WO2006097559A2 - Dispositivo amplificador óptico de semiconductor - Google Patents

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WO2006097559A2
WO2006097559A2 PCT/ES2006/000125 ES2006000125W WO2006097559A2 WO 2006097559 A2 WO2006097559 A2 WO 2006097559A2 ES 2006000125 W ES2006000125 W ES 2006000125W WO 2006097559 A2 WO2006097559 A2 WO 2006097559A2
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Salvador Sales Maicas
Daniel Pastor Abellan
Beatriz Ortega Tamarit
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Universidad Politécnica De Valencia
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    • H01S5/509—Wavelength converting amplifier, e.g. signal gating with a second beam using gain saturation

Definitions

  • the present invention has its application in the manufacture of optical mixers and sources generating optical signals, in general, intended to be used in numerous telecommunications services and particularly applicable to many sectors: military, medicine, astronomy, entertainment, ...
  • the object of the invention is to provide an active device with a non-linear response that is capable of generating and / or mixing signals in the indicated frequency band, which is constructed with the same manufacturing technology of known semiconductor lasers, with more of a stage and with global internal gain, being easy and cheap to produce in addition to working more effectively because it amplifies the optical signals at high transmission speeds.
  • semiconductor lasers represent the most commonly used optical source in optical communications, apart from being the only known optical oscillators capable of being able to withstand high modulation speeds, above Gbit per second.
  • the technology of manufacturing semiconductor lasers is based on devices consisting of two key elements: a medium with gain and semi-transparent mirrors that cause part of the light to be emitted, leaving outside the cavity of the device, while part remains in The cavity, feeding and generating light.
  • the semiconductor laser generates light inside in the absence of any external light stimulus, with a speed of up to 40 Gbs. Its principle of operation is the same as that of any oscillator, for
  • DFB lasers are singlemode, serve distances of up to 70 km approximately without optical amplification and have a lower relative noise intensity than Fabry-Perot.
  • the semiconductor amplifiers whose principle of operation is to amplify the optical input signal. For this, they need a structure in which there is amplification / gain, but they must not have feedback of the signal inside, since in this way they could distort the signal.
  • the fundamental difference between a semiconductor laser and a semiconductor amplifier is the absence of feedback or reflection of the light in the amplifier cavity. For this reason, the semiconductor amplifiers currently used have only one stage.
  • the multi-stage or multi-electrode lasers are tunable, that is, they allow the control of the emission wavelength.
  • semiconductor amplifiers can be manufactured with considerable amplification wavelengths, greater than 1 mm, achieving large gain values, greater than 25 dB, without optical linearity, because for optical input powers less than -5 dBm behave like nonlinear devices.
  • the non-linearity of these devices is used to implement wavelength converters, which mix the signals in the optical domain.
  • optical mixers are constructed from integrated photonic devices, such as electroabsorption or electro-optical modulators, but the passive nature of the mixing process between signals always leads to conversion losses at the output.
  • mobile telephone networks transmit signals that are around 980 MHz, with the GSM system, going to 1.9 GHz to 2.1 GHz of UMTS systems.
  • Such signals are transmitted from an antenna to the user through the waves, but they also have to be transmitted between the antennas and the telephone exchanges, usually through a cable, with the optical fiber being the best medium.
  • HYPERLAN / 2 The use of optical fiber is even more advantageous here, in the transmission of the signals from the base stations to the antennas.
  • the same philosophy can be applied to the transmission of television channels and, in general, multimedia data to a very large number of users, as occurs in LMDS systems, where you work with 28 or 30 GHz signals.
  • the transmission of signals in a wide bandwidth and high quality extends to other areas and other technologies, such as the realization of the IP protocol directly on the optical physical layer, creating an optical network of packets that gives rise to a new optical Internet with greater benefits than the one currently and popularly implemented, as well as being extensible to the transmission of spatial signals, in military remote control applications and remote control, radio astronomy, high quality radars, etc.
  • Another sector of interest is that of medicine, not so much for the need to send signals at high frequencies, but for the fact that for security reasons it is preferable to send data as optical signals instead of electrical ones.
  • Services such as telemedicine or bioengineering devices require signal processing with high quality, the optical fiber and related optical elements being highly recommended to ensure patient safety and the specialists handling this data.
