DISPOSITIVO FOTÓNICO INTEGRADO.

Dispositivo fotónico integrado.

Se describe en este documento un dispositivo fotónico que permite realizar tareas tanto de separación como de combinación de bandas de longitudes de onda en señales ópticas.

Para ello el dispositivo aquí descrito presenta acoplador en estrella, un conjunto de guías de onda ópticas de entrada conectadas a la entrada del acoplador en estrella, una formación de guías de onda conectadas a la salida del acoplador en estrella, y un conjunto de reflectores y desfasadores conectados a dicha formación de guías de onda.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331792.

Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE VALENCIA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CAPMANY FRANCOY,JOSE, MUÑOZ MUÑOZ,PASCUAL, GARGALLO JAQUOTOT,Bernardo, SANCHEZ FANDIÑO,Javier Antonio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02B6/28 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. › teniendo buses de datos, es decir varios guías de ondas interconectados y asegurando un sistema bidireccional por naturaleza que mezcla y divide las señales.

Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO FOTÓNICO INTEGRADO

La presente invención se refiere a un dispositivo fotónico, más concretamente a un 5 dispositivo Arrayed Waveguide Grating (AWG) reflectante con los reflectores basados en un bucle reflector de Sagnac (SLR) .

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los dispositivos fotónicos tipo AWGs convencionales, R-AWGs basados en reflectores formados con el facet o reflectores con grating son conocidos en el estado de técnica, de hecho son conocidos los documentos US5002350 que describe el dispositivo AWG original de Dragone, o el documento de la misma empresa US5450511 que detalla un R-AWG donde las guías de entrada y salida se encuentran intercaladas con reflectores en las guías 15 de salida.

También se tiene constancia del documento US539650 que describe un láser ajustable donde el reflector está formado usando una de las caras del chip. De igual a manera es conocido el documento US 2003007728 A1 el cual describe un AWG y su método de 20 fabricación, con una respuesta substancialmente plana en una banda de longitudes de onda. El dispositivo descrito en este documento consta de un sustrato, una guía de onda óptica de entrada para recibir una señal multiplexada en longitud de onda, un conjunto de guías de onda ópticas de salida en paralelo a la de entrada y conectadas junto con ella a un acoplador en estrella, una primera agrupación de guías de onda conectadas a la salida del 25 acoplador en estrella con una diferencia L entre longitudes de guías consecutivas y un resonador Fabr y -Perot formado por una segunda agrupación de guías conectado a la salida de las guías de la primera agrupación con una diferencia 2L entre longitudes de guías consecutivas, una película metálica de reflectancia 11% en la cara en contacto con el primer array y una película metálica de reflectancia 100% en la cara opuesta. 30

El documento XP006039590 presenta un láser multi-longitud de onda que consiste en una agrupación de cavidades Fabr y -Perot construidas entre dos reflectores de bucle de Sagnac, un AWG de selector de frecuencia y amplificadores ópticos semiconductores (SOA) de medio amplificador. 35

A la vista de estos y otros documentos se entiende que en la literatura se pueden encontrar diferentes formas de implementar los reflectores para el R-AWG, muchas usando material reflectante en las caras del chip o cristales fotónicos, aunque también reflectores externos. Muchas de ellas recurren a estructuras no integradas y/o procesos de fabricación adicionales. 5

Ninguno de los dispositivos mencionados permite modificar la respuesta espectral del AWG a través de los reflectores SLRs y asimismo presentan tamaños muy grandes que condicionan las aplicaciones, fabricación y utilización de los mismos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El presente documento describe un dispositivo fotónico integrado tipo Arrayed Waveguide Grating (AWG) reflectante que puede ser utilizado para procesar (multiplexar/demultiplexar) 15 bandas de longitudes de onda, dispositivo que tiene los reflectores basados en un bucle reflector de Sagnac (SLR) y la constante de acoplo del acoplador del bucle reflector, preferida pero no restringida, definida a 0, 5. De manera más detallada y en respuesta a uno de los problemas anteriormente planteados referidos al tamaño, se trata un R-AWG en el cual los reflectores se obtienen en el mismo proceso litográfico que el AWG. 20

Tal y como se indica anteriormente la invención objeto de este informe es un AWG reflectante permite multiplexar/demultiplexar (combinar/separar) bandas de longitudes de onda, el dispositivo aquí descrito permite además obtener respuesta plana forzando una distribución tipo "sinc" de la señal en la formación modificando la amplitud con los SLR y la 25 fase con desfasadores de banda ancha (PS) .

La presente invención presenta una configuración de dispositivo AWG que es un dispositivo fotónico integrado (PIC del inglés photonic integrated circuit) el cual se usa para la separación / combinación de bandas de longitudes de onda. 30

Un dispositivo AWG está compuesto de:

Un conjunto de guías de onda ópticas de entrada, conectadas a la entrada de un primer acoplador en estrella conocido como acoplador de Dragone por ser el desarrollador del mismo. 35

Una formación de guías de onda (agrupación) conectadas a la salida del primer acoplador en estrella y a la entrada del segundo acoplador en estrella.

Un conjunto de guías de onda de salida conectadas a la salida del segundo acoplador en estrella.

