MXPA00005843A - Rejilla sintonizable perturbada no linealmente - Google Patents

Abstract

Una rejilla de fibra perturbada no linealmente (100) para alcanzar compensación por dispersión sintonizable, reducción de perturbación en láseres de diodo modulado directamente (102), y manipulación de pulsosópticos. Un mecanismo de compensación dinámica por dispersión puede ser implementado en un sistema de comunicaciones de fibra con base en tal rejilla de fibra perturbada no linealmente (100).

Description

REJII-IA SINTONIZABLE PERTURBADA NO INEALMENTE Campo de la Invención La presente invención se refiere a la compensación de la dispersión óptica y a la manipulación de impulsos ópticos, y de una manera más específica, a dispositivos y sistemas que tienen una rejilla óptica capaz de ocasionar demoras dependientes de la longitud de onda. Antecedentes de la Invención Muchos materiales ópticos exhiben diferentes respuestas a las ondas ópticas de diferentes longitudes de onda. Un fenómeno bien conocido es la dispersión cromática, con frecuencia simplemente referida como "dispersión", en donde el índice de refracción de un medio depende de la longitud de onda de una onda óptica. La dispersión con frecuencia hace que las ondas ópticas de diferentes longitudes de onda viajen a diferentes velocidades en un medio dado, debido a que la velocidad de la luz depende del índice de refracción. La dispersión de materiales ópticos en general se relaciona no linealmente con la longitud de onda. La velocidad del grupo con frecuencia se utiliza para caracterizar la dispersión. La velocidad del grupo está relacionada con derivados con respecto a la frecuencia de la constante de propagación de una onda óptica en un medio. La dispersión de velocidad de grupo de primer orden normalmente se expresa como un cambio en el tiempo de propagación de la luz sobre un tramo unitario de fibra con respecto a un cambio en la longitud de onda de la luz. Para las fibras convencionales en telecomunicación, la dispersión de velocidad de grupo de primer orden es del orden de lOps/nm/km a 1550 nanómetros. En muchas aplicaciones, una señal óptica está compuesta de componentes espectrales de diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, una portadora óptica de una sola frecuencia se puede modular con el objeto de imponer información sobre la portadora. Esta modulación genera bandas laterales de modulación a diferentes frecuencias desde la frecuencia portadora. Para otro ejemplo, los impulsos ópticos, que se utilizan ampliamente en el procesamiento de datos ópticos y en las aplicaciones de comunicación, contienen componentes espectrales en cierto rango espectral. El efecto de dispersión puede ocasionar efectos adversos sobre la señal, debido a las diferentes demoras sobre los diferentes componentes espectrales. La dispersión en particular presenta obstáculos para incrementar las velocidades de datos del sistema y las distancias de transmisión sin repetidoras de señales en los sistemas de comunicación de fibra de un solo canal ó multiplexados con división de longitud de onda ("WDM") . Se pueden necesitar velocidades de transmisión de datos de hasta 10 Gbit/segundo ó más altas, con el objeto de satisfacer la creciente demanda en el 5-mercado. La dispersión se puede acumular sobre la distancia para inducir una ampliación ó extensión del impulso. Dos impulsos adyacentes en un tren de impulsos pueden traslaparse uno con el otro a una alta velocidad de datos. Este traslape de impulsos con frecuencia puede ocasionar errores en la transmisión de datos. El efecto de dispersión en los sistemas de fibra puede reducirse de una manera significativa mediante la utilización de una portadora óptica de una amplitud de línea angosta en ó cerca de una longitud de onda de dispersión cero de la fibra. Por ejemplo, los sistemas de fibra que operan cerca de 1.3 mieras con dispositivos de láser DFB de un solo modo como fuentes del luz, se pueden utilizar para este propósito. De una manera alternativa, la dispersión se puede compensar mediante la utilización de elementos compensadores de dispersión. Esto se puede realizar, por ejemplo, mediante la implementación de una fibra compensadora de dispersión ("DCF") para introducir dispersión con un signo opuesto a la dispersión acumulada en un enlace de fibra. Normalmente, una DCF puede ser muchas veces más dispersiva que una fibra convencional (por ejemplo, un factor de 5 a 10) . Un sistema de DCF-compensada es descrito por Nuyts y colaboradores en "Performance improvement of lOGb/s standard fiber transmission systems by using SPM effect in the dispersión compensated fiber", IEEE Photon . Tech . Let t . 8, páginas 1406-1408 (1996) . Otro planteamiento para compensar la dispersión utiliza una rejilla de fibra con períodos de rejilla linealmente perturbados. Ver, por ejemplo, Loh y colaboradores, "10 Gb/s transmission over 700 km o~f standard single-mode fiber with 10-cm chirped fiber grating compensator and duobinary transmitter", IEEE Photon . Tech . Let t . 8, 1258-1260 (1996) . ün- componente" espectral en una señal óptica con una longitud de onda que satisfaga una condición de acoplamiento de fase de Bragg, se refleja de regreso desde la rejilla de fibra. Otros componentes espectrales se transmiten a través de la rejilla. Las condiciones de acoplamiento de fase de Bragg en diferentes posiciones de la rejilla de fibra son diferenciados mediante la perturbación del período de la rejilla. La longitud de onda resonante de la rejilla de fibra cambia con la posición. Cuando se incrementa ó disminuye el período de la rejilla a lo largo de una dirección en la rejilla de fibra, se incrementa ó disminuye la longitud de onda resonante de conformidad con lo mismo. Por consiguiente, se reflejan diferentes componentes espectrales de una señal óptica de regreso-hacia diferentes localizaciones, y tienen diferentes demoras. Estas demoras dependientes de la longitud de onda se pueden utilizar para negar la dispersión acumulada en un enlace de fibra . También se puede utilizar una rejilla de fibra con un período uniforme para producir diferentes demoras en las ondas reflejadas en diferentes localizaciones para compensar la dispersión. Ohn y colaboradores reportan el uso de 21 piezo-segmentos de estiramiento para ocasionar un estiramiento no uniforme en una rejilla de fibra uniforme en "Dispersión variable fibre Bragg grating using a piezoelectric stack", Electron . Let t . 