  • the optical communication networks generate the information packets in the so-called baseband and carry the data on a carrier, a millimeter or microwave signal that ensures reliable transmission.
  • the semiconductor optical amplifier object of the invention is a device capable of performing the up and down conversion processes of the optical signals to be transmitted, being configured with more than one stage, which combines amplification zones of the input signal with zones of attenuation, to improve the efficiency of generating
  • the optical signal at the output is the optical signal at the output.
  • the present invention is constructed materially following the same principles of the technique for the manufacture of semiconductor lasers with multiple stages, such as that used for DFB lasers, while maintaining the amplification wavelengths achieved in the built-in semiconductor amplifiers With a single stage.
  • the multiple stages of the optical amplifier of the invention do not serve for the feedback of the signal between stages, but to adapt the power levels from one stage to another, with alternation of amplification and attenuation zones, finally obtaining a global gain with a behavior Nonlinear device that favors the mixing between signals.
  • Wide mixing bandwidth greater than 40 GHz.
  • the semiconductor optical amplifier described herein has a structure with two or more amplification or active zones separated by passive loss zones, composed of the same semiconductor material.
  • the power absorption is controlled by the injection of an external direct current, through a metallic contact that acts as an electrode.
  • a traveling wave electrode is incorporated in the upper surface of the semiconductor, constituted by a transmission line, through which the radio frequency or microwave signal that modulates the optical gain of that active zone is introduced.
  • the device can have multiple stages that act as signal amplifiers / attenuators or offset / gain correctors, in any case interspersing at least one passive zone between every two active zones.
  • the electrodes used in the amplification zones are different from those in the passive zones. These loss zones do not require electrodes with high performance, since they are only used for continuous control currents, they will not be subjected to modulation signals such as the transmission lines that are arranged in the active zones.
  • the optical input signal to the device is a continuous wave, in the sense that it is not modulated, that is, it is a sine whose amplitude is constant, whereby the optical input power does not vary.
  • the resulting optical signal is the mixture of the different modulation signals, preferably waves of radio frequency, applied on such transmission lines or electrodes of the active zones.
  • the data to be transmitted can be introduced by any of the electrodes of the amplification zones, or directly together with the optical input signal. With any option, the result is similar, although, by controlling the level of optical power at the input of the device, the powers of the electrical signals injected by the electrodes and the physical characteristics of the semiconductor optical amplifier itself, the generation is favored. of a certain harmonic frequency of the possible resulting frequencies: addition, subtraction or multiples of each of the modulation frequencies to which the active zones are subjected.
  • amplification zones provide gain inside the cavity that constitutes the device and are strongly non-linear.
  • the non-linearity in the response of the device is an advantageous property that is used to achieve the mixing or multiplication of radiofrequency signals in the optical domain, as explained above.
  • the loss zone that is interposed between each pair of active zones is designed to lower the level of optical power at the output of the active zone that first finds the signal, so that it decreases to a tolerable level by the following zone active to which said signal must enter.
  • the device To prevent the device from ceasing to behave in a non-linear regime because the gain provided by an active zone, raising the power level of the optical signal at its output, can saturate the gain of the next active zone, at least one zone is necessary of interleaved losses that, under the injection of a small continuous current, attenuate the signal that propagates through the passive zone, between a pair of amplification zones. Therefore, the intermediate passive zone is It is essential to maintain non-linearity, without which mixing between the radio frequency signals introduced by the active zones would not be carried out properly. The attenuation to which this passive zone subjects them is controlled by varying the level of direct current injected into the electrode.
  • the semiconductor optical amplifier causes amplified spontaneous emission noise, which is mitigated simply by incorporating a passive optical filter at the output.
  • Figure 1 shows a cross section of the semiconductor laser amplifier device, according to a preferred embodiment of the invention, comprising two active stages and a passive between means, illustrating the signals involved in the process of optical amplification and modulation to obtain The mixture of signals at the output, according to the object of the invention.
  • the proposed invention consists of a semiconductor optical amplifier device divided into two stages, comprising a first active zone (1) and a second active zone (2), between which a passive zone (3).
