WO2008113875A1 - Módulo desplazador de longitud de onda para comunicaciones de acceso por fibra óptica y otras aplicaciones - Google Patents

Módulo desplazador de longitud de onda para comunicaciones de acceso por fibra óptica y otras aplicaciones Download PDF

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WO2008113875A1
WO2008113875A1 PCT/ES2008/000137 ES2008000137W WO2008113875A1 WO 2008113875 A1 WO2008113875 A1 WO 2008113875A1 ES 2008000137 W ES2008000137 W ES 2008000137W WO 2008113875 A1 WO2008113875 A1 WO 2008113875A1
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optical
electro
wavelength
modulator
module according
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PCT/ES2008/000137
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Josep J. PRAT GOMÁ
Jose A. LÁZARO VILLA
Mireia Omella Cancer
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Universitat Politècnica De Catalunya
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    • H04J2014/0253—Allocation of downstream wavelengths for upstream transmission

Definitions

  • the invention falls within the technical sector of fiber optic telecommunications, more specifically in the field of broadband access networks with wavelength multiplexing, the so-called fiber-to-the-home (FTTH) networks of new generation.
  • FTTH fiber-to-the-home
  • the first generation of access networks used two fibers for each subscriber, installed from the central office.
  • a more advanced generation, the so-called passive optical network (PON) reduces the fiber optic infrastructure by sharing most of the fiber length among several users, by installing a passive optical coupler or splitter on a simple remote node near the subscribers, which divides the optical signal of the feed fiber to the different individual fibers, in the direction of descent. In the sense of return, the operation is symmetrical. This sharing of most of the fiber's length is possible thanks to its enormous bandwidth, which can operate at high data rates and distribute them among the different multiplexed users in the time domain.
  • a supplementary advance consists in using the same fiber for the direction of descent and that of return or ascent. This is done using light sources in different wavelength bands, and optical filters to separate them.
  • An advantageous configuration of the WDM access network uses a single fiber for each user's down and return signal, and also centralizes the generation of wavelengths in the central office, avoiding the use of a specific laser in each subscriber module ; this, also known as user equipment or as an optical network unit, or as an electro-optical converter, receives it, remodulates it with the return data and forwards it to the central office; In this way, its design is simplified since it does not require laser wavelength generator and ensures that the two signals, the lowering and the rising signals, adequately traverse the WDM optical multiplexer of the remote node through the assigned channel.
  • This type of subscriber module is commonly referred to as reflective, or agnostic to the wavelength or color, because it reflects any wavelength that reaches it.
  • all user equipment can be identical to each other, unlike those that use lasers, which must be supplied distinctly to each user so that they do not interfere, which is a problem of supply and distribution.
  • EP0551409B1 (“Bidirectional transmission system, especially by optical fiber, using a single carrier for both transmission directions", 1998, ceased in 2005) includes the remodulation of the optical down carrier in the user equipment for the simultaneous rise return . Being at the same wavelength, self-interference may be relevant.
  • a frequency optical modulation is used for the direction of descent with a tunable laser, and a modulation of intensity in the subscriber module for return.
  • the optical frequency modulation is of constant power and thus compatible with the simultaneous modulation of power in the return; at the same time, it produces a spectral widening that reduces interference.
  • Wavelength conversion of optical signals has been used in the last two decades for advanced trunk and metropolitan networks with fully optical routing. It has been demonstrated using various techniques; one of them uses the phenomenon of four-wave mixing of the optical fiber itself with high-power pumping laser (for example see [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 4, no. 1, January 1992, pp. 69-72, "Wavelength conversion experiment using fiber four-wave mixing", K. lnoue et al] and patent [US2005207757], or in semiconductor optical amplifier [Journal of Lightwave Technology, vol.
  • Another different conversion technique uses two optical amplifiers arranged in Mach-Zehnder interferometer configuration (see for example [Electronics Letters, vol. 35, no. 11, pp. 913-914, May 27, 1999, "20 Gbit / s optical wavelength conversion in all-active Mach-Zehnder interferometer ", T. Fjelde]); with this the information modulated in an optical carrier passes to the other carrier, but requires another laser that generates the new wavelength and an optical filter at the output.
  • a device or system that generates a new dominant wavelength slightly different from the incident in the subscriber module would be desirable, which did not require laser or selective optical filter.
  • an effective system for the translation of the wavelength in a narrow margin would be based on the modulation of a single sideband and with a suppressed carrier. It was demonstrated in [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 13, no. 4, pp. 364-366, 2001, "Single side-band modulation performance of a LiNbO3 integrated modulator consisting of four-phase modulator waveguides", S. Shimotsu et al.].
  • the electro-optical modulator is based on four individual phase modulators coupled in parallel branch pairs (Mach-Zehnder double interferometer configuration) and relative 90 and 180 degree offset.
  • Subsequent work has demonstrated the effectiveness of single sideband modulation in combating fiber dispersion in transport over large trunk distances and high transmission speeds, or have tried to simplify its design (see for example [Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no.5, May 2006, pp. 2059-2069, "Optical single-sideband transmitter for various electrical signaling formats", D. Fonseca et al.]).
  • this device based on electro-optical materials such as LiNbO3 are of relatively large dimensions, hindering its integration and cost reduction.
  • amplitude modulators based on semiconductor materials allows a greater integration scale and a much lower potential cost.
  • An integrated design with only two branches using amplitude modulators has proven efficient for the generation of a single lateral carrier, accompanied by the carrier, not suppressed [Journal of Lightwave Technology, vol. 16, no.7, July 1998, pp. 1276-1284, "Integrated Lightwave Millimetric Single Side- Band Source: Design and Issues", Eric Vergnol, Fabrice Devaux, Daniel Tanguy, and Elisabeth Penard].