32, páginas 2000-2001 (1996) . Debido a que los segmentos de la rejilla de fibra se pueden estirar por diferentes cantidades, se pueden producir diferentes demoras para diferentes componentes espectrales en diferentes posiciones de la fibra para compensar la dispersión. Compendio de la Invención La presente divulgación describe una rejilla no linealmente perturbada que tiene un mecanismo para ajustar las condiciones de acoplamiento de fase de Bragg. La dispersión de esta rejilla no linealmente perturbada se puede variar dinámicamente para producir una dispersión deseada con demoras relativas deseadas entre diferentes componentes espectrales de una manera controlable . Una modalidad de la invención incluye una rejilla que tiene un período de rejilla no linealmente perturbado. La rejilla se hace de un material mecánicamente estirable ó comprimible. Se acopla un transductor a la rejilla para cambiar uniformemente la longitud total de la rejilla a lo largo de la dirección del vector de rejilla en respuesta a una señal eléctrica de control. La compresión ó expansión de la rejilla proporciona un cambio espectral en el rango espectral operativo. La perturbación no lineal hace que se cambien las demoras relativas de diferentes componentes espectrales en diferentes longitudes de onda, con la longitud total de la rejilla. El transductor se puede controlar para comprimir ó estirar la longitud total de la rejilla, con el objeto de producir un perfil de dispersión sintonizable . Una implementación del transductor incluye un elemento piezoeléctrico. Se aplica una señal de control de voltaje externa al elemento piezoeléctrico para variar la longitud de la rejilla no linealmente perturbada. Otra implementación utiliza un elemento magnetoestric-tivo para cambiar la longitud de la rejilla de acuerdo con un campo magnético de control externo. Otra modalidad de la invención incluye una rejilla con un período de rejilla uniforme y un índice de refracción efectivo no linealmente perturbado a lo largo de la dirección de la rejilla. El material de rejilla responde a un campo de control externo que varía espacialmente, tal como un campo eléctrico, un campo de radiación electromagnética, ó un campo de temperatura a lo largo de la dirección de la rejilla, de tal manera que la perturbación no lineal del índice de refracción efectivo se puede ajustar para cambiar las demoras relativas de diferentes componentes espectrales, y para producir un perfil de dispersión sintonizable . Todavía otra modalidad es una rejilla que tiene un período de rejilla no linealmente perturbado, y un perfil espacial externamente ajustable en el índice de refracción efectivo a lo largo de la dirección de la rejilla. La longitud total y el índice de refracción efectivo de la rejilla, se pueden ajustar individualmente para cambiar las demoras relativas de diferentes componentes espectrales, y para cambiar el rango espectral operativo de la rejilla. Como quiera que se construya, la respuesta de frecuencia de una rejilla no linealmente perturbada se puede sintonizar utilizando una onda acústica que se propague a lo largo de la dirección de la rejilla. La onda acústica induce bases laterales de modulación adicionales en la respuesta de frecuencia de la rejilla. Estas bandas laterales de modulación se desplazan desde la banda base por una separación de frecuencia que depende de la frecuencia de la onda acústica. Por consiguiente, se puede lograr una dispersión ajustable sintonizando la frecuencia de la onda acústica . Un aspecto de la invención es la condensación de dispersión. Se puede disponer una rejilla no linealmente perturbada de conformidad con la invención, en un enlace de fibra, para reducir los efectos de la dispersión. La dispersión producida por esta rejilla se puede sintonizar activamente para compensar la dispersión variable en un enlace de fibra que incluye un analizador de dispersión y un control de retroalimen^ tación. Esta posibilidad de sintonización se puede utilizar convenientemente en una red de fibra dinámica, en donde los patrones de tráfico de comunicación pueden cambiar a través del tiempo. Por ejemplo, se puede originar un canal dado en diferentes localizaciones de la red de tiempo en tiempo, de tal manera que la dispersión acumulada de ese canal dado en un enlace de fibra específico, sea una variable. Por consiguiente, la compensación de dispersión requerida para ese enlace de fibra necesita cambiar de acuerdo con lo mismo. También, las condiciones operativas para la transmisión de punto a punto pueden cambiar, dando como resultado variaciones en la dispersión acumulada para las señales en un enlace de fibra fijo. Otro aspecto de la invención es la cancelación de la perturbación en los dispositivos de láser semiconductores directamente modulados. Una rejilla no linealmente perturbada de conformidad con la invención, se puede utilizar para producir una perturbación complementaria en un impulso de láser con respecto a la perturbación inducida por la modulación, para efectuar una cancelación de perturbación. La posibilidad de sintonización de la rejilla permite la cancelación de la perturbación para diferentes señales de modulación que ocasionan^ diferentes perfiles de perturbación de frecuencia en la salida del dispositivo de láser. Un aspecto adicional de la invención es una configuración de impulso ajustable, en donde se utiliza la dispersión no linealmente perturbada para comprimir ó estirar un impulso óptico hasta un perfil de impulso deseado.

Estas y otras modalidades, aspectos, y ventajas de la invención, llegarán a quedar más claros a la luz de la siguiente descripción detallada, incluyendo los dibujos acompañantes y las reivindicaciones adjuntas. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama que ilustra una rejilla no linealmente perturbada en un elemento de guía de onda. La Figura 2 es un diagrama que muestra una rejilla que tiene un período de rejilla no linealmente perturbado. La Figura 3A es un diagrama que muestra el cambio del espectro reflejante de una rejilla de fibra no linealmente perturbada debido al estiramiento de la fibra. La Figura 3B es un diagrama que muestra la demora de tiempo relativa de las señales reflejadas en dos longitudes de onda diferentes, debido al estiramiento de la fibra. La Figura 4 es un diagrama de una implementación del sistema de la Figura 2, que utiliza un elemento piezoeléctrico. La Figura 5 es una ilustración esquemática de un planteamiento para formar una rejilla no linealmente perturbada en una fibra fotosensible. La Figura 6A es un diagrama que muestra el cambio de longitud de onda medido en las señales reflejadas debido al estiramiento de la fibra en el sistema de la Figura 4. La Figura 6B es un diagrama que muestra el cambio medido del espectro de reflejo en el sistema de la Figura 4.

