SISTEMA INTEGRABLE DE ECUALIZACION ACTIVA DE LA DISPERSION CROMATICA.

Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática caracterizado por comprender unos medios ópticos de multiplexado configurados para seleccionar uno entre una multiplicidad de caminos ópticos (5) formados cada uno por la concatenación de una pluralidad de segmentos de guías de onda (2,

2', 2'',...), caracterizadas dichas guías de onda (2, 2', 2'',...) por sus vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, donde la pluralidad de segmentos de guías de onda (2, 2', 2''...) comprende al menos dos vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, distintos y donde dichos vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, forman un sistema generador del espacio vectorial de coeficientes a ecualizar.

Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática.

Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de la tomografía de coherencia óptica de ultra-alta resolución, y más en concreto, en los métodos de compensación de la dispersión cromática.

Antecedentes de la invención La dispersión cromática es un problema en tomografía de coherencia óptica, porque induce una pérdida de resolución por ensanchamiento del patrón de interferencia (OCT, Optical Coherence Tomography) si no está equilibrada entre los brazos de referencia y muestreo. Existen distintos métodos de compensación de la dispersión cromática, que en general se pueden clasificar en dos grupos: uno que utiliza la ecualización física de los dos brazos y otro que intenta compensar a posteriori mediante software la dispersión que no se ha podido ecualizar físicamente. Cuando la dispersión cromática es dependiente de la profundidad del escaneo, bien debido al método de escaneo, a la configuración física del sistema, o a las propiedades del material o tejido que se está estudiando, la compensación de la misma se vuelve más difícil de hacer de forma física. Se han descrito sistemas de compensación de la dispersión mediante software que se adaptan a esta situación, pero tienen la desventaja de que al estar basados en técnicas de procesado de señal, están limitados en su capacidad de adaptación, y necesitan partir de un grado de desajuste de la dispersión cromática moderado. De otro modo, la intensidad de la señal disminuye hasta quedar enterrada en el ruido.

En sistemas de ultra-alta resolución, el problema de la dispersión cromática dependiente de la profundidad es especialmente importante, debido a su baja tolerancia a desajustes, pero también en sistemas de óptica integrada que hagan uso de materiales con fuertes coeficientes de dispersión en torno a la longitud de onda de trabajo, como el silicio, y que intenten ajustar la distancia de trabajo de forma discreta mediante la conmutación de caminos diferentes. La solución de este problema es también importante en líneas de retraso que haga uso de algún efecto que tenga propiedades dispersivas, como puede ser el efecto termo-óptico del silicio a 1.3μm, que pueda perjudicar a la resolución en profundidades de escaneo grandes y para altas resoluciones, aunque si el efecto es moderado puede ser compensado también de forma numérica.

En la literatura de patentes existen documentos sobre este tema. En particular, la solicitud WO2005/117534, la US5994690 y la WO 2007/127395 A2 describen métodos de compensación de la dispersión mediante software. En concreto, en la solicitud WO2005/117534 la compensación de la dispersión se realiza mediante métodos numéricos, en la solicitud US5994690 se describe un algoritmo que usa una función de autocorrelación para corregir los datos de imagen y en la solicitud WO 2007/127395 A2 se generan unos parámetros para la compensación de la dispersión.

El artículo de Guillermo Tearney et al “High-Speed Phase-and Group-Delay Scanning with a Grating-Based Phase Control Delay Line” Opt. Lett. 1997, 22 (27) , pp. 1811-1813 describe un sistema de compensación de la dispersión basado en óptica discreta y una red de difracción. Sin embargo, este sistema sólo hace frente a la dispersión cromática de primer orden y requiere óptica discreta y no es integrable.

La solicitud de patente US2005/0058397 A1 describe un sistema de compensación de la dispersión que utiliza tres interferómetros Mach-Zender en cascada para producir una dispersión ajustable. Por el hecho de utilizar interferómetros el sistema descrito presenta un rango espectral libre (Free Spectral Range o FSR) limitado, y existe un compromiso entre el FSR y la máxima dispersión compensable. En el documento se describe cómo utilizar tal invención para compensar la dispersión en sistemas multi-canal mediante la elección de un FSR que sea divisor entero de la separación espectral entre canales, por lo que se declara que el compensador es acromático. Aunque esto es cierto para sistemas de telecomunicación multi-canal, la aplicación en OCT de un sistema como el descrito en dicho documento requeriría aumentar el FSR en varios órdenes de magnitud respecto a los valores mencionados en el documento, lo que supondría una reducción considerable de la máxima dispersión compensable. Por otra parte, este sistema no permite ajustar de forma independiente el retraso de grupo y la dispersión cromática introducida.

Por otra parte, la solicitud US 2005/0018201 A1 describe un método y un aparato que aumenta la sensibilidad de la detección en OCT en interferometría de baja coherencia pero dividiendo la señal en bandas espectrales, un procedimiento diferente al que se presenta en la presente solicitud.

Se considera por tanto que existe la necesidad de un sistema que permita compensar físicamente la dispersión cromática, que sea integrable mediante técnicas de fabricación de óptica integrada y que pueda utilizarse en sistemas de tomografía de coherencia óptica. Además, es importante para su utilización en OCT que dicho sistema ofrezca la posibilidad de compensar la dispersión cromática de cualquier orden, así como la de ajustar libremente la combinación de retraso de grupo y dispersión de diferentes órdenes introducida en cada momento por el sistema.