  • ⁇ 2 - ⁇ - (l) dLn (I)
  • ⁇ is the phase of the optical signal and its amplitude or intensity.
  • semiconductor-based amplitude modulators are usually designed to make ⁇ small, thus producing modulations of the negligible optical signal phase.
  • some of these amplitude modulators may show a high chirp parameter.
  • the chirp a parameter depends in general on the modulator's operating point. For simplicity, we will refer to the chirp of the modulator being aware that in reality it should be specified that it is the chirp of the modulator at the point of operation of the modulator and being aware that the value of the modulator can only be considered constant if the modulation index of The signal is reduced.
  • a suitable solution for the technical problem that is intended to be resolved would consist of a device with the same properties of high integration potential and low cost, but capable of generating a single lateral carrier and, in addition, suppressing the carrier.
  • the previous design is based on the splitting of the incident beam into two, by means of a power splitter, the generation of an optical offset of ⁇ / 2 in one of its branches and the amplitude modulation of the signal of both branches by electro modulators -absorption similar, with a relative lag also of ⁇ / 2.
  • the electric field of the light wave incident at the output of an electro-absorption amplitude modulator to which a sinusoidal modulation signal is applied can be expressed, according to said reference by the expression: where e 0 represents the electric field of the optical carrier of frequency ⁇ 0 .
  • ⁇ is the chirp parameter of the modulator and m is the depth of modulation.
  • the present invention relates to an optical access network user equipment that displaces the incident wavelength, the remodula and retransmits it by the same fiber.
  • the principle of single sideband modulation (upper or lower) with carrier suppressed to transfer the wavelength is exploited, modified to adapt it to a single fiber access network through a novel reflective configuration, and combined with a remodulation of the resulting light with the return data to the central office by the same fiber.
  • the present invention provides new designs of the Subscriber Module using these principles, for new generation access networks, with higher performance and lower cost.
  • the present invention also proposes an integrable implementation of the Subscriber Module, that is, which can be carried out by means of the new techniques of integrated optics on electro-optical semiconductor, and therefore is capable of being manufactured in large volumes at low cost.
  • the level of complexity is similar to that of other electro-optical modules that are already sold.
  • the Module uses single sideband modulation with suppressed carrier from a radio frequency generator and a multiple electro-optical modulator of two or more electrodes; an optical output spectrum is achieved in which the incident carrier has been suppressed and the dominant wavelength is now that of a lateral band (the upper or lower one, depending on the phase shifter sign), separated from the incident at a value equal to the frequency of the electric generator.
  • a lateral band the upper or lower one, depending on the phase shifter sign
  • other residual wavelengths may arise at multiples of the frequency of the electric generator that are minimized by optimizing the power, shape and offset in the modulating branches.
  • the more separated residues can be easily removed with poorly selective optical filters or with electric pre-equalizers, if greater purity is necessary.
  • the optical frequency must be high enough that the up and down spectra do not overlap, although not excessively so that the upstream channel also passes through the same corresponding pass band of the optical multiplexer of the remote node.
  • the overlap between the optical down and return spectra is minimized and, in this way, the transmission becomes highly insensitive to the aforementioned interference, thus increasing the range in network distance
  • the first model is based on:
  • the modulated electric field can be described by the expression (2).
  • a consistent new integrated system is proposed, not in the usual division of the incident beam of light into two beams, but in the division of it into 3 beams with relative intensities: 1 / (2 + / 2), 1 / (2 + / 2) and / 2 / (2 + / 2), respectively.
  • Branches with equal relative intensities are modulated, while the branch with higher intensity is not modulated.
  • the modulated branches receive an electrical modulation signal with a relative delay of Vi of the period of the electrical signal.
  • modulated beams suffer a relative optical offset of ⁇ / 2.
  • the unmodulated beam undergoes an optical offset of 5 ⁇ / 4 before all the beams again interfere with each other.
  • the splitting of the beam with the relative intensities cited of: 1 / (2 + / 2), 1 / (2 + / 2) and / 2 / (2 + / 2) can be achieved by an adequate design of a power divider such optics and is shown in the drawings that accompany the patent.
  • a device with the same features can also be made using other alternative beam divisions.
  • the beam can be divided into 4 beams with equal intensities of VA each.
  • the design of the power splitter is simplified, with the counterpart of slightly increasing the complexity of other sections of the device by adding one more transmission branch for the 4 beam.
  • two of the branches are modulated by electrical signals, as described above, with a relative delay of VA of the period of the electrical signal and a relative optical offset of ⁇ / 2.
  • the unmodulated beams undergo optical gaps of ⁇ and 3 ⁇ / 2 before all the beams again interfere with each other.
  • the proposed solution is valid both in the case of using amplitude modulators very close to the ideal amplitude modulator, with the value of the chirp parameter close to zero, and those whose value of the chirp parameter is not negligible .
  • the splitting of the beam into 4 beams with equal intensities is easier and the relative optical phase shifts can be achieved by the appropriate design of the optical coupler or by the proper design of the optical guides through which each of the 4 propagates you do
  • Another device design is also proposed capable of producing a single sideband with carrier suppression, based on amplitude modulators and beam splitting into 2 beams.
  • the present invention proposes the integration of two amplitude modulators in different branches of different characteristics. Being the chirp parameter - ⁇ - of one of them, much higher than the other (for example: Ct 1 >> ⁇ 2 )
  • the modulation index of the modulator with lower chirp parameter is, however, greater than he in that of upper chirp (m 2 »In 1 ). So that: In 1 ⁇ (In 1 Ot 1 , m 2 ⁇ and In 2 Ci 2 ⁇ Im 1 Ct 1 , m 2 ⁇ .
  • Non-ideal phase modulators with residual amplitude modulation.