  • an optical input signal (4) is introduced, which is a continuous wave usually at a very high frequency, for example about 193 THz, without modulating, at The time that an electrical signal (5) is supplied by the first electrode (8) of said first active zone (1), so that the optical input signal (4) is amplified.
  • Such electrical signal (5) incorporates the data that is desired to be transmitted, modulating them by an intermediate frequency optical carrier (f1), which lowers them or rises to the millimeter or microwave waveband.
  • the optical output signal of the first stage (11) contains the data transferred at an intermediate frequency (f1), that of the optical carrier of the electrical signal (5) that modulates the amplitude, at the same time that said optical signal (11) is amplified due to the gain of the semiconductor medium.
  • the electrical signal (5) of modulation plus polarization does not typically exceed levels between 250 mA and 500 mA.
  • the second active zone (2) By feeding through a second electrode (9) the second active zone (2) with another electrical signal (7), which is a tone at a frequency (f2), preferably radiofrequency, acting as a local oscillator, occurs The mixture with the optical signal of the first stage (11).
  • a frequency (f2) preferably radiofrequency
  • the optical signal (11) from the output of the first active zone (1) passes through the intermediate passive zone (3), which attenuates its amplitude to adapt it to the optimum power levels with which it must enter to the second active zone (2).
  • the attenuation in the passive zone (3) is regulated by the low injection by the electrode (6) of a direct current (10) for the control of losses, which preferably does not exceed 50 mA values.
  • an optical output signal (13) is obtained, an optical mixture of the electrical signals (5, 7), which contains the data modulating a frequency that is the sum (f1 + f2), the subtraction (f1 - f2) or double the value of each of the frequencies (2f1, 2f2).
  • Figure 1 only the optical output signal sum (14) and the optical output signal subtracted (14 ') are illustrated, the other two resulting signals with double frequencies (2f1, 2f2) being very similar, in this particular example , to the optical output signal sum (14).
  • the input and output surfaces of the semiconductor optical amplifier are topped by respective anti-reflective coatings (15, 15 '), whose purpose is to prevent laser oscillations in the device.
  • the device of the invention works globally as an optical mixer with gain, thanks to the cascading structure of active zones (1, 2) with passive zone (3) in between, behaving like an amplifier in the active zones (1 , 2), while acting as an attenuator in the passive zone (3), to finally generate certain harmonics at the output.

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Abstract

El amplificador óptico de semiconductor que se propone está construido basándose en la fabricación de los láseres de semiconductor y se estructura en múltiples etapas, comprendiendo al menos dos zonas activas (1 , 2) con ganancia, entre las que se dispone una zona pasiva (3) de pérdidas controladas mediante una corriente continua (10) inyectada por el electrodo (6). Por la primera zona activa (1 ) se introduce una señal eléctrica (5) de modulación con una frecuencia (f1 ), que se mezcla con la señal óptica de entrada (4) al dispositivo y es amplificada. La zona pasiva (3) atenúa la señal óptica de salida de Ia primera etapa (11 ), resultando una segunda señal óptica (12) que entra a la segunda zona activa (2) para mezclarse con la señal eléctrica (5) a una segunda frecuencia (f2). Finalmente se obtiene la señal óptica de salida (13) con frecuencias suma (f1 +f2), resta (f1-f2) o doble de cada frecuencia (2f1 , 2f2).

Description

DISPOSITIVO AMPLIFICADOR ÓPTICO DE SEMICONDUCTOR
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tienen su aplicación en Ia fabricación de mezcladores ópticos y fuentes generadoras de señales ópticas, en general, destinadas a ser utilizadas en numerosos servicios de telecomunicaciones y aplicables particularmente a multitud de sectores: militar, medicina, astronomía, entretenimiento,...
En definitiva, se concibe para Ia transmisión de información dentro del dominio óptico en un amplio ancho de banda, en concreto, para señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas, a frecuencias de trabajo que van entre los 900 MHz a los 60 GHz.
El objeto de Ia invención es proporcionar un dispositivo activo con una respuesta no lineal que es capaz de generar y/o mezclar señales en Ia banda de frecuencias indicada, que se construye con Ia misma tecnología de fabricación de los láseres de semiconductor conocidos, con más de una etapa y con ganancia interna global, siendo fácil y barato de producir además de trabajar con mayor eficacia porque amplifica las señales ópticas a altas velocidades de transmisión. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Hoy en día, ΘS bien sabido que los láseres de semiconductor representan Ia fuente óptica más empleada actualmente en las comunicaciones ópticas, aparte de ser los únicos osciladores ópticos conocidos capaces de poder soportar elevadas velocidades de modulación, por encima del Gbit por segundo.
