ES2297981B2 - OPTICAL DEMULTIPLEXER. - Google Patents

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Abstract

El demultiplexador óptico. El demultiplexador es un dispositivo ultracompacto que separa espacialmente un haz incidente (4) en al menos dos haces (5, 6) con sendas longitudes de onda (u1, u2), formando entre sí un ángulo (u) prefijado. El dispositivo, representado por dos rejillas (2) de barras (1), consta de una pluralidad de capas de barras (1), fabricadas en material dieléctrico. Disponiendo de un plano (3), que determina la región donde tales longitudes de onda (u1, u2) son recogidas para su análisis, situado a una distancia (xf) del dispositivo, los haces (5, 6) dispersados presentan una determinada anchura (u) y se separan del eje del haz incidente (4) con una distancia de separación (d). Tanto el grosor del dispositivo, la sección de las barras, como el material de su fabricación vienen determinados por el ángulo (u) de separación requerido, optimizándolos para minimizar la diafonía entre canales ópticos a dichas longitudes de onda (u1, u2).The optical demultiplexer. The demultiplexer is an ultra-compact device that spatially separates an incident beam (4) into at least two beams (5, 6) with two wavelengths (u1, u2), forming a predetermined angle (u). The device, represented by two bar gratings (2) (1), consists of a plurality of bar layers (1), made of dielectric material. Having a plane (3), which determines the region where such wavelengths (u1, u2) are collected for analysis, located at a distance (xf) from the device, the scattered beams (5, 6) have a certain width (u) and are separated from the axis of the incident beam (4) with a separation distance (d). Both the thickness of the device, the section of the bars, and the material of its manufacture are determined by the angle (u) of separation required, optimizing them to minimize cross-talk between optical channels at said wavelengths (u1, u2).

Description

Demultiplexador óptico.Optical demultiplexer

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se aplica al campo de las telecomunicaciones, particularmente en las redes de comunicación óptica, extendiéndose su aplicación a los sectores industriales que hacen uso de ellas para la transmisión de datos a gran velocidad, tales como en telefonía móvil, telemedicina, comunicaciones en sistemas espaciales, etc.The present invention applies to the field of telecommunications, particularly in communication networks optics, extending its application to the industrial sectors that they use them for high-speed data transmission, such as in mobile telephony, telemedicine, communications in space systems, etc.

El objeto de la invención es proveer un dispositivo ultracompacto, cuya estructura está basada en múltiples capas que forman una red compuesta por unas barras de material dieléctrico adecuado y configuradas convenientemente para separar, con un ángulo predeterminado, un haz de luz incidente en varias de las longitudes de onda que lo constituyen, permitiendo una dispersión de los haces correspondientes a dichas longitudes de onda o demultiplexación de canales ópticos, con una mínima interferencia entre canales, o lo que es lo mismo, una atenuación máxima de la distorsión para todos los canales.The object of the invention is to provide a ultra-compact device, whose structure is based on multiple layers that form a network composed of bars of material dielectric suitable and conveniently configured to separate, with a predetermined angle, a beam of light incident on several of the wavelengths that constitute it, allowing a dispersion of the beams corresponding to said lengths of wave or demultiplexing of optical channels, with a minimum interference between channels, or what is the same, an attenuation Maximum distortion for all channels.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la actualidad, es cada vez mayor el empleo que se hace de sistemas ópticos para transmitir grandes cantidades de información, representando voz, vídeo y/o datos, a una muy alta velocidad. La demanda de ancho de banda para las comunicaciones ópticas es creciente, en la medida que se utilizan para soportar una elevada carga de canales; por ejemplo, en televisión de alta definición, en servicios de telefonía de tercera generación UMTS, etc.At present, employment is growing which is made of optical systems to transmit large quantities of information, representing voice, video and / or data, at a very high speed. The demand for bandwidth for communications optical is growing, as they are used to support a high load of channels; for example, on high television definition, in UMTS third generation telephone services, etc.

Dentro de las tecnologías de comunicación ópticas, se sabe que puede utilizarse más de una longitud de onda para transmitir la información por diferentes canales. En particular, cada longitud de onda puede ser una portadora para señales correspondientes a sistemas analógicos o digitales.Within communication technologies optical, it is known that more than one wavelength can be used to transmit the information through different channels. In particular, each wavelength can be a carrier for signals corresponding to analog or digital systems.