La Figura 6C es un diagrama que muestra las demoras de_ tiempo no lineales de las señales reflejadas como una función de las longitudes de onda, que se miden en la rejilla de fibra de la Figura 4. La Figura 6D es un diagrama de una rejilla de fibra modulada no linealmente perturbada. La Figura 6E es un diagrama que muestra una señal de voltaje modulada utilizada en la Figura 6D. _ La Figura 6F es un diagrama que muestra las señales de salida reflejadas como una función del tiempo a diferentes frecuencias de modulación. La Figura 7 es un diagrama que muestra una rejilla no linealmente perturbada basada en los efectos electro-ópticos. La Figura 8 es un diagrama que muestra una rejilla fotosensible no linealmente perturbada. La Figura 9 es un diagrama que muestra una rejilla no linealmente perturbada que tiene un elemento de sintonización acústico . Las Figuras 10A y 10B son diagramas de bloques de dos sistemas de compensación de dispersión dinámicamente ajustables. Las Figuras 10C, 10D, y 10E son diagramas que muestran tres implementaciones de ejemplo del analizador de dispersión de las Figuras 10A y 10B. La Figura HA es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación de fibra basado en la configuración de la Figura 10B, que utiliza una rejilla de fibra no linealmente perturbada. Las Figuras 11B, 11C, y 11D son diagramas que muestran los resultados medidos del sistema de la Figura HA. La Figura 12 es un diagrama que ilustra un dispositivo de láser semiconductor que tiene una rejilla de guía de onda no linealmente perturbada para reducir las perturbaciones de frecuencia inducidas por la modulación en la salida del dispositivo de láser. La Figura 13 es un diagrama que muestra un sistema de configuración de impulso basado en una rejilla no linealmente perturbada . Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra una rejilla no linealmente perturbada 100 de conformidad con la invención. La rejilla 100 se forma de un elemento de guía de onda óptica 104, tal como una fibra ó guía de onda. El período de rejilla, ?(x), y el índice de refracción efectivo en la rejilla, n(x), dependen cuando menos parcialmente de la posición, x, a lo largo del elemento de guía de onda 104. Una señal óptica de entrada 102 entra a la rejilla 104 en una incidencia casi normal, para producir una señal reflejada 112 y una señal transmitida 110. Un componente espectral de una longitud de onda X en la señal óptica de entrada 102 se refleja de regreso en la posición x cuando la longitud de onda ?. El período de rejillas ?(x), y el índice de refracción efectivo n(x), satisfacen una condición de acoplamiento de fase de Bragg: 2n(x)?(x) = ?. Por consiguiente, la longitud de onda X de la onda reflejada varía con la posición x de acuerdo con el parámetro de rejilla n(x)?(x) . Diferentes componentes espectrales de diferentes longitudes de onda se reflejan en diferentes localizaciones, y tienen diferentes demoras de fase. Por ejemplo, cuando se incrementa el parámetro de rejilla n(x)?(x) con x, los componentes espectrales en longitudes de onda corta que satisfacen la condición de acoplamiento de fase se reflejan de regreso en localizaciones antes de los componentes a longitudes de onda largas. Un componente espectral en la señal de entrada 102 que no cumpla con la condición de acoplamiento de fase de Bragg anterior, transmite a través del elemento de guía de onda 104, como se indica por una señal 110. El parámetro de rejilla n(x)?(x) determina el rango espectral de la señal reflejada desde la rejilla 100. Esto forma la base de la compensación de dispersión y la configuración del impulso. La rejilla 100 generalmente se configura para tener un" parámetro de rejilla no linealmente perturbada n(x)?(x), es decir, n(x)?(x) cambia de una manera no lineal con la posición x. Esto se puede lograr mediante un n(x), ?(x) no linealmente perturbados, ó una combinación de ambos. La rejilla 100 se puede ajustar para cambiar el espectro de reflejo y las demoras relativas en los diferentes componentes espectrales reflejados. Se implementa un control de rejilla 120 para controlar el parámetro de rejilla n(x)?(x), variando cuando menos uno de n(x) y ?(x) de la rejilla 100. Esto proporciona un rango espectral de reflejo dinámicamente sintonizable y demoras relativas de diferentes componentes espectrales reflejados . La Figura 2 muestra una implementación 200 de la rejilla no linealmente perturbada 100. Una rejilla de fibra 204 tiene un índice de refracción efectivo constante n(x) = n, y un período de rejilla no linealmente perturbado ?(x). Por consiguiente, una longitud de onda de fase acoplada cambia con la posición x de acuerdo con ?(x) solamente. Se acopla un estirador de fibra 220 a la rejilla de fibra 204 para cambiar la longitud total de la rejilla 204. Esto proporciona un control en el espectro de reflejo y las demoras relativas en diferentes componentes espectrales . Cuando se estira la rejilla de fibra 204, se incrementa cada separación de la rejilla. De conformidad con lo anterior, se incrementa una longitud de onda de fase acoplada en cada posición de la rejilla. Por consiguiente, el espectro de reflejo cambia hacia longitudes de onda más largas. Este efecto se ilustra en la Figura 3A, en donde las curvas 302 y 304, respectivamente, representan los perfiles espectrales de reflejo antes y después del estiramiento de la fibra. Debido a que el período de rejilla ?(x) se perturba de una manera no lineal, la demora de los componentes espectrales reflejados también tiene una dependencia no lineal en la posición x. En adición, un cambio en la longitud total de la fibra produce diferentes cambios entre ?