La tecnología de fabricación de los láseres de semiconductor se basa en dispositivos constituidos por dos elementos claves: un medio con ganancia y unos espejos semitransparentes que hacen que parte de Ia luz se emita, saliendo fuera de Ia cavidad del dispositivo, mientras que parte permanece en Ia cavidad, realimentándose y generando luz. Básicamente, el láser de semiconductor genera luz en su interior en ausencia de cualquier estímulo de luz externo, con una velocidad de hasta 40 Gbs. Su principio de funcionamiento es el mismo que el de cualquier oscilador, para
Io cual se necesita que haya amplificación y realimentación de Ia señal.
Se conocen varios tipos de láseres de semiconductor, como son el láser de Fabry-Perot y el de realimentación distribuida o láser DFB
(Distributed Feed-Back). Los láseres DFB son monomodo, sirven para distancias de hasta 70 km aproximadamente sin amplificación óptica y presentan una menor intensidad de ruido relativa que los de Fabry-Perot.
Para optimizar su respuesta, se diseñan láseres con más de una etapa, donde hay varias zonas de amplificación o ganancia separadas de las zonas donde están los espejos parcialmente transparentes, según indica, citándose como ejemplo referente, el autor L.A. Coldren en el libro
"Diode lasers and photonic integrated circuits" de Ia editorial John Wiley & Sons, editado en 1995, o bien, en su artículo "Tunable Semiconductors Lasers: A Tutorial" de Ia publicación "IEEE/OSA Journal of Lightwave Tecnology", volumen 22, número 1 , año 2004.
A partir de los láseres de semiconductor, se desarrollan los amplificadores de semiconductor, cuyo principio de funcionamiento es amplificar Ia señal óptica de entrada. Para ello, necesitan una estructura en Ia que haya amplificación/ganancia, pero no deben tener realimentación de Ia señal en su interior, ya que de este modo podrían distorsionar Ia señal.
La diferencia fundamental entre un láser de semiconductor y un amplificador de semiconductor es Ia ausencia de realimentación o reflexión de Ia luz en Ia cavidad del amplificador. Por este motivo, los amplificadores de semiconductor utilizados en Ia actualidad poseen una sola etapa.
Los láseres de múltiples etapas o multielectrodo son sintonizables, es decir, permiten el control de Ia longitud de onda de emisión.
Por otra parte, los amplificadores de semiconductor pueden fabricarse con longitudes de onda de amplificación considerables, mayores de 1 mm, consiguiendo unos grandes valores de ganancia, superiores a 25 dB, sin linealidad óptica, pues para potencias ópticas de entrada menores a los -5 dBm se comportan como dispositivos no lineales.
La no linealidad de estos dispositivos se aprovecha para implementar convertidores de longitudes de onda, que mezclan las señales en el dominio óptico.
Hasta Ia fecha, los mezcladores ópticos se construyen a partir de dispositivos fotónicos integrados, tales como moduladores de electroabsorción o electroópticos, pero Ia naturaleza pasiva del proceso de mezcla entre señales conlleva siempre unas pérdidas de conversión a Ia salida.
Una solución alternativa sería pues Ia utilización de dispositivos optoelectrónicos de semiconductor, que son activos, para mitigar las limitaciones comentadas en los mezcladores existentes.
Además, como es requisito en muchas aplicaciones actuales, se exige un amplio ancho de banda también para los dispositivos usados en el procesamiento de señales ópticas.
Así, en el campo de las telecomunicaciones, Ia generación y manipulación de señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas, con frecuencias entre 900 MHz a 60 GHz, se ve avanzada de una importante manera con el empleo de técnicas todo ópticas.
En particular, las redes de telefonía móvil transmiten señales que están en torno a los 980 MHz, con el sistema GSM, pasando a los 1 ,9 GHz hasta 2,1 GHz de los sistemas UMTS. Tales señales se transmiten desde una antena hasta el usuario a través de las ondas, pero también se tienen que transmitir entre las antenas y las centrales de telefonía, normalmente a través de un cable, resultando Ia fibra óptica el mejor medio.