Una de las técnicas ampliamente usadas para multiplexar un número de señales distintas en un sistema de transmisión óptica es la Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM), mediante la cual la información, transportada con señalización digital, es transmitida modulando cada grupo de señales digitales con una longitud de onda diferente, viajando todas las longitudes de onda simultáneamente por la fibra óptica.One of the widely used techniques for multiplex a number of different signals in a system of Optical transmission is Multiplexing by Length Division of Wave (WDM), whereby the information, transported with digital signaling, is transmitted by modulating each group of digital signals with a different wavelength, traveling all wavelengths simultaneously by the fiber optics.

Con la multiplexación WDM, el ancho de banda se ve incrementado gracias al número de canales independientes por la diversidad de longitudes de onda usadas dentro de un mismo camino de transmisión óptica, como puede ser una fibra o una guía de ondas.With WDM multiplexing, bandwidth is increased thanks to the number of independent channels by the diversity of wavelengths used within the same path optical transmission, such as a fiber or a guide waves.

En obvia consecuencia, cuando un número de longitudes de onda es multiplexado y transmitido a través de una única guía o fibra óptica, se hace necesario posteriormente que los múltiples canales sean demultiplexados en longitudes de onda separadas. Evidentemente, es deseable que este proceso de demultiplexación se lleve a cabo a bajo coste y con una pérdida mínima de señal. Las pérdidas que pueden existir por interferencias entre las distintas longitudes de onda deberían ser similares en magnitud para todos los canales que se demultiplexan.In obvious consequence, when a number of wavelengths is multiplexed and transmitted through a single guide or fiber optic, it is subsequently necessary that multiple channels are demultiplexed at wavelengths separated. Obviously, it is desirable that this process of demultiplexing is carried out at low cost and with a loss minimum signal Losses that may exist due to interference between the different wavelengths should be similar in magnitude for all channels that are demultiplexed.

Un problema asociado con la división por longitud de onda es que si la dispersión física entre cada longitud de onda que atraviesa la fibra óptica es demasiado estrecha, se pueden juntar varias longitudes de onda en un mismo canal, en vez de una sola portadora, lo cual provocaría ruido y distorsión sobre la información contenida en ese canal. Por consiguiente, se requiere un demultiplexor capaz de realizar una separación física de las longitudes de onda en un área suficientemente amplia, para que los múltiples canales de información sean divididos con la menor interferencia posible.A problem associated with division by wavelength is that if the physical dispersion between each length wave that crosses the optical fiber is too narrow, it they can join several wavelengths in the same channel, instead single carrier, which would cause noise and distortion over the information contained in that channel. Therefore, it requires a demultiplexer capable of performing a physical separation of the wavelengths in a wide enough area, so that the multiple information channels are divided with the smallest possible interference

Una solución a dicha problemática la constituyen los elementos ópticos difractivos, descritos por los autores J.L. Horner y P.D. Gianino en la publicación Applied Optics, volumen 23, del año 1984, que pueden modelar el haz procedente de una fuente óptica, como es un láser, según prácticamente cualquier patrón, mediante el control de las fases de las diferentes ondas dispersadas. Esta propiedad se consigue básicamente montando en una capa pequeños elementos ópticos que manipulan cada uno una parte del haz incidente. La implementación de estos elementos se realiza variando su índice de refracción y sus dimensiones en espesor, parámetros que se generan por ordenador, buscando los óptimos con los que se obtiene un haz propagándose por la capa de tales elementos en el patrón
deseado.
A solution to this problem is the diffractive optical elements, described by the authors JL Horner and PD Gianino in Applied Optics , volume 23, of the year 1984, which can model the beam from an optical source, such as a laser, according to virtually any pattern, by controlling the phases of the different dispersed waves. This property is basically achieved by mounting in a layer small optical elements that each manipulate a part of the incident beam. The implementation of these elements is carried out by varying their refractive index and thickness dimensions, parameters that are generated by computer, looking for the optimum with which a beam is obtained by propagating through the layer of such elements in the pattern
wanted.

No obstante, los elementos ópticos difractivos no permiten controlar la reflexión de un rayo de luz desde la opacidad total hasta la transparencia completa.However, diffractive optical elements they do not allow to control the reflection of a ray of light from the total opacity until complete transparency.

Otros dispositivos que vienen a resolver la separación de canales por longitudes de onda son los recogidos, citando unos ejemplos, en los documentos EP 0938205 y US 2004/0051868.Other devices that come to solve the Channel separation by wavelengths are those collected, citing some examples, in documents EP 0938205 and US 2004/0051868.