(x) en diferentes posiciones a lo largo de la rejilla de fibra 204. Esto produce diferentes demoras relativas para diferentes longitudes de onda que satisfacen la condición de acoplamiento de fase de Bragg. este efecto se puede utilizar para producir perfiles de compensación de dispersión sintonizables . La Figura 3B es un diagrama de las demoras de tiempo relativas de dos longitudes de onda antes y después del estiramiento de la fibra. La curva 306 representa la demora de tiempo como una función de la longitud de onda antes del estiramiento de la fibra. Dos longitudes de onda diferentes ?x y X2 tienen una demora de tiempo relativa ?t una con respecto a la otra. Después de que se estira la rejilla de fibra, se incrementan las demoras de tiempo de ambas longitudes de onda (curva 308), y la demora de tiempo relativa ?t ' es en general diferente de ?t. En el ejemplo mostrado, se incrementa la demora de tiempo relativa ?t ' . Haciendo referencia a la Figura 2, se puede utilizar cualquier dispositivo capaz de estirar la rejilla 204 como el estirador 220. Por ejemplo, se puede utilizar un elemento piezoeléctrico ó un elemento magnetoestrictivo para producir un control sobre la longitud de la rejilla 204 de acuerdo con un voltaje eléctrico ó un campo magnético externo. Los transductores piezoeléctricos y magnetoestrictivos son bien conocidos, y no se describirán en la presente. Una técnica para utilizar una varilla magnetoestrictiva con el fin de estirar una fibra en un campo magnético no uniforme, es dado a conocer por Cruz y colaboradores en "Fibre Bragg gratings tuned and chirped using magnetic fields", Electronics Letters, Volumen 33(3), páginas 235-236 (1997), que se incorpora a la presente como referencia. Esta técnica se puede utilizar en la modalidad 200 de la Figura 2 para ajustar la longitud de la rejilla. En particular, debido a que la rejilla de fibra 204 se perturba de una manera no lineal, se puede utilizar un campo magnético uniforme, en lugar de un campo magnético en gradiente, para estirar uniformemente la rejilla de fibra 204 para sintonizar la respuesta de dispersión. La Figura 4 muestra una implementación de la modalidad 200 mediante la utilización de un elemento piezoeléctrico. Dos extremos de un piezo-elemento 410 se fijan respectivamente en dos lados de una rejilla de fibra no linealmente perturbada 406, por ejemplo, utilizando un adhesivo tal como epoxi. Una fuente de voltaje 412 suministra un voltaje de control al piezo-elemento 410, para cambiar la longitud del piezo, que a su vez acopla la tensión con la rejilla de fibra 204. Se utiliza un circulador óptico 404 para acoplar una señal óptica de entrada 402 a la rejilla de fibra 406, y para dirigir la señal reflejada 408. Se puede colocar un aislador óptico opcional en el otro extremo de la rejilla de fibra 406, para rechazar cualquier señal de retroalimentación óptica. La rejilla de fibra no linealmente perturbada 204 se puede hacer mediante una tecnología casi ultravioleta que utilice un patrón de interferencia producido por una máscara de fase con un haz de luz a 300 nanómetros. La absorción de luz en el núcleo de la fibra a la longitud de onda de 300 nanómetros es suficientemente pequeña para evitar daños a la interfase de revestimiento del núcleo en la fibra. Primero se empapa una fibra fotosensible (por ejemplo, el tipo fabricado por QPS Technology) en una cámara de hidrógeno molecular a alta presión bajo una presión de aproximadamente 250 atmósferas a aproximadamente 60 °C durante aproximadamente 2 días, para dar al núcleo una concentración de hidrógeno estimada de aproximadamente el 2.5 por ciento molar. La Figura 5 ilustra la formación de la rejilla no linealmente perturbada 204 en una fibra fotosensible cargada con hidrógeno 500. Un haz de luz 502 desde un dispositivo de láser de argón ultravioleta que opera sobre un grupo de líneas espectrales de cerca de 300 nanómetros, se enfoca a través de una máscara de fase linealmente perturbada 504 de 50 milímetros de largo, sobre el núcleo de la fibra, a una intensidad de aproximadamente 200 W/cm2. Dos haces de difracción de primer orden 502a y 502b interfieren uno con el otro para formar un patrón de interferencia en la vecindad inmediata de la máscara de fase 504, en donde se localiza el núcleo de la fibra. Cada punto de un milímetro de la fibra 500 se expone durante períodos de tiempo que van desde 5 hasta 100 segundos. Después de cada exposición, la fibra 500 y la máscara 504 se trasladan por un milímetro en relación con el haz de luz ultravioleta 502, y se repite el proceso. El tiempo de exposición variable induce la perturbación no lineal como se muestra en el inserto de la Figura 5. La Figura 6A muestra el cambio de longitud de onda medido en la señal reflejada 408 como una función de voltaje de control aplicado al piezo-elemento 410. La Figura 6B muestra los cambios del espectro de reflejo debidos al estiramiento de la fibra para voltajes en el piezo-elemento 410 a 500 voltios y 100CT voltios, respectivamente. Cuando se aplica un voltaje de control de aproximadamente 1000 voltios al piezo-elemento 410, la banda reflejada se cambia por aproximadamente 1.5 nanómetros, y el cambio de longitud de onda es lineal con respecto al voltaje. La amplitud de banda es de aproximadamente 1 nanómetro, y la reflexibidad varía desde el 85 por ciento hasta el 100 por ciento, es decir, por aproximadamente 0.7 dB. La dispersión varía de una manera no lineal y suavemente desde 300 ps/nm hasta 1000 ps/nm. Mientras se incrementan los voltajes aplicados, las curvas de demora de tiempo cambian hasta longitudes de onda más largas sin distorsionar la forma suave. Por consiguiente, para una longitud de onda de canal transmitido dada, el canal encontrará una compensación de dispersión diferente correspondiente a un estiramiento diferente de la rejilla de fibra no linealmente perturbada. La Figura 6C muestra además las demoras de tiempo no lineales medidas de las señales reflejadas como una función de las longitudes de onda, cuando se estira la rejilla de fibra por diferentes cantidades bajo diferentes voltajes de control. La longitud del elemento piezoeléctrico 410 se puede modular para proporcionar conmutación de dispersión. La Figura 6D muestra un sistema que utiliza la rejilla de fibra 400 para producir una señal con una dispersión modulada. Un generador de señal de modulación 610 modula el control piezo 412, de tal manera que se modula la longitud de la rejilla de fibra 406. Se utiliza un filtro de interferencia de paso de banda con una amplitud de banda de 0.3 nanómetros para filtrar la salida reflejada desde la rejilla de fibra 406. Un fotodetector 630 recibe la señal transmitida desde el filtro 620. Se utiliza un osciloscopio 640 para ver la respuesta de tiempo de la señal de el fotodetector 630. La Figura 6E muestra el voltaje de control modulado aplicado al piezo-elemento 410. En la Figura 6F se muestran las mediciones a las frecuencias de modulación a 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz y 250 Hz. El elemento piezoeléctrico 410 se puede modular