Otro estándar bajo desarrollo que emplea frecuencias muy altas, a partir de 10 GHz, para transmitir señales de telefonía es, entre otros, el
HYPERLAN/2. El empleo de la fibra óptica es todavía más ventajoso aquí, en Ia transmisión de las señales desde las estaciones base hasta las antenas.
La misma filosofía puede aplicarse a Ia transmisión de canales de televisión y, en general, datos multimedia a un número muy elevado de usuarios, como ocurre en los sistemas LMDS, donde se trabaja con señales de 28 ó 30 GHz. A medida que Ia frecuencia central de Ia información a transmitir es más alta, más ventaja tiene Ia fibra óptica como medio de transmisión y, por tanto, un mezclador/amplificador óptico que proporcione Ia unión mecánica y de luz necesaria entre los puntos remotos de transmisión/recepción de las señales.
En definitiva, cuanto más alta es Ia frecuencia a Ia que se transmiten las señales más ventajoso es utilizar Ia fibra óptica y los dispositivos ópticos afines, precisando un mezclador/oscilador/amplificador óptico.
La transmisión de señales en un amplio ancho de banda y de alta calidad se extiende a otros ámbitos y otras tecnologías, como Ia realización del protocolo IP directamente sobre Ia capa física óptica, creando una red óptica de paquetes que da lugar a una nueva Internet óptica con mayores prestaciones que Ia implantada actual y popularmente, así como es extensible a Ia transmisión de señales espaciales, en aplicaciones militares de telecontrol y telemando, radioastronomía, radares de alta calidad, etc.
Otro sector de interés es el de Ia medicina, no tanto por Ia necesidad de enviar señales a frecuencias elevadas, sino por el hecho de que por cuestiones de seguridad es preferible el envío de datos como señales ópticas en vez de eléctricas. Servicios tales como Ia telemedicina o los aparatos de bioingeniería requieren un procesado de señales con una alta calidad, siendo Ia fibra óptica y los elementos ópticos afines muy recomendables para garantizar Ia seguridad en el paciente y los especialistas que manejan estos datos.
Todos los sistemas anteriormente mencionados se caracterizan por permitir a los usuarios intercambiar un flujo considerable de datos u obtener información multimedia de alta calidad en un gran ancho de banda.
Particularmente, las redes de comunicación óptica generan los paquetes de información en Ia denominada banda base y transportan los datos sobre una portadora, una señal milimétrica o de microondas que asegura una transmisión fiable.
En consecuencia, se hace necesario Ia incorporación de un dispositivo que genere tales señales milimétricas y traslade Ia información desde Ia banda base a Ia región de las ondas milimétricas, Io que se conoce como conversión ascendente (up-conversion). Cuando Ia información llega al usuario de destino, se debe proceder al proceso inverso de conversión descendente (down-conversion).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El amplificador óptico de semiconductor objeto de Ia invención es un dispositivo capaz de realizar los procesos de conversión ascendente y descendente de las señales ópticas que se quieren transmitir, configurándose con más de una etapa, que combina zonas de amplificación de Ia señal de entrada con zonas de atenuación, para mejorar Ia eficiencia de generación de
Ia señal óptica a Ia salida.
La presente invención se construye materialmente siguiendo los mismos principios de Ia técnica para Ia fabricación de láseres de semiconductor con múltiples etapas, como Ia usada para los láseres DFB, a Ia vez que mantiene las longitudes de onda de amplificación logradas en los amplificadores de semiconductor construidos con una única etapa.
Las múltiples etapas del amplificador óptico de Ia invención no sirven para Ia realimentación de Ia señal entre etapas, sino para adaptar los niveles de potencia de una etapa a otra, con alternancia de zonas de amplificación y atenuación, obteniendo finalmente una ganancia global con un comportamiento no lineal del dispositivo que favorece Ia mezcla entre señales.
Las ventajas del dispositivo propuesto frente a los antecedentes que se describen en Ia literatura científica o los mezcladores fotónicos para señales de radiofrecuencia y microondas que se encuentran en el mercado actual son las siguientes:
Amplio ancho de banda de mezcla, superior a los 40 GHz.