  • a single sideband modulation can also be generated by phase modulators instead of amplitude modulators.
  • the quadrature optical signals (90 degree optical offset between them) of each branch of the interferometer are coupled (added together) ; in turn, a 90 degree delay must also be introduced in one of the branches of the radio-frequency electrical signal that drives the optical modulators.
  • the large phase modulation is performed modulation index (2.4), or interferometers are polarized at the zero transmission point (counter phase) to each of the interferometers.
  • the modulated electric field can be expressed by: Making use of (1), and assuming that the chirp parameter is constant in the range of intensity variations: the expression (14), results:
  • E T - ⁇ (t ⁇ ) g or ( > J ( ⁇ c ° P + ⁇ ) - X [ ⁇ 1 + ⁇ wcos ⁇ t IJX £ j- 2Ln (l + mcos ⁇ t) (.1.6 ..)
  • the expression (16) can be approximated by:
  • a division of the beam into 3 beams with relative intensities is proposed: VA, VA and Jo 2 ( ⁇ m / 2) / 2.
  • the two beams of equal relative intensities are modulated by electrical signals with modulation index m and with relative delay of VA of the period of the electrical signal in addition to suffering a relative optical offset of ⁇ / 2.
  • the unmodulated beam undergoes an optical offset of 5 ⁇ / 4 before all the beams again interfere with each other.
  • phase modulators If practically ideal phase modulators are used, as is the case of phase modulators produced in LiNbO 3 crystals, the modulated electric field can be expressed by:
  • m represents the modulation index, but in this case a phase modulation.
  • the return data remodulator Another fundamental element of the Subscriber Module is the return data remodulator: once the wavelength is transferred, or at the same time it is moved, the optical signal is re-modulated, now with the data of the return channel, and is coupled in the same fiber to be transmitted to the central office.
  • Another novelty of the invention is that of introducing a light mirror at a point corresponding to a central axis of symmetry of the modulators, such that the optical signal interferes equivalently, is transferred and remodulated, and arises through the same input fiber .
  • the double passage of light through the optical devices of the Subscriber Module increases the efficiency of electro-optical modulation;
  • the optical phase shifter should not be 90 degrees but 45 degrees.
  • Electro-optical modulators are devices based on electro-optic or semiconductor glass, in which the coupled electrical signal varies some of the parameters of the incident light: power (also usually referred to as a synonym: intensity or amplitude), phase or polarization state
  • power also usually referred to as a synonym: intensity or amplitude
  • phase modulator is the LiNbO3 crystal, with a strong electro-optical coefficient; an electric transmission line is coupled next to the optical guide; the electric field induces a small variation in the speed of light propagation along the guide, which can lead to a 180 degree or more lag, in terms of wavelength of light.
  • semiconductor material it is possible to perform light modulation, in this case of amplitude, but integrable in electro-optical chip;
  • the electrical signal affects both the power and the phase of the light passing through the chirp.
  • semiconductor modulator are the semiconductor optical amplifier or the electro-absorption modulator. Both are or can be used as modulators of amplitude of the optical signal. The basic difference between them is that while the former modulates the amplitude or intensity of the signal by amplifying it, the latter performs it by attenuating the signal.
  • photonic crystal technology can provide a new practical substrate for the proposed functions.
  • Another novelty of this invention is the inclusion of a preferred implementation using and integrating semiconductor materials for the modulation of light and achieve the displacement of the wavelength, compared to patents, publications and previous embodiments in which they are exclusively used Phase modulations of the optical signal based on insulating electro-optical materials such as LiNbO3.
  • Another novelty of this invention is the adaptation, of previously proposed solutions, such as the one previously mentioned [Poberezhskiy05] to reflective network subscriber modules and the conjugation of the signal proposed by this previous work, with the electrical data signal .
  • the solution proposed by [Poberezhskiy05] is very difficult to implement, due to its very high frequency components, it can be a valid solution at lower frequencies.
  • the described wavelength displacer allows, being installed or integrated to the optical output of the laser, to perform a fine and hyperfine tuning of the laser emission wavelength, allowing wavelengths to be otherwise prohibited by the laser structure.
  • wavelength shifter for signal routing in optical communications networks by wavelength multiplexing.
  • SOA Semiconductor Optical Amplifiers
  • SOA-PLC hybrid integrated wavelength converter and its 8-slot unit Sato, R .; Ito, T .; Magari, K .; Ogawa, I .; Inoue, Y .; Kasahara, R .; Okamoto, M .; Tohmori, Y .; Suzuki, Y.; Lightwave Technology, Journal of Volume 22, Issue 5, May 2004 Page (s): 1331-1337]
  • networks are designed in which signals are transmitted through complex networks using purely optical technologies: ["Wavelength converter placement under different RWA algorithms in wavelength-routed all-optical networks", Xiaowen Chu; Bo Li; Chlamtac, I .; Communications, IEEE Transactions on, Volume 51, Issue 4, April 2003 Page (s): 607 - 617]
  • the proposed displacer has the advantage that it does not require another laser light source to perform the wavelength conversion, thus reducing the cost of these wavelength converters.
  • the Wavelength shift that the proposed displacer can provide is less than those mentioned [Sato, 2004].
  • Figure 1 shows the following devices:
  • Figure 2 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for the device (9), which has been replaced by
  • Figure 3 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for the device (9), which has been replaced by
  • Figure 4 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for the device (9), which has been replaced by:
  • Figure 5 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for the device (9), which has been replaced by:
  • Figure 6 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for devices (2), (3) (6) and (8), which have been replaced by:
  • Figure 7 corresponds to another embodiment, which is similar to the previous one, except for the device (9), which has been replaced by (16a): Adder (+).