hasta aproximadamente 100 Hz utilizando una modulación de 0 a 500 voltios. El límite superior de la respuesta de frecuencia está limitado por las características del PZ . Con esta respuesta dinámica, se puede lograr una compensación de dispersión en menos de 10 milisegundos en las redes ópticas de circuitos conmutados. La rejilla no linealmente perturbada 100 de la Figura 1 también se puede implementar utilizando un elemento de guía de onda que tenga un índice de refracción dependiente del campo eléctrico externo. Un ejemplo de este elemento de guía de onda es una guía de onda dieléctrica ó fibra que exhiba efectos electro-ópticos . LiNb03 es un material electro-óptico comúnmente utilizado. La Figura 7 muestra una rejilla 700 con un período de rejilla no linealmente perturbado en ese elemento de guía de onda 704. El índice de refracción efectivo n(x) del elemento de guía de onda 704 varía con un campo eléctrico. Se disponen una serie de pares de electrodos 712, 714 a lo largo del elementó de guía de onda 704, para producir campos locales ajustables. Un módulo de control de campo eléctrico 710 controla la variación espacial del campo para producir una perturbación no lineal deseada n(x), y para ajustar la dispersión. La Figura 8 muestra otra modalidad 800 que utiliza una radiación electromagnética para controlar la variación espacial del índice de refracción n (x) de un elemento de guía de onda 804. El elemento de guía de onda 804 responde al campo de radiación 802, y tiene un índice dependiente del campo n(x) . Por ejemplo, se pueden utilizar materiales fotosensibles, tales como cristales y polímeros fotorrefractivos, para implementar la presente invención. La perturbación no lineal del índice n(x) se forma aplicando un campo de radiación electromagnética 820 con una distribución de intensidad no lineal a lo largo de la rejilla. Se configura un generador de radiación 810 para controlar la variación de intensidad I (x) del campo 820. En el rango de la frecuencia óptica, el generador de radiación 810 puede ser un dispositivo de láser. Además se contempla que se puede utilizar una onda acústica para modular la respuesta de cualquiera de las rejillas no linealmente perturbadas anteriores para sintonizar la frecuencia de salida. La Figura 9 muestra una rejilla no linealmente perturbada 900 con este mecanismo de sintonización acústica. Un generador de onda acústica 910 produce una onda acústica sintonizable 912. Un acoplador de onda acústica 914, tal como un cuerno de enfoque acústico, acopla la onda acústica en la rejilla 104. En la operación, la onda acústica interactúa con la rejilla, e induce dos tipos de banda estrecha adicionales sobre cualquier lado de la banda base producidos por la condición de resonancia de Bragg. Los componentes de frecuencia en cualquier banda lateral tienen las mismas demoras relativas que en la banda base, pero se cambian desde la banda base en la frecuencia por una cantidad especificada. Ese cambio de frecuencia depende de la frecuencia de la onda acústica. Por consiguiente, la frecuencia de una banda lateral es ajustable cambiando la frecuencia de la onda acústica. Liu y colaboradores dan a conocer esta técnica en "Improved Efficiency Narrow-Band Acoustooptic Tunable Reflector" using Fibre Bragg grating", documento posterior al límite PD4, Annual Meeting of Optical Society of America, "Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Fibers and Waveguides: Applications and Fundamentáis", 26-28 de octubre de 1997, Willíamburg, VA., que se incorpora a la presente como referencia. Las rejillas de fibra no linealmente perturbadas de conformidad con la invención, se pueden sintonizar en dos aspectos. Primero, el perfil de frecuencia de las señales reflejadas y transmitidas se puede cambiar según se desee. Segundo, las demoras relativas de los diferentes componentes de frecuencia en un impulso de entrada se pueden ajustar de una manera controlable. El primer aspecto de posibilidad de sintonización es útil en los sistemas fotónicos de múltiples longitudes de onda, tales como los sistemas de comunicaciones de fibra multiflexada con división de longitud de onda. El segundo aspecto de la posibilidad de sintonización se puede utilizar para la compensación de la dispersión dinámica en muchos sistemas ópticos dispersivos, especialmente en los sistemas de comunicación de fibra. La Figura 10A muestra un sistema de fibra 1000 que tiene un elemento compensador de dispersión sintonizable 1020 de conformidad con la invención. El elemento de dispersión sintonizable 1020 puede ser una rejilla no linealmente perturbada. Un sistema de fibra dispersiva 1010 produce una señal óptica 1012 con cierta cantidad de dispersión. Un analizador de dispersión 1030 -mide la cantidad y el signo de la dispersión acumulada en la señal 1012. El elemento compensador de dispersión sintonizable 1020 utiliza esta información para ajustar la compensación de dispersión, de tal manera que se compensa la dispersión en la señal 112. A medida que cambia la dispersión en el sistema de fibra dispersiva 1010, el elemento compensador de dispersión sintonizable 1020 se ajusta de conformidad con lo mismo, en respuesta al cambio de dispersión, para mantener la compensación de dispersión deseada en la salida 1030. La Figura 10B es un diagrama de bloques para un sistema de comunicación de fibra 1001 que utiliza una rejilla de fibra no linealmente perturbada 1020a para implementar el sistema 1000 de la Figura 10A. Un control de rejilla 1040 ajusta el parámetro de rejilla n(x)?