Ganancia interna que ofrece un aprovechamiento más eficiente de Ia potencia suministrada, obteniendo un mezclador fotónico con amplificación en vez de pérdidas.
Económico, ya que al realizarse con Ia tecnología de semiconductores y óptica integrada permite unos bajos costes de producción.
Fácilmente fabricable e integrable, con una estructura y configuración basada en el láser DFB.
Diseño compacto y con flexibilidad para añadir varias etapas si los requisitos de potencia exigen una mayor ganancia para Ia señal de mezcla a Ia salida.
Más concretamente, el amplificador óptico de semiconductor que aquí se describe presenta una estructura con dos o más zonas de amplificación o activas separadas por sendas zonas pasivas de pérdidas, compuesto por el mismo material semiconductor.
En las zonas pasivas Ia absorción de potencia se controla mediante Ia inyección de una corriente continua externa, a través de un contacto metálico que hace de electrodo.
Para cada zona activa, se incorpora en Ia superficie superior del semiconductor un electrodo de onda viajera, constituido por una línea de transmisión, a través del cual se introduce Ia señal de radiofrecuencia o microondas que modula Ia ganancia óptica de esa zona activa.
El dispositivo puede contar con múltiples etapas que actúan como amplificadores/atenuadores de señal o correctores de desfases/ganancia, intercalando en todo caso al menos una zona pasiva entre cada dos zonas activas. Los electrodos usados en las zonas de amplificación son diferentes a los de las zonas pasivas. Estas zonas de pérdidas no requieren electrodos con elevadas prestaciones, ya que sólo se utilizan para corrientes de control continuas, no van a ser sometidos a señales de modulación como las líneas de transmisión que se disponen en las zonas activas.
La señal óptica de entrada al dispositivo es una onda continua, en el sentido de que no está modulada, es decir, se trata de una senoide cuya amplitud es constante, por Io cual Ia potencia óptica de entrada no varía. A Ia salida del dispositivo, Ia señal óptica resultante es Ia mezcla de las distintas señales de modulación, preferentemente ondas de radiofrecuencia, aplicadas sobre tales líneas de transmisión o electrodos de las zonas activas.
Los datos que se quieren transmitir pueden ser introducidos por cualquiera de los electrodos de las zonas de amplificación, o bien directamente junto con Ia señal óptica de entrada. Con cualquier opción, el resultado es similar, si bien, controlando el nivel de potencia óptica a Ia entrada del dispositivo, las potencias de las señales eléctricas inyectadas por los electrodos y las características físicas del amplificador óptico de semiconductor propiamente dicho, se favorece Ia generación de una determinada frecuencia armónica de las posibles frecuencias resultantes: suma, resta o múltiplos de cada una de las frecuencias de modulación a las que se someten las zonas activas.
Estas zonas de amplificación proporcionan ganancia en el interior de Ia cavidad que constituye el dispositivo y son fuertemente no lineales. Precisamente, es Ia no linealidad en Ia respuesta del dispositivo una propiedad ventajosa que se emplea para lograr Ia mezcla o multiplicación de señales de radiofrecuencia en el dominio óptico, como se ha explicado anteriormente.
La zona de pérdidas que se interpone entre cada pareja de zonas activas está concebida para rebajar el nivel de potencia óptica a Ia salida de Ia zona activa que encuentra primero Ia señal, a fin de que disminuya a un nivel tolerable por parte de Ia siguiente zona activa a la que debe entrar dicha señal.
Para evitar que el dispositivo deje de comportarse en régimen no lineal porque Ia ganancia proporcionada por una zona activa, elevando el nivel de potencia de Ia señal óptica a su salida, puede saturar Ia ganancia de Ia siguiente zona activa, es necesario al menos una zona de pérdidas intercalada que, bajo Ia inyección de una pequeña corriente continua, atenúe Ia señal que se propaga a través de Ia zona pasiva, entre un par de zonas de amplificación. Por Io tanto, Ia zona pasiva intermedia es ¡mprescindible para mantener Ia no linealidad, sin Ia cual Ia mezcla entre las señales de radiofrecuencia introducidas por las zonas activas no se efectuaría de forma adecuada. La atenuación a Ia que las somete esa zona pasiva se controla variando el nivel de corriente continua inyectada al electrodo.