  • Figure 8 corresponds to another embodiment, which is similar to Figure 6, except for the device (9), which has been replaced by
  • Figure 9 corresponds to another embodiment, which is similar to the first, except for devices (4), (5) and (13), which have been replaced by:
  • Figure 10 corresponds to a basic description of the wavelength shifter shown in Figure 1. In this case: in configuration of an input fiber and an output fiber; and showing in more detail the design parameters.
  • A-MOD Radio-frequency upper electro-optical modulator characterized in that it basically modulates the amplitude of the optical signal although it can also generate moderate modulations of the signal phase.
  • Figure 11 corresponds to an implementation of the displacer in its basic version, in this case: using couplers with standard power division ratios; and an attenuator for, adjusting the level of relative powers of the branches, get the suppression of the signal at the input wavelength ⁇ o.
  • A-MOD Radio-frequency upper electro-optical modulator
  • A-MOD Lower electro-optical radio frequency modulator
  • Figure 12 corresponds to an implementation of the displacer using multiple mode interference between modem (MMI) couplers ["The Modeling of MMI Devices", Cahill, L .; Transparent Optical Networks, 2006 International Conference on Volume 2, June 2006 Page (s): 138-141] with equal power division relationships and correlative gaps between their output guides.
  • MMI modem
  • A-MOD Radio-frequency upper electro-optical modulator
  • A-MOD Lower electro-optical radio frequency modulator
  • Figure 13 corresponds to an implementation of the displacer using a inter-mode multiple interference type coupler (AAMI) with equal power division ratios and correlative gaps between its output guides and another "start coupler” type coupler and "new design for low-loss star couplers and arrayed waveguide grating devices ", Joonoh Park; Youngchul Chung; Soohyun Baek; Hyung-Jong Lee; Photonics Technology Letters, IEEE, Volume 14, Issue 5, May 2002 Page (s): 651-653]
  • AAMI inter-mode multiple interference type coupler
  • A-MOD Radio-frequency upper electro-optical modulator
  • A-MOD Lower electro-optical radio frequency modulator
  • MMI multiple inter-mode interference
  • Figure 14 corresponds to an implementation of the displacer using electro-optical modulators of different types.
  • Figure 15 corresponds to an implementation of the displacer using ideal phase electro-optical modulators or that produce mostly a phase modulation and in any case a residual amplitude modulation.
  • Figure 16 corresponds to an implementation of the displacer using ideal phase electro-optical modulators or that produce mostly a phase modulation and in any case a residual amplitude modulation and an attenuator to adjust the intensities.
  • Rh-MOD Radio-frequency upper electro-optical modulator
  • the first preferred embodiment of the Subscriber Module (1) object of the invention is shown in Figure 1.
  • Its central element is the modified Mach-Zehnder type interferometer, formed by a "Y" structure with two electro-optical modulators of radio frequency (2) and (3) in parallel, between the optical coupler (6) that separates / adds the light in equal parts, and a light reflecting mirror (4) at the output of all optical guides, and with a 45 degree optical retarder or phase shifter (5) in one of the branches.
  • the two modulators can be phase i / or optical power and are excited separately from a radio frequency oscillator (7).
  • the signal it generates is separated into two branches, one of them is offset by 90 degrees (8), and each excites an electro-optical radiofrequency modulator (2) and (3).
  • the mirror individually reflects the light of each optical guide; It could therefore also be realized as several individual mirrors for each optical guide.
  • another electro-optical power modulator (7) prints the return data information (10), varying the output light power at the rate of the data.
  • the implementation of the electro-optical modulator (9) by means of electrodes formed by microwave propagation guides with microwave propagation speed adapted to the propagation speed of the optical signal in the optical guide next to the electrode, allows that, even when the original and offset optical signals pass through the modulator in both directions, only the displaced return optical signal is significantly modulated; and that the original downward optical signal, by propagating in the opposite direction to the microwave wave by the electrode, receives only a residual modulation.
  • a portion of the signal is separated with an optical coupler (11) and used to detect the download data with the photo receiver (12).
  • Another possible way of detecting them is by using an electro-optical semiconductor element with photo-detector properties in the same signal wavelength guide, as in a semiconductor optical amplifier; This saves the use of a coupler.
  • a bidirectional optical amplifier (13) is preferably inserted.
  • the frequency of the radio-frequency oscillator (7) must be greater than the sum of the baud rates of the down and up data signal, so that the two optical spectra do not overlap, since the length center wave will be separated in a displacement equal to the oscillator frequency.
  • the spectrum widens according to the transmission speed. For example, for a transmission speed of 1.25 Gbit / s (corresponding to IGigaEthernet), an electric oscillator frequency between 3 and 10 GHz could be chosen; It is not a critical parameter in a wide range. To adjust the power of the electric oscillator, its level is increased until a maximum spectrum reduction of the carrier frequency and the other unwanted higher harmonics is observed with a spectrum analyzer.
  • phase shifters (5) Depending on the exact characteristic of the electro-optic modulator used, the fine adjustment of the phase shifters (5), around the nominal value, will be required; at the same time, electro-optical modulators also generate phase shift, voltage controllable; therefore, a DC voltage can be added to the electrical input of the modulators, or the second electrode that some modulators incorporate will be used.
  • phase modulators with electro-optical glass, the phase change of the "X-cut" crystallographic configuration with respect to the "Z-cut” should be considered, due to the typical anisotropy of the crystals that have this property electro-optic, such as LiNbO3.
  • the second preferred embodiment of the Subscriber Module is similar to the first but introducing the electro-optical data modulation into the interferometer, as shown in Figure 2. That is, the data is modulated while the length is moved. wave, in the style of the generation of single sideband.