(x) de acuerdo con el comando de control desde el analizador de dispersión 1030, para mantener la salida 1030 apropiadamente compensada. El control de rejilla 1040 puede ser cualquiera ó una combinación de las técnicas mostradas en las Figuras 2, 7, y 8. El analizador de dispersión 1030 se puede implementar en un número de maneras. La Figura 10C muestra una modulación de fase para el detector de dispersión de modulación de amplitud. Un modulador de fase 1051 se dispone en la trayectoria de la señal para modular la fase de la señal antes de la transmisión a través de una fibra dispersiva 1050. Un circuito de detección de envoltura 1060 mide la modulación de amplitud convertida, cuya amplitud corresponde a la dispersión acumulada relativa, en la señal recibida por un fotodetector 1070. De una manera más específica, se puede detectar la polaridad de la dispersión incluyendo la dispersión total de la dispersión de velocidad de grupo en la fibra y la modulación de auto-fase ocasionada por la falta de linearidad de la fibra. Ver Tomizawa y colaboradores, "Nonlinear influence on PM-AM conversión measurement of group velocity dispersión in optical fiber", Electronics Letters, Volumen 30(17), páginas 1434-1435(1994). Luego se utiliza la amplitud de la modulación de amplitud convertida para determinar la dispersión acumulada, y para generar una señal de control para el elemento de compensación de dispersión sintonizable. La Figura 10D muestra otra implementación del analizador de dispersión 1030. Se dispone un modulador electro-óptico 1052 en la trayectoria de la señal para modular la amplitud de la señal antes de la transmisión a través de la fibra dispersiva 1050. El valor de dispersión relativo se puede determinar monitoreando la amplitud del componente de reloj extraída de la señal después de una detección de onda cuadrada. Esto se hace mediante un monitor de componente de reloj 1061. Debido a que la dispersión amplía los impulsos de señal, y reduce la amplitud de la señal, la magnitud del componente de reloj también disminuye de acuerdo con la ampliación. Por consiguiente, mediante el ajuste del compensador de dispersión para maximizar la amplitud de la amplitud de reloj , se puede reducir ó cancelar la disper-sión acumulada. El analizador de dispersión 1030 puede implementarse además midiendo directamente el índice de error de bit de la señal que pasa a través de una fibra dispersiva. Esto se muestra en la Figura 10E. Debido a que la dispersión puede ampliar los impulsos de datos, se degrada el índice de error de bit ("BER") . Un dispositivo de prueba de índice de error de bit 1062 mide el índice de error de bit, y extrae una información relativa de la dispersión acumulada. Con una señal de retroalimentación hacia el compensador de dispersión sintonizable, se puede ajustar la compensación de dispersión para reducir ó minimizar el índice de error de bit. La Figura HA muestra además una implementación específica del sistema de fibra dinámico 1001 de la Figura 10B. Un modulador electro-óptico impone datos sobre un haz de láser a 10 Gbit/segundo. En adición, un modulador de fase modula la fase de la señal óptica antes de la transmisión. Un compensador de dispersión sintonizable 1120 se basa en una rejilla de fibra no linealmente perturbada 400 como en la Figura 4. La trayectoria de la señal que pasa a través de los ciclos de fibra 1110a, 1110b y el conmutador acústico-óptico 1116b, es más dispersiva que la trayectoria de la señal que pasa a través del conmutador acústico-óptico 1116a. Se utilizan amplificadores de fibra adicionados con Er 1108a-c para mantener la fuerza de la señal arriba de un nivel especificado. La dispersión en la señal 1119 es detectada por un analizador de dispersión 1122, dividiendo una pequeña porción de la señal 1119 (por ejemplo, el 10 por ciento) . La mayor parte de la señal 1119 se alimenta a la rejilla de fibra 400, la cual produce una salida de dispersión compensada 1120c. El analizador de dispersión 1122 utiliza un convertidor de PM a AM para medir la dispersión. Debido a las diferentes dispersiones de velocidad de grupo de los diferentes componentes espectrales de la señal, la modulación de fase se convierte a modulación de amplitud después de que la señal ha viajado a través de cierta distancia de la trayectoria de la fibra. La dispersión acumulada se mide mediante el analizador de dispersión 1122. El analizador de dispersión 1122 genera además una señal de control correspondiente hacia la rejilla de fibra sintonizable 400. Se utiliza una prueba de índice de error de bit 1130 para medir el índice de error de bit, con el fin de evaluar el funcionamiento del módulo de compensación de dispersión 1120. La salida 1120c desde el módulo 1120, se amplifica y se filtra mediante un filtro de paso de banda 1126, con una amplitud de banda de 0.3 nanómetros. La Figura 11B muestra los resultados medidos del índice de error de bit como una función de la potencia de la señal en dBm. La Figura 11C muestra la manera en que se genera la señal de control para la sintonización PZT en respuesta a los niveles de dispersión de las señales de entrada. La Figura 11D muestra los diagramas de focal medidos que indican las mejoras significativas en el BER, debido a la compensación de la dispersión dinámica. Las rejillas no linealmente perturbadas anteriormente descritas, también se pueden utilizar en otras aplicaciones, tales como cancelación de perturbación en dispositivos de láser directamente modulados, y configuración de impulsos. La Figura 12 muestra un módulo de láser semiconductor integrado 1200 que tiene una rejilla de guía de onda no linealmente perturbada 1230 para reducir la perturbación de modulación. Se forma un diodo de láser 1210 sobre un sustrato 1202. Se aplica una señal de modulación 1212 al diodo de láser 1210 para modular la corriente de impulso. Esta modulación directa ocasiona perturbaciones de frecuencia en la salida del diodo de láser 1210. Se forma una rejilla de guía de onda no linealmente perturbada 1230 sobre el sustrato 1202 para producir una dispersión, con el fin de reducir la perturbación de la frecuencia . A medida que cambia la frecuencia de modulación de la señal de modulación 1212, también cambia la perturbación en la salida del dispositivo de láser. La relación entre la frecuencia de modulación y la perturbación en la salida del dispositivo de láser, se pueden determinar. Basándose en esta relación, se puede configurar un circuito de control 1250 para generar una señal de control de dispersión correspondiente 1252, con el fin de ajustar la dispersión de la rejilla 1230.

La Figura 13 muestra además un diagrama de bloques de un sistema 1300 para la configuración de impulsos. Una rejilla no linealmente perturbada 1330 puede producir una dispersión variable hacia un impulso de entrada 1312 desde un dispositivo de láser 1310, de tal manera que la salida 1340 desde- la rejilla 1330 tenga una configuración de impulso deseada. Aunque la presente invención se ha descrito con detalle haciendo referencia a unas cuantas modalidades, se pueden hacer diferentes modificaciones y mejoras sin apartarse del alcance y espíritu de las siguientes reivindicaciones.