En el dispositivo AWG una señal de luz conectada en la guía de onda de entrada es separada espacialmente entre las salidas dependiendo de las longitudes de onda de las que está compuesta la señal (separar, demultiplexar) . Contrario a esto, cuando varias señales son introducidas por varias salidas, pueden ser combinadas en una entrada (combinar, multiplexar) . El dispositivo es pasivo y recíproco. 10

El campo a la entrada del primer acoplador en estrella se difracta hacia la salida (campo lejano) del acoplador. Este campo lejano se recoge en la agrupación. Para las guías de onda típicamente usadas en las tecnologías de PIC, el campo lejano es una versión ensanchada del campo en la guía de entrada, es decir, tiene la misma forma (típicamente, 15 pero no necesariamente, forma Gaussiana) pero se ensancha sobre un ángulo o longitud más largo. La relación matemática entre el campo en la guía de entrada y la salida del acoplador es la integral de difracción de Fresnel, la cual puede ser aproximada por la transformada de Fourier en la mayoría de los casos de diseño del AWG. Por tanto, la guía de la formación de guías de onda que se encuentra en el centro recoge la máxima amplitud 20 del campo, mientras que la amplitud recogida por el resto de las guías será menor, y relacionada con la guía del centro de la formación o formación por la forma de campo lejano (típicamente, pero no necesariamente, Gaussiana) .

El campo recogido en cada camino de la formación se ve sometido a un diferente desfase o 25 camino recorrido. El AWG objeto de la invención presenta una configuración que permite que la diferencia de fases óptica () entre caminos consecutivos en la agrupación es un número entero de veces (m) 2, esto es = m·2, siendo cada camino el grupo consistente en guía, desfasador y reflector por lo que la diferencia de fases ópticas () se da entre todos y cada uno de dichos elementos: las guías ópticas consecutivas de la 30 formación, así como los desfasadores y reflectores a los cuales se encuentran respectivamente conectadas dichas guías ópticas consecutivas de la formación. Esto supone en general una diferencia de longitudes entre guías de onda consecutivas L = m·0/nw, donde la longitud de onda de operación es 0, y donde nw es el índice efectivo de propagación en la guía. La constante de propagación óptica en la guía es ß=2·nw/, de 35 forma que la diferencia de fase entre guías consecutivas cambia con la longitud de onda utilizada (linealmente con la frecuencia óptica =c/, donde c es la velocidad de la luz en el vacío) . Este frente lineal de fase, combinado en el segundo acoplador en estrella (actuando como transformada de Fourier espacial) , conlleva la anteriormente mencionada separación de las longitudes de onda de entrada en bandas en las salidas del AWG (el punto de enfoque en las diferentes posiciones de salida depende de la longitud de onda / frecuencia 5 debido al diferente desfase dependiente de la frecuencia que se introduce en la agrupación) .

Otra configuración posible para los AWGs es el AWG reflectante (R-AWG) . En este caso, el dispositivo tiene una configuración igual a la mitad del dispositivo AWG y se usan reflectores ópticos a mitad de la agrupación. De esta forma, la señal viaja hacia los reflectores y se 10 envía de vuelta al acoplador en estrella de entrada.

El dispositivo aquí descrito está constituido por guías de onda ópticas que se fabrican en distintos substratos mediante distintas técnicas, como puede ser técnicas de litografía. Para el dispositivo de la presente invención, y tal y como se indica a lo largo de este documento, 15 se hace uso de reflectores que son interferómetros de Sagnac. Dado que este interferómetro está formado también por guías de onda ópticas, es posible fabricar en un mismo proceso y sustrato el dispositivo con sus distintas partes así como el reflector al mismo tiempo, sin necesidad de procesos y/o pasos de fabricación adicionales.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (1) fotónico integrado para procesar bandas de longitudes de onda que comprende:

al menos un acoplador en estrella (2) y, 5

al menos una guía óptica de entrada, conectada a al menos una entrada del acoplador en estrella (2) ,

al menos dos guías ópticas de salida conectadas a al menos una salida del acoplador en estrella (2) e interconectadas formando un bucle,

una formación de guías de onda (3) conectadas a al menos una salida del acoplador 10 en estrella (2) , y

al menos un desfasador (4) ubicado en cada una de las guía de onda de la formación de guías de onda (3) ,

dispositivo (1) caracterizado porque comprende:

ubicado a continuación del desfasador (4) y en un extremo opuesto a aquel en el 15 que conecta cada guía de onda de la formación de guías de onda (3) con el acoplador en estrella (2) , al menos un reflector (5) óptico basado en un bucle reflector (5) de Sagnac (SLR) siendo éste un acoplador óptico el cual a su vez comprende al menos una guía de entrada del reflector, y dos guías de salida del reflector donde las dos guías de salida del reflector se encuentran interconectadas 20 formando un bucle, y - una diferencia de fases ópticas () entre dos guías ópticas consecutivas de la formación de guías de onda (3) , desfasadores (4) y reflectores (5) a los cuales se encuentran respectivamente conectadas dichas guías ópticas consecutivas de la formación de guías de onda (3) , donde dicha diferencia es igual a un número entero 25 de veces (m) 2, esto es = m·2.

2. Dispositivo (1) fotónico integrado según reivindicación 1 caracterizado porque la constante de acoplo del acoplador del bucle reflector (5) se encuentra comprendida entre 0 y 1. 30

3. Dispositivo (1) fotónico integrado según reivindicación 2 caracterizado porque la constante de acoplo del acoplador del bucle reflector (5) es 0, 5.

4. Dispositivo (1) fotónico integrado según reivindicación 1 ó 2 que comprende más de un reflector (5) caracterizado porque cada bucle de cada reflector (5) tiene distintas longitudes.


 

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