  • electro-optical data modulator E / O-MOD
  • E / O-MOD electro-optical data modulator
  • E / O-MOD electro-optical data modulator
  • i 0a Data Amplifier
  • 10b Data Amplifier
  • Another preferred embodiment integrates the radio frequency modulators with the data modulators, taking advantage of the fact that the electro-optical effects on the guided optical signal accumulate.
  • an Adder (+) (16a) and a subtractor (16b) are placed on the other branch. If the crystal has an "X-cut” cut, the latter would also be an Adder.
  • FIG. 4 Another preferred embodiment, shown in Figure 4, also integrates the modulators and couples the data signal with the radio frequency tone now by means of a mixer or multiplier (16d). In this way, a single sideband modulation is achieved directly with better purity, but with the added complexity of the high frequency mixing.
  • FIG. 5 Another preferred embodiment, shown in Figure 5, performs the coupling between the radio-frequency and the data signal and the generation of the signals that drive the modulators by means of a Processor Device (PROCESSOR) (16c) that performs the functions of the elements (8), (16a), (16b) of the embodiment of Figure 3, or (16d) of Figure 4, or a combination of them and other basic elements, such as amplifiers, retarders, equalizers or adapters.
  • PROCESSOR Processor Device
  • the Subscriber Module uses a wavelength shifting interferometer with four branches instead of two, with an electro-optical phase modulator on each branch, as shown in Figure 6.
  • the upper phase modulators ( 2a) and lower (2b) receive light from the upper main branch once divided with the optical coupler (6b) and transfer it to the mirror (4) that reflects it back. Equally the same occurs in the lower branch, for (3a), (3b) and (6c).
  • Phase modulators delay light in proportion to the electrical signal that affects them.
  • the modulators (2a) and (2b) are affected by the electrical signals from (7) and (8b).
  • the modulators (3a) and (3b) are affected by the electrical signals from the phase shifters (8a) and (8c).
  • the pairs of parallel phase modulators implement, by interfering in (6a), the optical power modulation.
  • the same functionality sought for wavelength translation can be achieved with variants with respect to the preferred embodiments already described.
  • the value of the polarization voltage of the electrodes will be varied up to achieve the best reduction of unwanted frequency components.
  • the required power level of the electrical input signal to the electrodes, and its exact shape can be adjusted in the same generators or in amplifiers, filters and / or equalizers located between the electrical inputs of the modulators (2) and (3) and the output of the electric generator (7).
  • an optical filter can be used in the Subscriber Module or at its output, to improve the purity of the return spectrum; however, this filter does not need to be very selective or critical, since then the advantage of low cost and simplicity would be lost.
  • optical coupler (11), the receiver (12) and the optical amplifier (13) are optional; they may not be used or placed at another point of the Subscriber Module (1) or even outside it, depending on the specific need and the level of optical power required.
  • Both the optical modulator that performs the wavelength translation and the modulation of the return data signal can be made with electro-optical glass material such as LiNbO3 (with an aligned guide on the crystallographic axis corresponding to "Z-cut” or " X-cut), with photonic crystals or with semiconductor material
  • the modulator can offer some gain by stimulated emission (semiconductor optical amplifier or "SOA", in reflective version, RSOA), or certain losses as in the case of electro-absorption modulator, in addition to producing phase modulation according to the "chirp” parameter.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • RSOA reflective version
  • both modulators can be integrated into a single one with several sections and electrodes.
  • semiconductor material has the advantage of using the non-linear or optical saturation properties of the SOA to reduce optical field fluctuations and thereby improve the purity of the displaced light.
  • the signal received in the photo-receiver (12) contains information about the possible alterations of the optical signal in the transmission of the downward direction which, therefore, can be used to cancel them by means of an electronic compensation element in an electronic feedback loop from the photo-receiver (12) to the electro-optical modulators, comparing the received signal with the suitable signal, for example maximizing the overture of the eye diagram, subtracting the spectra or by a training sequence. From the resulting quality parameter, the compensation can be performed by any of the known adaptive equalizers, such as FIR, DFE or MLSE. Some of the alterations in the direction of rise are equivalent to those of the direction of descent, so they can be foreseen in the user equipment and pre-compensated.
  • Another advantageous embodiment would replace the mirror with an optical loop with a light guide that connects the output of the modulators between them.
  • one guide would link the outputs of the modulators (2a) with (2b), and another guide would link (3a) with (3b); indicate that (2a) can take the function of (2b) and (3a) that of (3b), being equal devices, but polarized with different lags and signals.
  • the phase modulation within the loop causes the light to interfere with itself at the coupler output (6a) and (6c) generating optical power modulation.
  • FIG. 9 Another preferred embodiment in loop is that shown in Figure 9; Both the wavelength shift and the data remodulation are performed in the loop, with two electro-optical modulators.
  • An electro-optical modulator performs the wavelength translation, and another remodulates it with the return data. The first is more complex than the second, as described. It is also done with a Mach-Zehnder interferometer with two or four branches as described, but replacing the mirror with an optical coupler (6d), symmetric to (6). In the case of 4 branches, symmetric couplers a (6a) and (6b) would also be inserted.
  • the loop is closed with a circulator or an optical coupler.
  • the circulation of light in both directions of the loop will be prevented by one or more optical insulators, or by two optical switches in parallel at the start and end of the loop, controlled so that when one is open the other is closed, and synchronize with the data with the transit time in the loop, so that light is allowed in a single direction in a short period of time.
  • the optical signal in the direction of descent can be unmodulated, the central office acting as a centralized generation center of lights of different wavelengths of the WDM network, or be modulated with the data of descent data, of the central office towards the user.
  • the user equipment generates the light of a new wavelength and with different characteristics.