Claims (47)

1. REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo óptico, que comprende: un elemento de guía de onda operable para transportar energía óptica a lo largo de un eje óptico y teniendo un índice de refracción efectivo que es diferente en diferentes posiciones a lo largo de dicho eje óptico; y una región de perturbación óptica formada en dicho elemento de guía de onda y configurada para tener un período a lo largo de dicho eje óptico, donde dicho período y dicho índice efectivo de refracción efectúan una condición de igualación de fase tal que una onda óptica que es reflejada de dicha región de perturbación óptica tenga una longitud de onda específica, dicha longitud de onda específica teniendo una dependencia no lineal de una posición a lo largo de dicho eje óptico.
2. 2. Un dispositivo como en la reivindicación 1, donde dicho período varía no linealmente a lo largo de dicho eje óptico .
3. 3. Un dispositivo como en la reivindicación 1, donde dicho elemento de guía de onda incluye una fibra.
4. 4. Un dispositivo como en la reivindicación 1, donde dicha guía de onda incluye una guía de onda óptica.
5. 5. Un dispositivo como en la reivindicación 1, comprendiendo además un transductor vinculado a al menos dos partes en dicho elemento de guía de onda, dicho transductor operando para cambiar una longitud de dicho elemento de guía de onda .
6. 6. Un dispositivo como en la reivindicación 5, donde dicho transductor incluye un elemento piezoeléctrico operable para cambiar dicha longitud de dicho elemento de guía de onda en respuesta a un voltaje de control.
7. 7. Un dispositivo como en la reivindicación 5, donde dicho transductor incluye un elemento magneto-restrictivo operable para cambiar la longitud de dicho elemento de guía de onda en respuesta a un campo magnético de control.
8. 8. Un dispositivo como en la reivindicación 7, donde dicho campo magnético de control tiene una distribución de campo uniforme a lo largo de dicho eje óptico de dicho elemento de guía de onda .
9. 9. Un dispositivo como en la reivindicación 1, donde dicho índice efectivo de refracción cambia a lo largo de dicho eje óptico.
10. 10. Un dispositivo como en la reivindicación 9, donde dicho elemento de guía de onda responde a un campo eléctrico de control y dicho índice efectivo de refracción cambia con dicho campo eléctrico de control.
11. 11. Un dispositivo como en la reivindicación 10, donde dicho elemento de guía de onda incluye un material electro-- óptico .
12. 12. Un dispositivo como en la reivindicación 9, donde dicho elemento de guía de onda responde a un campo de radiación electromagnética y dicho índice efectivo de refracción cambia condicho campo de radiación electromagnética.
13. 13. Un dispositivo como en la reivindicación 12, donde dicho elemento de guía de onda incluye un material foto-sensible y dicho campo de radiación electromagnética tiene una variación de intensidad a lo largo de dicho eje óptico de dicho elemento de guía de onda. _
14. 14. Un dispositivo como en la reivindicación 13, donde dicho material foto-sensible es un material foto-refractivo.
15. 15. Un dispositivo como en la reivindicación 1, comprendiendo además un generador de onda acústica dispuesto con relación a dicho elemento de guía de onda y configurado para producir una onda acústica sintonizable en frecuencia a lo largo de dicho eje óptico de dicho elemento de guía de onda, donde dicha onda acústica altera una respuesta de frecuencia de dicha región de perturbación óptica.
16. 16. Un dispositivo óptico, que comprende: una rejilla de fibra formada en una fibra, dicha rejilla de fibra teniendo un período de rejilla que cambia a lo largo de dicha fibra de una manera no lineal para efectuar diferentes retrasos para ondas ópticas de diferentes frecuencias que son igualadas en fase Bragg en dicha rejilla de fibra; y un estirador de fibra vinculado a dicha rejilla de fibra y configurado para cambiar una longitud de dicha rejilla de fibra para producir un cambio en los retrasos relativos de dichas ondas ópticas a dichas frecuencias diferentes.
17. 17. Un dispositivo como en la reivindicación 16, comprendiendo además una unidad de control de rejilla, comunicándose con dicho estirador de fibra para controlar dicha longitud de dicha rejilla de fibra.
18. 18. Un dispositivo como en la reivindicación 17, donde dicho estirador de fibra incluye un elemento piezoeléctrico operable para producir una magnitud específica de cambio de longitud en dicha rejilla de fibra en respuesta a un voltaje de control y dicha unidad de control de rejilla es configurada para producir dicho voltaje de control.
19. 19. Un dispositivo como en la reivindicación 17, donde dicho estirador de fibra incluye un elemento magneto-restrictivo operable para cambiar dicha longitud de dicha rejilla de fibra en respuesta a un campo magnético de control y dicha unidad de control de rejilla es configurada para producir dicho campo magnético de control .
20. 20. Un dispositivo como en la reivindicación 16, donde dicha rejilla de fibra es configurada para tener un índice de refracción que cambia con una posición a lo largo de dicha fibra.
21. 21. Un dispositivo como en la reivindicación 17, donde dicha rejilla de fibra es configurada para tener un índice de refracción que cambia con un campo eléctrico de control producido por dicha unidad de control de rejilla.
22. 22. Un dispositivo como en la reivindicación 21, donde dicha rejilla de fibra incluye un material electro-óptico.
23. 23. Un dispositivo como en la reivindicación 21, donde dicho campo eléctrico de control varía con una posición a lo largo de dicha fibra.
24. 24. Un dispositivo como en la reivindicación 17, donde dicha rejilla de fibra es configurada para tener un índice de refracción que cambia con un campo de radiación electromagnética producido por dicha unidad de control de rejilla.
25. 25. Un dispositivo como en la reivindicación 24, donde dicha rejilla de fibra incluye un material foto-sensible.
26. 26. Un dispositivo como en la reivindicación 25, donde dicho material foto-sensible es un material foto-refractivo.
27. 27. Un dispositivo como en la reivindicación 24, donde dicho campo de radiación electromagnética tiene una variación de intensidad a lo largo de dicha fibra.