El demultiplexor óptico descrito en EP 0938205 se de una pluralidad de filtros dicroicos, interconectados secuencialmente y ópticamente acoplados entre sí, que separan cada uno de los canales en el orden de la secuencia de sus respectivas longitudes de onda centrales, comenzando por el canal de menor longitud de onda hasta llegar al de mayor longitud de onda central, eliminando cada vez un canal de los restantes, obteniendo finalmente a la salida de dichos filtros todos los canales por separado.The optical demultiplexer described in EP 0938205 is a plurality of interconnected dichroic filters sequentially and optically coupled to each other, which separate each one of the channels in the sequence order of their respective central wavelengths, starting with the smallest channel wavelength until you reach the one with the largest central wavelength eliminating every time a channel of the remaining ones, finally obtaining at the exit of said filters all channels separately.

En US 2004/0051868, se describe un demultiplexor holográfico que utiliza la técnica de espectroscopia para reflejar las distintas longitudes de onda que compone una señal luminosa, conforme a diferentes posiciones espaciales sobre un dispositivo de detección de una o más de las longitudes de onda reflejadas. Este dispositivo comprende el detector, un elemento de dispersión de la luz, tal como un prisma o una rejilla de difracción, más varios hologramas, constituyendo a su vez cada holograma un elemento de dispersión que redirecciona un rango específico de longitudes de onda o bien una longitud de onda concreta, de las contenidas en el rayo de luz.In US 2004/0051868, a demultiplexer is described holographic that uses the spectroscopy technique to reflect the different wavelengths that make up a light signal, according to different spatial positions on a device detection of one or more of the reflected wavelengths. This device comprises the detector, a dispersion element of the light, such as a prism or diffraction grating, plus several holograms, each hologram constituting an element of dispersion that redirects a specific range of lengths of wave or a specific wavelength, of those contained in the light ray.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La invención que aquí se describe consiste en un dispositivo fotónico que realiza la separación espacial entre al menos un par de longitudes de onda, actuando como un elemento óptico de dispersión de la luz en múltiples haces que corresponden a las distintas longitudes de onda centrales, que se dividen con una anchura determinada para cada haz y formando un ángulo específico entre sí.The invention described herein consists of a photonic device that performs the spatial separation between the minus a couple of wavelengths, acting as an element optical scattering of light in multiple beams that correspond at the different central wavelengths, which are divided with a given width for each beam and forming an angle specific to each other.

Más concretamente, la presente invención se concibe para su integración a guías de onda planas o a fibras ópticas a fin de efectuar el demultiplexado de la señal que viaja por dicha guía-onda o fibra.More specifically, the present invention is conceived for its integration to flat or fiber waveguides optics in order to demultiplex the traveling signal by said waveguide or fiber.

El demultiplexador que se propone está compuesto por una red o rejilla de barras dieléctricas, dispuestas en al menos una pareja de láminas fotónicas, implementadas en dos dimensiones por un procedimiento de procesamiento sobre un solo circuito integrado y seguido de una micromanipulación para su montaje, de acuerdo a una técnica de diseño inverso, la cual resuelve las ecuaciones de Maxwell para un sistema de dos dimensiones empleando la Teoría de la Dispersión Múltiple (MST).The proposed demultiplexer is composed by a grid or grid of dielectric bars, arranged in less a pair of photonic plates, implemented in two dimensions by a processing procedure on a single integrated circuit and followed by a micromanipulation for its assembly, according to a reverse design technique, which solve Maxwell's equations for a system of two dimensions using the Multiple Dispersion Theory (MST).

Este demultiplexador óptico aporta características sustanciales de novedad y notables ventajas en cuanto a sus dimensiones, puesto que en su implementación se consigue un dispositivo ultracompacto, del orden de unos 2 \mum de grosor, al mismo tiempo que representa una importante mejora en el modo de separar los haces en el espacio, ya que logra una mayor eficiencia respecto a los dispersores de luz conocidos, suponiendo una eficiencia medida en términos de diafonía (crosstalk) con un valor inferior a -25 dB para cada canal óptico.This optical demultiplexer provides Substantial characteristics of novelty and notable advantages in as for its dimensions, since in its implementation it get an ultra-compact device, about 2 \ mum thick, while representing a significant improvement in how to separate the beams in space, since it achieves greater efficiency with respect to known light dispersers, assuming an efficiency measured in terms of crosstalk with a value less than -25 dB for each optical channel.

Cada una de las láminas o capas de barras dieléctricas, fabricadas con un semiconductor como el Arseniuro de Galio (AsGa) preferentemente, puede ser crecida mediante técnicas litográficas usuales.Each of the sheets or layers of bars dielectric, manufactured with a semiconductor such as arsenide Gallium (AsGa) can preferably be grown by techniques usual lithographs.

