óptico de tres puertos (160) o al acoplador de potencia óptica de tres puertos;

combinar el componente de portadora y el componente de banda lateral amplificado en el segundo filtro óptico de tres puertos (160) o en el acoplador de potencia óptica de tres puertos para formar la señal de salida ecualizada; y

proporcionar de salida la señal de salida ecualizada procedente del segundo filtro óptico de tres puertos (160) o del 25 acoplador de potencia óptica de tres puertos.

16. El método según la reivindicación 10, que comprende:

encaminar una señal maestra procedente del láser maestro (20) hacia el láser VCSEL (80) a través de un filtro óptico de tres puertos (190) ; encaminar la señal de salida del láser VCSEL hacia el filtro óptico de tres puertos (190) ;

reflejar o absorber una primera parte del componente de portadora en el filtro óptico de tres puertos (190) ; y proporcionar de salida el componente de banda lateral modulado y una segunda parte del componente de portadora procedentes del filtro óptico de tres puertos (190) para formar la señal de salida ecualizada.

17. El método según la reivindicación 16, en que encaminar la señal maestra procedente del láser maestro (20)

hacia el láser VCSEL (80) comprende encaminar la señal maestra a través de un aislador óptico (210) , y en que el 35 método comprende:

dirigir la primera parte del componente de portadora hacia el aislador óptico (210) ; y

absorber la primera parte del componente de portadora en el aislador óptico (210) .