28. 28. Un dispositivo como en la reivindicación 16, comprendiendo además un generador de ondas acústicas dispuesto con relación a dicha rejilla de fibra y configurado para producir una onda acústica sintonizable en frecuencia a lo largo de dicha fibra, donde dicha onda acústica altera una respuesta de frecuencia de dicha rejilla de fibra.
29. 29. Un sistema óptico capaz de ajustar dinámicamente la compensación por dispersión, que comprende: un analizador de dispersión, que opera para "recibir una porción de una señal óptica y determinar información acerca de la dispersión en dicha señal óptica; y un elemento compensador de dispersión conectado para comunicarse con dicho analizador de dispersión y configurado para recibir al menos una porción de dicha señal óptica y para sintonizar una compensación por dispersión en respuesta a una señal de control de dicho analizador de dispersión.
30. 30. Un sistema como en la reivindicación 29, donde dicho elemento compensador de dispersión incluye: un elemento de guía de onda operable para transportar energía óptica a lo largo de un eje óptico y teniendo un índice efectivo de refracción que es una función de una posición a lo largo de dicho eje óptico; y una rejilla formada en dicho elemento de guía de onda y configurada para tener un período variable de rejilla a lo largo de dicho eje óptico, donde dicho período variable de rejilla y dicho índice efectivo de refracción efectúan una condición de igualación de fase de Bragg de modo que una onda óptica reflejada de dicha rejilla tenga una longitud de onda específica que tiene una dependencia no lineal en una posición a lo largo de dicho eje óptico .
31. 31. Un sistema como en la reivindicación 29, donde dicho analizador de dispersión incluye un elemento de conversión que convierte una señal óptica modulada en fase en una señal modulada en amplitud.
32. 32. Un sistema como en la reivindicación 29, donde dicho analizador de dispersión incluye un dispositivo operable para medir directamente una tasa de errores de bits en dicha señal óptica para indicar dicha dispersión, dicho analizador de dispersión produciendo dicha señal de control para ajustar dicha compensación por dispersión sintonizable de dicho elemento compensador de dispersión tal que se reduzca dicha tasa de. errores de bits.
33. 33. Un sistema como en la reivindicación 29, donde dicho analizador de dispersión incluye un dispositivo monitor de reloj que mide una amplitud de reloj de dicha señal óptica y produce dicha señal de control tal que dicho elemento compensador de dispersión ajuste dicha compensación por dispersión para incrementar dicha amplitud de reloj .
34. 34. Un sistema como en la reivindicación 29, donde dicha señal óptica incluye una señal multiplexada de división de longitud de onda.
35. 35. Un dispositivo óptico, que comprende: un láser semi-conductor; una fuente de energía eléctrica conectada a dicho láser semi-conductor para proveer una corriente de excitación modulada que produce una salida de láser modulada a partir de dicho láser; una rejilla de guía de onda que tiene un período variable de rejilla y un índice efectivo de refracción para efectuar una condición de igualación de fase de Bragg de modo que una onda óptica reflejada de dicha rejilla de guía de onda tenga una longitud de onda específica que tenga una dependencia no lineal en una posición a lo largo de dicha rejilla de guía de onda ; una unidad de control de rejilla conectada para comunicarse con dicha fuente de energía y configurada para controlar una característica de dispersión de dicha rejilla de guía de onda para reducir una perturbación de frecuencia en dicha salida de láser modulada.
36. 36. Un dispositivo como en la reivindicación 35, donde el láser y dicha rejilla de guía de onda son formados en un sustrato semi-conductor.
37. 37. Un método para operar un sistema de fibra, que comprende : rutear una señal óptica que es transmitida a través de una trayectoria de señal dispersiva a una rejilla de fibra perturbada no linealmente, sintonizable; determinar una dispersión en dicha señal óptica; y ajustar dicha rejilla de fibra sintonizable de acuerdo con dicha polaridad y cantidad de dispersión para reducir la dispersión en dicha señal óptica.
38. 38. Un método como en la reivindicación 37, donde dicha rejilla de fibra tiene un período de rejilla que cambia a lo largo de dicha fibra de una manera no lineal para efectuar diferentes retrasos para ondas ópticas de diferentes frecuencias que son igualadas en fase de Bragg en dicha rejilla de fibra.
39. 39. Un método como en la reivindicación 37, donde dicha rejilla de fibra tiene un índice de refracción que cambia a lo largo de dicha fibra de una manera no lineal para efectuar diferentes retrasos para ondas ópticas de diferentes frecuencias que son igualadas en fase de Bragg en dicha rejilla _de fibra.
40. 40. Un método como en la reivindicación 37, donde el ajuste de dicha rejilla de fibra sintonizable es llevado a cabo estirando dicha rejilla de fibra.
41. 41. Un método como en la reivindicación 37, donde el ajuste de dicha rejilla de fibra sintonizable es llevado a cabo sintonizando una frecuencia de una onda acústica que es lanzada hacia dicha rejilla de fibra.
42. 42. Un método como en la reivindicación 37, donde el ajuste de dicha rejilla de fibra sintonizable es llevado a cabo ajustando un campo eléctrico a lo largo de dicha rejilla de fibra.
43. 43. Un método como en la reivindicación 37, donde el ajuste de dicha rejilla de fibra sintonizable es llevado a cabo ajustando una intensidad de un campo de radiación electromagnética a lo largo de dicha rejilla de fibra.
44. 44. Un método como en la reivindicación 37, donde el ajuste de dicha rejilla de fibra sintonizable es llevado a cabo ajustando un campo magnético a lo largo de dicha rejilla de fibra .
45. 45. Un método como en la reivindicación 37, donde determinar una dispersión en dicha señal óptica es llevado a cabo midiendo directamente una tasa de errores de bits en dicha señal óptica.
46. 46. Un método como en la reivindicación 37, donde determinar una dispersión en dicha señal óptica es llevado a cabo midiendo una señal modulada en amplitud que es convertida a partir de una modulación de fase en dicha señal óptica.
47. 47. Un método como en la reivindicación 37, donde determinar una dispersión en dicha señal óptica es llevada a cabo midiendo una amplitud de reloj .