El método de fabricación de la estructura del dispositivo fotónico en tres dimensiones consiste esencialmente en dividir la estructura preparada por una técnica de nanofabricación de semiconductores en varias, al menos dos, láminas en dos dimensiones. Seguidamente, estas láminas fotónicas son montadas en una estructura tridimensional por medio de micromanipulación, aplicando preferiblemente los procedimientos que se definen en el documento "Three-dimensional photonic crystals for optical wavelengths assembled by micromanipulation" del volumen 81 de Applied Physics Leiters, año 2002, así como en el artículo "Micro assembly of semiconductor three-dimensional photonic crystals" del volumen 2 de la publicación Nature Materials del 2003, ambos de los autores K. Aoki, H.T. Miyazaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya y Y. Aoyagi.The method of manufacturing the structure of the photonic device in three dimensions consists essentially in dividing the structure prepared by a semiconductor nanofabrication technique into several, at least two, sheets in two dimensions. Next, these photonic sheets are mounted in a three-dimensional structure by means of micromanipulation, preferably applying the procedures defined in the document "Three-dimensional photonic crystals for optical wavelengths assembled by micromanipulation" of Volume 81 of Applied Physics Leiters , year 2002, as well as in the article "Micro assembly of semiconductor three-dimensional photonic crystals" of volume 2 of the publication Nature Materials of 2003, both by the authors K. Aoki, HT Miyazaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, N. Shinya and Y. Aoyagi.

En función de la separación espacial que se quiere conseguir de los canales ópticos, es decir, dependiendo de las longitudes de onda que interesa dispersar y del ángulo deseado de separación entre haces, en la realización física del dispositivo fotónico se seleccionan ciertos parámetros de diseño, los cuales son el grosor de la estructura laminar, la sección de las barras dieléctricas y su material de construcción, elegidos tras aplicar en un ordenador un proceso de optimización, por ejemplo, el Algoritmo Genético (GA), que asume que todos los elementos de dispersión poseen una posición fija, en combinación con la Teoría MST. En general, el método de optimización podría combinarse con otros algoritmos de cálculo alternativos que definan un procedimiento capaz de simular la dispersión de luz por redes de centros dispersores.Depending on the spatial separation that wants to get from the optical channels, that is, depending on the wavelengths that you want to disperse and the desired angle of separation between beams, in the physical realization of the device photonic certain design parameters are selected, which they are the thickness of the laminar structure, the section of the bars dielectrics and their construction material, chosen after applying in a computer an optimization process, for example, the Algorithm Genetic (GA), which assumes that all dispersion elements they have a fixed position, in combination with the MST Theory. In In general, the optimization method could be combined with others alternative calculation algorithms that define a procedure able to simulate light scattering through center networks dispersers

Si se desea entrar en más detalle sobre la técnica de implementación combinada MST-GA para dispositivos fotónicos, puede referirse al artículo escrito por A. H\ring{a}kansson, J. Sánchez-Dehesa y L. Sanchis, en la publicación del 2005 en el IEEE Journal on selected areas in communications, o bien, al firmada por los mismos autores junto a D. López-Zanón y J. Bravo-Abad, en Applied Physics Letters, volumen 84, año 2004.If you want to go into more detail about the combined implementation technique MST-GA for photonic devices, you can refer to the article written by A. H \ k {a} kansson, J. Sánchez-Dehesa and L. Sanchis, in the publication of the 2005 in the IEEE Journal on selected areas in communications , or, signed by the same authors together with D. López-Zanón and J. Bravo-Abad, in Applied Physics Letters , volume 84, year 2004.

Con respecto a los antecedentes, el demultiplexador óptico propuesto moldea el flujo de luz, permitiendo un control de los parámetros que determinan la forma de dispersión de los haces con un mayor grado de libertad, según la disposición de las barras dieléctricas que conforman la estructura del dispositivo y que se diferencia de las implementaciones de los demultiplexadores existentes en el estado de la técnica.With respect to the background, the proposed optical demultiplexer shapes the flow of light, allowing a control of the parameters that determine the form of dispersion of the beams with a greater degree of freedom, according to the arrangement of the dielectric bars that make up the structure of the device and that differs from the implementations of the existing demultiplexers in the state of the art.