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Abstract

Módulo desplazador de longitud de onda para comunicaciones de acceso por fibra óptica y otras aplicaciones. Realiza un desplazamiento de la longitud de onda, la remodula y la reemite hacia la oficina central por la misma fibra. El módulo comprende un modulador electro-óptico exitado con un tono de radiofrecuencia que produce una modulación combinada de amplitud y fase, de tal forma que la frecuencia óptica de salida es la de entrada trasladada en un valor igual a la frecuencia del tono de radiofrecuencia. La nueva luz se remodula con los datos de retorno, se refleja y se reemite por la misma fibra óptica. Se consigue reducir la interferencia entre señales en los sentidos de transmisión opuestos de la fibra en la red de acceso con multiplexación en longitud de onda con generación centralizada de señales ópticas y equipo de abonado reflexivo sin láser. Además, en láseres sintonizables, la versión básica del módulo permitiría una sintonía ultra fina.

Description

MÓDULO DESPLAZADOR DE LONGITUD DE ONDA PARA COMUNICACIONES DE ACCESO POR FIBRA ÓPTICA Y OTRAS APLICACIONES SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se encuadra en el sector técnico de las telecomunicaciones por fibra óptica, más concretamente en el relativo a las redes de acceso de banda ancha con multiplexación en longitud de onda, las denominadas redes de fibra-hasta-el-hogar (FTTH) de nueva generación.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Actualmente, la instalación de redes de acceso por fibra óptica a los abonados ha adquirido una gran relevancia entre los operadores de telecomunicación. En algunos países, como Japón, Estados Unidos, Corea del Sur, Italia y los países nórdicos, la instalación de accesos por fibra óptica está creciendo a un nivel comparable, o incluso superior, al de otros medios de acceso más convencionales como ADSL, cable o radio.
La primera generación de redes acceso usaban dos fibras para cada abonado, instaladas desde la oficina central. Una generación más avanzada, la denominada red óptica pasiva (PON), reduce la infraestructura de fibra óptica mediante la compartición de la mayor parte de la longitud de fibra entre varios usuarios, instalando un acoplador o divisor óptico pasivo en un nodo remoto simple cercano a los abonados, el cual divide la señal óptica de la fibra de alimentación a las distintas fibras individuales, en el sentido de bajada. En el sentido de retorno, el funcionamiento es simétrico. Esta compartición de la mayor parte de la longitud de la fibra es posible gracias al enorme ancho de banda de la misma, que puede operar a elevadas velocidades de transmisión de datos y repartirlos entre los distintos usuarios multiplexados en el dominio del tiempo. Un avance suplementario consiste en usar la misma fibra para el sentido de bajada y el de retorno o subida. Ello se realiza usando fuentes de luz en distintas bandas de longitudes de onda, y filtros ópticos para separarlas.
En un futuro próximo, se espera desarrollar una nueva generación con mayor capacidad y aún mayor nivel de compartición, usando la multiplexación en longitud de onda WDM de alta densidad en la fibra óptica. Con ella se pueden transmitir numerosas señales ópticas de información a distintas longitudes de onda por una única fibra, desde la oficina central hasta el nodo remoto pasivo en las inmediaciones de los usuarios, separar aquí las distintas longitudes de onda con un multiplexor y destinar cada una a cada usuario, o grupo de usuarios. En un futuro se espera combinar los dos dominios de multiplexación, el del tiempo y el de la longitud de onda; con ello, potencialmente se puede llegar a dar servicio a más de un millar de usuarios desde una única fibra de alimentación que cubra la mayor parte de la distancia, por ejemplo de 20 Km. o más.
Una configuración ventajosa de red de acceso WDM usa una única fibra para la señal de bajada y de retorno de cada usuario, y además centraliza la generación de longitudes de onda en la oficina central, evitando el uso de un láser específico en cada módulo de abonado; éste, también conocido como equipo de usuario o como unidad de red óptica, o como conversor electro-óptico, la recibe, la remodula con los datos de retorno y la reenvía hacia la oficina central; de esta forma se simplifica su diseño ya que no requiere láser generador de la longitud de onda y se asegura que las dos señales, la de bajada y la de subida atraviesen adecuadamente el multiplexor óptico WDM del nodo remoto por el canal asignado. Este tipo de módulo de abonado se denomina comúnmente como reflexivo, o agnóstico a la longitud de onda o color, porque refleja cualquier longitud de onda que le llegue. Así, todos los equipos de usuario pueden ser idénticos entre ellos, a diferencia de los que usan láser, que deben suministrarse distintamente a cada usuario para que no se interfieran, lo que supone un problema de suministro y distribución.
Sin embargo, los sistemas que operan por una única fibra con la misma longitud en los dos sentidos deben afrontar el problema de las interferencias entre ambas señales en sentidos opuestos, debidas al fenómeno de retrodifusión de Rayleigh y a las posibles reflexiones en conectores ópticos intermedios u otros. Esta interferencia es máxima cuando los espectros ópticos de bajada y subida son coincidentes [IEEE Journal of Lightwave Technology, vol 8, no. 12, pp. 1792-1798, Dec. 1990, "Spectral properties of Rayleigh backscattered light from single-mode fibers caused by a modulated probé signal", P. Gysel at al.].
En relación a esta nueva tecnología de red de acceso WDM y equipo de usuario reflexivo, se han publicado recientemente diversos artículos científicos que prueban sus posibilidades y mejoran sus prestaciones, tratando de solventar las limitaciones. La patente EP0551409B1 ("Bidirectional transmission system, especially by optical fibre, using a single carrier for both transmission directions", 1998, cesada en 2005) recoge la remodulación de la portadora óptica de bajada en el equipo de usuario para el retorno de subida simultáneo. Al ser a la misma longitud de onda la auto- interferencia puede ser relevante.