Al ser un dispositivo activo, el amplificador óptico de semiconductor provoca ruido de emisión espontánea amplificada, el cual se mitiga sencillamente incorporando un filtro óptico pasivo a Ia salida.
El inconveniente de una limitación en Ia frecuencia máxima de modulación permitida en las zonas activas se resuelve, aparte de con Ia utilización de electrodos de onda viajera de radiofrecuencia, por medio de un ajuste del índice de refracción de Ia línea de transmisión al índice de refracción del material de semiconductor empleado, que suele estar cercano a un índice de 3,5.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia 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, una hoja de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
La figura 1.- Muestra una sección transversal del dispositivo amplificador láser de semiconductor, según una realización preferente de Ia invención, que comprende dos etapas activas y una pasiva entre medias, ilustrando las señales que intervienen en el proceso de amplificación óptica y modulación para obtener Ia mezcla de señales a Ia salida, de acuerdo al objeto de Ia invención. La figura 2.- Muestra una representación gráfica en ejes de coordenadas de Ia potencia de Ia señal de salida del dispositivo, según Ia realización con dos etapas activas de Ia figura anterior, correspondiente a una frecuencia de salida suma de las frecuencias de las dos portadoras de entrada (f1 = 3,4 GHz; f2 = 3,5 GHz), representando en el eje de ordenadas el nivel de potencia en dBm y en las abscisas Ia atenuación en Ia etapa pasiva, para una corriente de alimentación de 450 mA en ambas etapas activas, mientras que en Ia etapa pasiva los niveles de alimentación están en el intervalo de 0 a 5OmA para una variación de Ia atenuación desde 20 dB hasta 0 dB (sin pérdidas).
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia vista de las figuras reseñadas, Ia invención que se propone consiste en un dispositivo amplificador óptico de semiconductor dividido en dos etapas, que comprende una primera zona activa (1 ) y una segunda zona activa (2), entre las que se dispone una zona pasiva (3).
Según se representa en Ia Figura 1 , en Ia primera zona activa (1 ) se introduce una señal óptica de entrada (4), Ia cual es una onda continua habitualmente a una frecuencia muy elevada, por ejemplo unos 193 THz, sin modular, a Ia vez que por el primer electrodo (8) de dicha primera zona activa (1 ) se suministra una señal eléctrica (5), para que se amplifique Ia señal óptica de entrada (4).
Tal señal eléctrica (5) lleva incorporados los datos que se desean transmitir, modulándolos por una portadora óptica de frecuencia intermedia (f1 ), que los baja o sube a Ia banda de las ondas milimétricas o de microondas. De este modo, Ia señal óptica de salida de Ia primera etapa (11 ) contiene los datos trasladados a una frecuencia intermedia (f1 ), Ia de Ia portadora óptica de Ia señal eléctrica (5) que modula Ia amplitud, al mismo tiempo que se amplifica dicha señal óptica (11 ) debido a Ia ganancia del medio semiconductor. La señal eléctrica (5) de modulación más polarización no sobrepasa típicamente niveles comprendidos entre 250 mA y 500 mA.
Al alimentar a través de un segundo electrodo (9) Ia segunda zona activa (2) con otra señal eléctrica (7), que es un tono a una frecuencia (f2), preferiblemente de radiofrecuencia, actuando a modo de oscilador local, se produce Ia mezcla con Ia señal óptica de Ia primera etapa (11 ).
Pero previamente, Ia señal óptica (11 ) procedente de Ia salida de Ia primera zona activa (1) pasa a través de Ia zona pasiva (3) intermedia, que atenúa su amplitud hasta adaptarla a los niveles de potencia óptimos con los que debe entrar a Ia segunda zona activa (2). La atenuación en Ia zona pasiva (3) se regula mediante Ia baja inyección por el electrodo (6) de una corriente continua (10) para el control de pérdidas, que preferiblemente no supera valores de 50 mA.
Así, a Ia entrada de dicha segunda zona activa (2) se tiene una segunda señal óptica (12), resultado de Ia atenuación sobre Ia primera señal óptica (11 ). La no linealidad de esta segunda zona activa (2) favorece altamente Ia mezcla de Ia señal óptica (12) con Ia portadora a Ia segunda frecuencia (f2) de su señal eléctrica (7) de modulación.