El dispositivo de dispersión fotónica objeto de la invención está basado en una pluralidad de capas formadas por una red de dispersores ópticos individuales, en vez de una única capa de componentes que controlan la fase de los haces dispersados como es el caso de los elementos ópticos difractivos que se conocen y mencionados anteriormente. Además, la estructura de rejilla o porosa del dispositivo de la invención hace posible el control de la reflexión de la luz desde la opacidad absoluta, similarmente a como ocurre en un reflector Bragg, hasta casi la transparencia total. Sin embargo, esta posibilidad de controlar el campo de luz de esa manera tan amplia no puede llevarse a la práctica usando los elementos ópticos difractivos convencionales.The photonic dispersion device subject to The invention is based on a plurality of layers formed by a network of individual optical dispersers, instead of a single layer of components that control the phase of the scattered beams as is the case with the diffractive optical elements that are known and mentioned above. In addition, the grid structure or Porous of the device of the invention makes it possible to control the reflection of light from absolute opacity, similar to as it happens in a Bragg reflector, until almost transparency total. However, this possibility of controlling the light field in that wide way it cannot be implemented using the conventional diffractive optical elements.

Este dispositivo de dispersión fotónica así descrito constituye pues un demultiplexador ultracompacto aplicable en los sistemas WDM, donde se incrementa el ancho de banda de las comunicaciones ópticas en redes de área local (LAN), funcionando en colaboración con los multiplexadores ópticos que enrutan simultáneamente diferentes canales de información a través de una red de fibra óptica. El efecto de cruce de líneas por el acoplamiento esperado entre señales del cableado de fibra óptica se puede reducir por debajo de los -25 dB en cada canal, gracias a la incorporación del demultiplexador óptico en la red de comunicación con multiplexación WDM.This photonic dispersion device as well described thus constitutes an applicable ultracompact demultiplexer in WDM systems, where the bandwidth of the optical communications in local area networks (LAN), operating in collaboration with the optical multiplexers that route simultaneously different channels of information through a fiber optic network The effect of crossing lines through the expected coupling between fiber optic cabling signals is You can reduce below -25 dB on each channel, thanks to the incorporation of the optical demultiplexer in the communication network with WDM multiplexing.

En definitiva, la ventaja principal del demultiplexador descrito es que, además de ser un dispositivo óptico pasivo, presenta un tamaño más reducido, característica que lo convierte en una práctica solución para diversas aplicaciones de las comunicaciones ópticas, donde otros dispositivos, activos o pasivos, no tendrían lugar o implicarían unas mayores dimensiones del sistema al que se integraran.In short, the main advantage of The demultiplexer described is that, in addition to being a device Passive optical, has a smaller size, characteristic that makes it a practical solution for various applications of optical communications, where other devices, active or liabilities, would not take place or would imply greater dimensions of the system to which they will be integrated.

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Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as part member of this description, a set of figures where with illustrative and non-limiting nature, what has been represented next:

La figura 1.- Muestra una representación esquemática de la estructura del dispositivo objeto de la invención y su funcionalidad, indicando los parámetros involucrados en el proceso de diseño inverso para su implementación: x_{f} define la distancia entre el dispositivo de dispersión de la luz y el plano donde se recogen los haces divididos, con longitudes de onda \lambda_{1} y \lambda_{2} respectivamente, adoptando unos valores prefijados sobre una anchura \delta de haz y un ángulo \alpha entre haces.Figure 1.- Shows a representation schematic of the structure of the device object of the invention and its functionality, indicating the parameters involved in the Reverse design process for implementation: x_ {f} defines the distance between the light scattering device and the plane where divided beams are collected, with wavelengths \ lambda_ {1} and \ lambda_ {2} respectively, adopting some default values over a beam width δ and an angle ? between beams.

La figura 2.- Muestra un corte en el plano ortogonal a los ejes de las barras dieléctricas que conforman el dispositivo, según una realización preferente de la invención, representando en los dos ejes de coordenadas su disposición espacial y las dimensiones de las barras en \mum.Figure 2.- Shows a cut in the plane orthogonal to the axes of the dielectric bars that make up the device, according to a preferred embodiment of the invention, representing the disposition in the two coordinate axes spatial and the dimensions of the bars in \ mum.

La figura 3.- Muestra una representación gráfica del funcionamiento del dispositivo dispersor/demultiplexador óptico, en forma de mapa bidimensional generado por la simulación del algoritmo de diseño inverso que implementa el dispositivo y da el valor de la función 20 log (|E (x, y) \lambda_{1} | / | E (x, y) \lambda_{2} |) en el área espacial del dispositivo y sus alrededores, según una posible realización de la invención, que predice la diafonía entre los canales o las longitudes de onda \lambda_{1} y \lambda_{2}.Figure 3.- Shows a graphic representation of the operation of the disperser / demultiplexer device optical, in the form of a two-dimensional map generated by the simulation of the reverse design algorithm that implements the device and gives the value of the 20 log function (| E (x, y) \ lambda_ {1} | / | E (x, y) \ lambda_ {2} |) in the spatial area of device and its surroundings, according to a possible embodiment of the invention, which predicts crosstalk between channels or wavelengths \ lambda_ {1} and \ lambda_ {2}.