En [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 17, no. 3, Marzo 2005, "Full-duplex Single Fiber Transmission using FSK Downstream and IM Remote Upstream Modulations for Fiber-to-the-Home", J.Prat et al.] se usa una modulación óptica en frecuencia para el sentido de bajada con un láser sintonizable, y una modulación de intensidad en el módulo de abonado para el retorno. La modulación de frecuencia óptica es de potencia constante y compatible así con la modulación simultánea de potencia en el retorno; al mismo tiempo, produce un ensanchamiento espectral que reduce las interferencias.
En [European Conference on Optical Communications, ECOC'05, artículo We3.5.5, "Gigabit optical access using...", F.Payoux et al.] se usa "spectral slicing", o luz de espectro ensanchado, que el multiplexor del nodo remoto subdivide, enviando a cada usuario una de las porciones de espectro, el cual, gracias a un amplificador semiconductor reflexivo (RSOA), amplifica y remodula con la información de retorno o subida.
En [Journal of Lightwave Technolgy, vol. 24, no. 2, Febr. 2006, pp. 786-796, "A new sinfle-fiber 10-Gb/ optical loopback method using phase modulation for WDM optical access networks", T.Yoshida et al.] se envían dos longitudes de onda desde la oficina central, una modulada con los datos de bajada y la otra sin modular en bajada que es modulada en el módulo de abonado con los datos de retorno, con un índice de modulación de fase suficientemente elevado como para que la componente portadora original se cancele. Su problemática es que el espectro óptico se ensancha enormemente sufriendo problemas de alcance en distancia por la propia dispersión de la fibra y de interferencias.
En la invención presente se propone realizar una conversión de la longitud de onda, a otra ligeramente desplazada, de tal forma que los espectros de subida y retorno no se solapen, y así el efecto de la interferencia sea menor. La conversión de longitud de onda de señales ópticas se ha utilizado en las últimas dos décadas para redes troncales y metropolitanas avanzadas con encaminamiento totalmente óptico. Se ha demostrado utilizando diversas técnicas; una de ellas usa el fenómeno de mezcla de cuatro ondas de la propia fibra óptica con láser de bombeo de alta potencia (por ejemplo véase [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 4, no. 1 , Enero 1992, pp. 69 - 72, "Wavelength conversión experiment using fiber four-wave mixing", K.lnoue et al] y la patente [US2005207757], o en amplificador óptico semiconductor [Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 6, pp. 955-966, Junio 1996, "Wavelength conversión technologies for WDM network applications" S. J. B. Yoo]); otra técnica genera un peine de longitudes de onda a partir de la modulación de la fase óptica con un modulador electro-óptico en bucle y un generador de microondas de alta potencia (por ejemplo véase [IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11 , no. 5, Mayo 1999, pp. 551 - 553, " 1.8-THz bandwidth, zero-frequency error, tunable optical comb generator for DWDM applications", S.Bennett et al.]. Sin embargo con estas técnicas no se produce una única longitud de onda óptica sino que se generan una serie de portadoras ópticas con distintas potencias, separadas en un margen igual a la frecuencia del generador eléctrico, requiriendo filtros ópticos muy selectivos para seleccionar la longitud de onda deseada. Para determinados índices de modulación (según amplitud del generador), la potencia de la portadora inicial se anula.
Otra técnica distinta de conversión utiliza dos amplificadores ópticos dispuestos en configuración de interferómetro Mach-Zehnder (véase por ejemplo [Electronics Letters, vol. 35, no. 11 , pp. 913-914, 27 de Mayo de 1999, "20 Gbit/s optical wavelength conversión in all-active Mach-Zehnder interferometer", T. Fjelde]); con ello la información modulada en una portadora óptica pasa a la otra portadora, pero requiere otro láser que genera la nueva longitud de onda y un filtro óptico a la salida.
Según todo ello, para una realización más robusta y potencialmente de bajo coste, sería deseable un dispositivo o sistema que generase una nueva longitud de onda dominante ligeramente distinta a la incidente en el módulo de abonado, que no requiriese láser ni filtro óptico selectivo. En este sentido, un sistema efectivo para la traslación de la longitud de onda en un margen estrecho se basaría en la modulación de banda lateral única y con portadora suprimida. Ello fue demostrado en [IEEE Photonics Technology Letters, vol. 13, no. 4, pp. 364-366, 2001 , "Single side-band modulation performance of a LiNbO3 integrated modulator consisting of four-phase modulator waveguides", S. Shimotsu et al.]. El modulador electro-óptico se basa en cuatro moduladores de fase individuales acoplados en pares de ramas en paralelo (configuración de doble interferómetro Mach-Zehnder) y desfases relativos de 90 y 180 grados. Trabajos posteriores han demostrado la eficacia de la modulación en banda lateral única en combatir la dispersión de la fibra en el transporte a grandes distancias troncales y elevadas velocidades de transmisión, o han tratado de simplificar su diseño (véase por ejemplo [Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no.5, Mayo 2006, pp. 2059-2069, "Optical single-sideband transmitter for various electrical signaling formats", D. Fonseca et al.]). A pesar de la eficacia demostrada por este dispositivo para producir un desplazamiento de la longitud de onda mediante la generación de una banda lateral única y la supresión de la portadora, este dispositivo basado en materiales electro-ópticos como el LiNbO3 son de dimensiones relativamente grandes, dificultando su integración y reducción de coste.
El uso de moduladores de amplitud basados en materiales de semiconductor permiten una mayor escala de integración y un coste potencial mucho menor. Un diseño integrado con sólo dos ramas utilizando moduladores de amplitud ha demostrado ser eficiente para la generación de una portadora lateral única, acompañada de la portadora, no suprimida [Journal of Lightwave Technology, vol. 16, no.7, Julio 1998, pp. 1276-1284, "Integrated Lightwave Millimetric Single Side- Band Source: Design and Issues", Eric Vergnol, Fabrice Devaux, Daniel Tanguy, and Elisabeth Penard].