Al final, a Ia salida de Ia segunda zona activa (2) se obtiene una señal óptica de salida (13), mezcla óptica de las señales eléctricas (5, 7), que contiene los datos modulando una frecuencia que es Ia suma (f1 + f2), Ia resta (f1 - f2) o el doble del valor de cada una de las frecuencias (2f1 , 2f2). En Ia Figura 1 , se ilustran sólo Ia señal óptica de salida suma (14) y Ia señal óptica de salida resta (14'), siendo las otras dos señales resultantes con frecuencias dobles (2f1 , 2f2) muy similares, en este ejemplo particular, a Ia señal óptica de salida suma (14).
Para potenciar Ia generación de un determinado armónico de las cuatro posibles frecuencias resultantes a Ia salida (f1+f2, f1-f2, 2f1 , 2f2), aparte de una variación en las propiedades físicas del amplificador óptico de semiconductor, basta con variar los niveles de potencia de Ia señal óptica de entrada (4) o de las señales eléctricas (5, 7) a las que se someten correspondientemente las zonas activas (1 , 2).
Al igual que habitualmente se utiliza en los láseres DFB, las superficies de entrada y salida del amplificador óptico de semiconductor están rematadas por respectivos recubrimientos antirreflejantes (15, 15'), cuya finalidad es impedir las oscilaciones láser en el dispositivo.
En definitiva, el dispositivo de Ia invención trabaja globalmente como un mezclador óptico con ganancia, gracias a Ia estructura en cascada de zonas activas (1 , 2) con zona pasiva (3) entre medias, comportándose como un amplificador en las zonas activas (1 , 2), mientras que actúa como un atenuador en Ia zona pasiva (3), para finalmente generar determinados armónicos a Ia salida.
En Ia Figura 2, se muestra Ia importancia de Ia zona pasiva (3), representando en el eje de abscisas Ia atenuación que se controla mediante Ia variación de los niveles de Ia corriente continua (10), que en este ejemplo van entre los 0 y los 50 mA, obteniendo una atenuación óptima en torno a los 10 dB, puesto que para ese valor se consigue un nivel de potencia máximo de Ia señal óptica de salida suma (14), representado en el eje de ordenadas de Ia gráfica.
Los términos con que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Dispositivo amplificador óptico de semiconductor al que se introduce una señal óptica de entrada (4) más una señal de datos que se desea modular en Ia banda de las señales de radiofrecuencia, milimétricas o microondas por medio de al menos dos señales eléctricas (5, 7), caracterizado porque comprende al menos dos zonas activas (1 , 2) que amplifican Ia señal óptica que las atraviesa, entre las cuales se dispone de al menos una zona pasiva (3) que atenúa Ia señal óptica que Ia atraviesa para adaptar el nivel de potencia de Ia señal óptica de salida de Ia primera zona activa (1 ) a Ia entrada de Ia segunda zona activa (2), generando una señal óptica de salida (13) que es Ia mezcla amplificada entre Ia señal óptica de entrada (4), Ia señal de datos y dichas señales eléctricas (5, 7).
2.- Dispositivo amplificador óptico de semiconductor según reivindicación 1 caracterizado porque Ia zona pasiva (3) dispone de un electrodo (6) a través del que se introduce una corriente continua (10) para el control de Ia atenuación en dicha zona pasiva (3).
3.- Dispositivo amplificador óptico de semiconductor según reivindicación 1 caracterizado porque las zonas activas (1 , 2) disponen de respectivos electrodos (8, 9) a través de los que se introducen las correspondientes señales eléctricas (5, 7) de modulación que se mezclan con Ia señal óptica de entrada (4).
4.- Dispositivo amplificador óptico de semiconductor según reivindicación 3 caracterizado porque dichos electrodos (8, 9) de las zonas activas (1 , 2) son de radiofrecuencia.
5.- Dispositivo amplificador óptico de semiconductor según reivindicación 1 caracterizado porque las superficies de entrada y salida del dispositivo incorporan sendos recubrimientos antirreflejantes (15, 15') que impiden una oscilación de las señales ópticas que Io atraviesan.
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