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Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

Puede describirse como una de las posibles realizaciones de la invención, un dispositivo óptico compuesto por una pluralidad de capas, en el ejemplo preferente son cinco capas, de barras dieléctricas (1) construidas con el semiconductor AsGa. Preferiblemente, se utilizan sólo cinco capas de barras dieléctricas (1) para garantizar su perfecta alineación mediante la técnica de micromanipulación.It can be described as one of the possible embodiments of the invention, an optical device composed of a plurality of layers, in the preferred example are five layers, of dielectric bars (1) constructed with the semiconductor AsGa. Preferably, only five layers of bars are used dielectric (1) to ensure its perfect alignment through the micromanipulation technique.

A la vista de la Figura 1, la función del dispositivo como dispersor de luz o demultiplexador de canales puede describirse como sigue: El haz de luz (4) es el haz de fotones que contiene una gama de frecuencias determinada e incide perpendicularmente sobre la superficie del dispositivo, representado por dos rejillas (2) de barras (1). El dispositivo dispersor/demultiplexador divide el haz incidente (4) en dos haces (5, 6) con sendas longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}), centradas en 1,50 \mum y 1,55 \mum respectivamente, siguiendo diferentes trayectorias de manera que forman entre sí un ángulo (\alpha) que vale 28º aproximadamente. Disponiendo de un plano (3), que determina la región donde tales longitudes de onda (\lambda, \lambda_{2}) son recogidas para su análisis, situado a una distancia (x_{f}) de unos 20 \mum, los haces de fotones (5, 6) dispersados presentan una anchura (\delta) de alrededor de 1 \mum en dicho plano (3).In view of Figure 1, the function of device as a light scatter or channel demultiplexer It can be described as follows: The beam of light (4) is the beam of photons containing a certain frequency range and impact perpendicularly on the surface of the device, represented by two gratings (2) of bars (1). The device disperser / demultiplexer divides the incident beam (4) into two beams (5, 6) with two wavelengths (\ lambda_ {1}, λ2), centered at 1.50 µm and 1.55 µm respectively, following different paths so that they form an angle (?) that is approximately 28º. Having a plane (3), which determines the region where such wavelengths (\ lambda, \ lambda_ {2}) are collected for its analysis, located at a distance (x_ {f}) of about 20 µm, scattered photon beams (5, 6) have a width (δ) of about 1 µm in said plane (3).

En un ejemplo práctico, el haz de luz (4) puede estar generado por un láser polarizado de forma que su campo eléctrico oscila en dirección paralela al eje transversal de las barras (1), representado como eje de ordenadas (y) en la Figura 2.In a practical example, the light beam (4) can be generated by a polarized laser so that its field electric oscillates in a direction parallel to the transverse axis of the bars (1), represented as ordinate axis (and) in the Figure 2.

En la Figura 2 se muestra un corte en el plano perpendicular a los ejes de las barras dieléctricas que conforman el dispositivo, representando en dos dimensiones su disposición espacial. El material de fabricación de las barras (1), su número, medidas de la sección y la disposición espacial en capas puede variar, atendiendo a la técnica litográfica que se use en la implementación del dispositivo, a la vez que depende de los parámetros de distancia (x_{f}), anchura (\delta) y ángulo (\alpha), relativos a la dispersión de los haces (5, 6), según se fijen como valores óptimos de funcionamiento del demultiplexador. Tales barras (1), en esta realización usando como material dieléctrico el AsGa, disponen de una constante dieléctrica igual a 11,36 aproximadamente, para las longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}) de interés, esto es, en este caso, del orden de 1,50 \mum.A cut in the plane is shown in Figure 2 perpendicular to the axes of the dielectric bars that make up the device, representing its layout in two dimensions space. The manufacturing material of the bars (1), their number, section measurements and spatial arrangement in layers can vary, according to the lithographic technique used in the device implementation, while depending on the parameters of distance (x_ {f}), width (δ) and angle (α), relative to the dispersion of the beams (5, 6), as set as optimal operating values of the demultiplexer. Such bars (1), in this embodiment using as material dielectric AsGa, have a dielectric constant equal to 11.36 approximately, for wavelengths (\ lambda_ {1}, \ lambda_ {2}) of interest, that is, in this case, of the order of 1.50 µm.