Descripción de la invención Esta invención presenta una solución al problema de la dispersión cromática en tomografía de coherencia óptica, que utiliza la ecualización física, y que es apta para ser integrada utilizando técnicas de microfabricación. La solución presentada consiste en la concatenación de segmentos de guía de onda con propiedades dispersivas distintas, de tal forma que la unión resultante posea propiedades de dispersión determinadas. En la invención se recurre a la generación de una multiplicidad de estos elementos, con distintas combinaciones de longitudes de cada tipo de guía de onda, para, mediante medios ópticos de multiplexado, obtener coeficientes de dispersión seleccionables. El multiplexado puede ser de distintos tipos, incluyendo implementaciones en el dominio del tiempo o de la frecuencia. Para la exposición, se opta por una implementación en el dominio del tiempo utilizando conmutadores ópticos, por su conservación de la energía, pero cualquier otra técnica de multiplexado es aplicable. La colocación de este dispositivo en un brazo de referencia o muestreo de OCT ofrece un ajuste físico fino de la dispersión. La invención también hace referencia a un modo de evitar interferencia de los caminos ópticos no activos, en el caso de un multiplexado en el dominio del tiempo, si los conmutadores ópticos no son ideales.

En esta invención se plantea un sistema de ecualización física de la dispersión cromática especialmente apropiado para su implementación utilizando óptica integrada y con las aplicaciones arriba citadas, aunque puede ser implementado utilizado otras tecnologías (fibra óptica, cristales fotónicos, etc.) y para otras aplicaciones. La invención consiste en una arquitectura para la construcción de un dispositivo.

El sistema de compensación activa de la dispersión consiste en una multiplicidad de caminos ópticos compuestos de segmentos de guía de onda con propiedades de retraso de grupo y dispersivas distintas. Estas propiedades divergentes pueden resultar de distintas geometrías, materiales del núcleo o materiales del revestimiento, de aplicar estructuras de grabado o dopaje periódicas (o cuasi-periódicas) con propiedades dispersivas (p.ej. cristales fotónicos, redes de difracción de Bragg) en la zona de guiado de luz, o de otra manera. El número de tipos de segmento depende del orden de la dispersión cromática a corregir, siendo dos el número mínimo de tipos diferentes para compensar combinaciones arbitrarias de retraso de grupo y dispersión de segundo orden. Si existe un desajuste entre los modos que viajan en los distintos tipos de segmento, puede ser necesario aplicar un convertidor de tamaño de modo entre ambos, como un adaptador de guía de ondas en embudo (waveguide taper) , en el caso de un desajuste geométrico.

Claramente, para poder ecualizar cualquier combinación de coeficientes de dispersión y de retraso de grupo, es necesario que los vectores formados por los coeficientes de dispersión por unidad de longitud y el retraso de grupo por unidad de longitud de cada tipo de guía de onda formen un sistema generador del espacio vectorial de coeficientes a ecualizar, y para que el sistema final sea compacto en el caso general, es conveniente que sean suficientemente distintos.

En el caso general, con n el orden más alto de dispersión a...

1. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática caracterizado por comprender unos medios ópticos de multiplexado configurados para seleccionar uno entre una multiplicidad de caminos ópticos (5) formados cada uno por la concatenación de una pluralidad de segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) , caracterizadas dichas guías de onda (2, 2’, 2’’, …) por sus vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, donde la pluralidad de segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) comprende al menos dos vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, distintos y donde dichos vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, forman un sistema generador del espacio vectorial de coeficientes a ecualizar.

2. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según la reivindicación 1, caracterizada por que los vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión, por unidad de longitud, forman una base del espacio vectorial de coeficientes a ecualizar.

3. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según la reivindicación 1, caracterizado por que los vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión distintos resultan de la utilización de distintos materiales.

4. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según la reivindicación 1, caracterizado por que los vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión distintos resultan de la utilización de distintas geometrías y tamaños.

5. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según la reivindicación 1, caracterizado por que los vectores de coeficientes de retraso de grupo y de dispersión distintos resultan de la inclusión de perfiles de índice de refracción distintos con propiedades dispersivas que afectan a la luz que se propaga por las guías de onda (2, 2’, 2’’, …) .

6. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según reivindicación 1, caracterizado por que la concatenación de segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) la forman guías de un mismo tipo de material.

7. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios ópticos de multiplexado son conmutadores ópticos (1) .

8. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la concatenación de segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) comprende al menos un convertidor de tamaño de modo.

9. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende moduladores ópticos (3) configurados para reducir la interferencia de los caminos ópticos (5) no seleccionados.

10. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) están concatenados de forma continua.

11. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) están terminados en unos medios reflexivos (4) que reflejan la luz por el mismo camino óptico (5) por el que viajó la luz incidente en dichos medios (4) .

12. Sistema integrable de ecualización activa de la dispersión cromática, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los segmentos de guías de onda (2, 2’, 2’’, …) están terminados por un sistema simétrico al sistema del que recibió la luz.