Como se observa en el ejemplo de la Figura 2, cada una de las barras dieléctricas (1) presenta una sección cuadrada con unas dimensiones de 0,4 \mum x 0,4 \mum. Puesto que se disponen cinco capas, representadas en el eje de abscisas de la Figura 2, el grosor total del dispositivo es de 2 \mum, lo cual lo convierte en un demultiplexador ultracompacto.As seen in the example in Figure 2, each of the dielectric bars (1) has a section square with dimensions of 0.4 µm x 0.4 µm. Market Stall that five layers are arranged, represented on the abscissa axis of Figure 2, the total thickness of the device is 2 µm, so which makes it an ultra-compact demultiplexer.

Para evitar la diafonía entre los dos canales ópticos constituidos por el par de longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}), la separación (d) entre el eje de incidencia del haz de luz (4) y cada uno de los haces (5, 6) en que es dividido por el demultiplexador, según se representa en la Figura 1, se establece en 5 \mum, estando definida dicha separación (d) del eje del haz incidente (4), transversal al dispositivo, con respecto a la posición donde dichos haces (5, 6) son capturados dentro del plano (3). Por consiguiente, la separación espacial (2d) entre los dos haces (5, 6) vale 10 \mum, en el plano (3) situado a una distancia (x_{f}) de 20 \mum.To avoid crosstalk between the two channels optics consisting of the pair of wavelengths (λ 1, λ 2), the separation (d) between the axis of incidence of the light beam (4) and each of the beams (5, 6) in which is divided by the demultiplexer, as represented in the Figure 1 is set to 5 µm, said defined being separation (d) from the axis of the incident beam (4), transverse to the device, with respect to the position where said beams (5, 6) they are captured within the plane (3). Therefore, the separation  space (2d) between the two beams (5, 6) is worth 10 µm, in the plane (3) located at a distance (x_ {f}) of 20 µm.

Además, al capturar los haces (5, 6) sobre dicho plano (3) se prevé un área mínima o anchura (\delta) de 1 \mum, como se ha dicho anteriormente. Todos estos parámetros (\delta, d, x_{f}) introducidos en el procedimiento de diseño inverso dan lugar a una separación entre haces (5, 6) con un ángulo igual a 28º y una diafonía en ambos canales reducida a menos de -25 dB, como puede apreciarse en la Figura 3.In addition, by capturing the beams (5, 6) on said flat (3) a minimum area or width (δ) of 1 µm is provided, As said before. All these parameters (δ, d, x_ {f}) introduced in the reverse design procedure give place to a separation between beams (5, 6) with an angle equal to 28º and a crosstalk on both channels reduced to less than -25 dB, such as It can be seen in Figure 3.

La Figura 3 ilustra el mapeo bidimensional de la función 20 log (|E (x, y) \lambda_{1} | / | E (x, y) \lambda_{2} |), expresando en el eje de abscisas (X) la distancia entre la primera capa del dispositivo y el plano (3) a la distancia (x_{f}) de hasta 20 \mum aproximadamente, mientras que el eje de ordenadas (Y) toma valores de la sección transversal de los haces (5, 6) en dicho plano (3); es decir, entre el intervalo (d+ \delta/2, d- \delta/2) para el haz (5) medido en los valores de ordenadas (Y) positivos y el intervalo (-d+ \delta/2, -d- \delta/2) para el haz (6) considerado en el cuadrante del espacio de ordenadas (Y) negativas.Figure 3 illustrates the two-dimensional mapping of the 20 log function (| E (x, y) \ lambda_ {1} | / | E (x, y) \ lambda_ {2} |), expressing on the axis of abscissa (X) the distance between the first layer of the device and the plane (3) to the distance (x_ {f}) of up to approximately 20 µm, while that the ordinate axis (Y) takes values of the cross section of the beams (5, 6) in said plane (3); that is, between the interval (d + \ delta / 2, d- \ delta / 2) for the beam (5) measured in positive ordinate (Y) values and interval (-d + δ / 2, -d- δ / 2) for the beam (6) considered in the quadrant of the negative (Y) ordinate space.

Se trata de maximizar la atenuación de la suma de diafonía en los dos canales ópticos establecidos, es decir, garantizar una diafonía mínima entre las dos longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}) para las coordenadas (x_{f}, d) y (x_{f}, -d), con una resolución igual a la anchura (\delta) de los respectivos haces (5, 6). En la Figura 3, se señala con un par de rectángulos (7) la atenuación de unos 25 dB conseguida en las coordenadas deseadas, a 20 \mum de distancia (x_{f}) al plano (3) de análisis y a una separación (d) de 5 \mum \pm 1 \mum, que es el valor de la anchura (\delta) de los haces (5, 6). Las barras dieléctricas (1) del dispositivo se dibujan, en la citada Figura 3, coma cuadrados de 0,4 \mum x 0,4 \mum, según una posible disposición espacial en cinco capas, entre 0 \mum y los 2 \mum de grosor total del demultiplexador. El haz de luz (1) se supone incidiendo sobre la primera capa del dispositivo, en X = 0, según la dirección de abscisas (X) positivas.It's about maximizing the attenuation of the sum of crosstalk in the two established optical channels, that is, guarantee a minimum crosstalk between the two wavelengths (\ lambda_ {1}, \ lambda_ {2}) for the coordinates (x_ {f}, d)  y (x_ {f}, -d), with a resolution equal to the width (δ) of the respective beams (5, 6). In Figure 3, it is indicated with a pair of rectangles (7) the attenuation of about 25 dB achieved in the desired coordinates, 20 \ mum away (x_ {f}) at analysis plane (3) and at a separation (d) of 5 \ mum ± 1 \ mum, which is the value of the width (δ) of the beams (5, 6). The dielectric bars (1) of the device are drawn, in the cited Figure 3, square comma of 0.4 µm x 0.4 µm, according to a possible spatial arrangement in five layers, between 0 µm and 2 µm total thickness of the demultiplexer. The beam of light (1) It is supposed to affect the first layer of the device, in X = 0, according to the direction of abscissa (X) positive.

Los términos con que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.The terms with which this text has been written memory should always be taken broadly and not limitative.

La invención ha sido descrita según este texto y juego de figuras para algunas realizaciones preferentes de la misma, pero el experto en la materia podrá entender que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones y combinarse de diversas maneras dando lugar a más variantes posibles, sin salir del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen seguidamente.The invention has been described according to this text and set of figures for some preferred embodiments thereof, but the subject matter expert will understand that multiple variations may be introduced in said embodiments and combine in various ways giving rise to more variants possible, without leaving the scope defined by the claims which are included below.

Claims (6)

1. Demultiplexador óptico, susceptible de ser integrado a una guía de onda plana o a una fibra óptica, que separa espacialmente las longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}) contenidas en un haz de luz (4) incidente sobre el demultiplexador, para dar a su salida una pluralidad de haces (5, 6) correspondientes a las diferentes longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}) separados mediante un ángulo (\alpha), caracterizado porque consta de una pluralidad de capas de barras (1), fabricadas en un material dieléctrico, configuradas con una sección óptima para obtener un determinado ángulo (\alpha) de separación entre los haces (5, 6) de salida, las cuales dispersan el haz de luz (4) en sus múltiples longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}).1. Optical demultiplexer, capable of being integrated into a flat waveguide or an optical fiber, which spatially separates the wavelengths (λ 1, λ 2) contained in an incident beam of light (4) on the demultiplexer, to give out a plurality of beams (5, 6) corresponding to the different wavelengths (λ 1, λ 2) separated by an angle (α), characterized in that it consists of a plurality of layers of bars (1), made of a dielectric material, configured with an optimum section to obtain a certain angle (?) of separation between the output beams (5, 6), which disperse the beam of light (4) at its multiple wavelengths (λ 1, λ 2). 2. Demultiplexador óptico según reivindicación 1, caracterizado porque el material dieléctrico con el cual se fabrican las barras (1) es AsGa.2. Optical demultiplexer according to claim 1, characterized in that the dielectric material with which the bars (1) are manufactured is AsGa. 3. Demultiplexador óptico según reivindicación 1, caracterizado porque la sección de las barras (1) es cuadrada y de lado igual a 0,4 \mum.3. Optical demultiplexer according to claim 1, characterized in that the section of the bars (1) is square and with a side equal to 0.4 µm. 4. Demultiplexador óptico según reivindicación 1, caracterizado porque el número de capas de barras (1) dieléctricas que componen el demultiplexador es cinco.4. Optical demultiplexer according to claim 1, characterized in that the number of layers of dielectric bars (1) that make up the demultiplexer is five. 5. Demultiplexador óptico según reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo (\alpha) de separación entre los haces (5, 6) es de 28º.5. Optical demultiplexer according to claim 1, characterized in that the angle (?) Of separation between the beams (5, 6) is 28 °. 6. Demultiplexador óptico según reivindicación 1, caracterizado porque los haces (5, 6) de salida corresponden a las longitudes de onda (\lambda_{1}, \lambda_{2}) de 1,50 \mum y 1,55 \mum respectivamente.6. Optical demultiplexer according to claim 1, characterized in that the output beams (5, 6) correspond to the wavelengths (λ 1, λ 2) of 1.50 µm and 1.55 µm respectively.
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