Debe aclararse que si bien en este caso anterior nos hemos referido a moduladores de amplitud, también la fase de la señal óptica se modula, si bien en menor cuantía. El parámetro de chirp -α- de estos moduladores [Vergnol98] cuantifica la relación entre la modulación de la amplitud y de la fase:
α = 2-^-(l) dLn(I) siendo Φ la fase de las señal óptica y A su amplitud o intensidad. En general, los moduladores de amplitud basados en semiconductor suelen diseñarse para conseguir que α sea pequeño, produciendo así modulaciones de al fase de la señal óptica despreciables. Sin embargo, algunos de estos moduladores de amplitud pueden mostrar un parámetro de chirp elevado. En general nos referiremos en a estos moduladores como moduladores de amplitud, aun siendo conscientes de la modulación residual de fase que producen.
Por otra parte, el parámetro de chirp a depende en general del punto de operación del modulador. Por simplicidad, nos referiremos al chirp del modulador siendo conscientes de que en realidad habría que precisar que se trata del chirp del modulador en el punto de operación del mismo y siendo conscientes que el valor del mismo sólo puede considerarse constante si el índice de modulación de la señal es reducido.
Una solución adecuada para el problema técnico que se pretende resolver consistiría en un dispositivo con las mismas propiedades de alto potencial de integrabilidad y bajo coste, pero capaz de generar una portadora lateral única y, además, suprimir la portadora.
El diseño anterior se basa en la división del haz incidente en dos, mediante un divisor de potencia, la generación de un desfase óptico de π/2 en una de sus ramas y la modulación en amplitud de la señal de ambas ramas mediante moduladores de electro-absorción similares, con un desfase relativo también de π/2. El campo eléctrico de la onda luminosa incidente a la salida de un modulador de amplitud de electro-absorción al cual se le aplica una señal de modulación sinusoidal se puede expresar, según la citada referencia mediante la expresión:
Figure imgf000008_0001
donde e0 representa el campo eléctrico de la portadora óptica de frecuencia ω0. α es el parámetro de chirp del modulador y m es la profundidad de modulación. Mediante la división del haz y los correspondientes desfases y modulaciones descritas por (1 ), el citado trabajo previo demuestra que el campo eléctrico a la salida del dispositivo se puede expresar por: E(t) =
Figure imgf000008_0002
+ j)eJQt + Qe"'" (3)
Se puede demostrar que no es posible mediante una variación de los parámetros de operación (desfase óptico, desfase de modulación relativo, índice de modulación, etc) generar una banda lateral única y al mismo tiempo suprimir el término ejOt, correspondiente a la portadora con el diseño propuesto por el citado trabajo. No obstante, otros trabajos proponen la generación de una banda lateral única y la supresión de la portadora mediante un dispositivo con una sola guía óptica (o rama) y una modulación de fase con una función diente de sierra [IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 41 , no. 12, (2005) pp. 1533, "Serrodyne Frequency Translation of Continuous Optical Signáis Using Ultrawide-band Electrical Sawtooth Waveforms", I Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, H. R. Fetterman]. Dicha solución resulta muy difícil de implementar ya que se requiere: o bien una señal rampa de amplitud, idealmente, ilimitada, o bien, una señal eléctrica con forma de diente de sierra, con componentes de muy alta frecuencia y amplitud muy precisa.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un equipo de usuario de red óptica de acceso que desplaza la longitud de onda incidente, la remodula y la retransmite por la misma fibra.
En esta invención se explota el principio de modulación de banda lateral única (superior o inferior) con portadora suprimida para trasladar la longitud de onda, se modifica para adaptarlo a una red de acceso de fibra única mediante una configuración novedosa reflexiva, y se combina con una remodulación de la luz resultante con los datos de retorno hacia la oficina central por la misma fibra. La presente invención aporta nuevos diseños del Módulo de Abonado usando estos principios, para las redes de acceso de nueva generación, con mayores prestaciones y menor coste.
La presente invención también propone una implementación integrable del Módulo de Abonado, o sea, que puede realizarse mediante las nuevas técnicas de óptica integrada sobre semiconductor electro-óptico, y por tanto es susceptible de su fabricación en grandes volúmenes a bajo coste. El nivel de complejidad es similar al de otros módulos electro-ópticos que ya se comercializan.
El Módulo usa la modulación de banda lateral única con portadora suprimida a partir de un generador de radio-frecuencia y un modulador electro-óptico múltiple de dos o más electrodos; se consigue un espectro óptico de salida en el que la portadora incidente se ha suprimido y la longitud de onda dominante es ahora la de una banda lateral (la superior o la inferior, según el signo del desfasador), separada de la incidente en un valor igual a la frecuencia del generador eléctrico. En el proceso pueden surgir otras longitudes de onda residuales a múltiplos de la frecuencia del generador eléctrico que se minimizan optimizando la potencia, forma y desfase en las ramas moduladoras. Los residuos más separados pueden eliminarse fácilmente con filtros ópticos poco selectivos o con pre-ecualizadores eléctricos, si fuese necesaria una mayor pureza. La frecuencia óptica debe ser suficientemente elevada como para que los espectros de bajada y subida no se solapen, aunque no excesivamente como para que el canal de subida también pase por misma banda de paso correspondiente del multiplexor óptico del nodo remoto.
Con la traslación de longitud de onda conseguida en el equipo de usuario, se minimiza el solapamiento entre los espectros ópticos de bajada y retorno y, de esta forma, la transmisión se torna altamente insensible a las interferencias arriba mencionadas, pudiendo así aumentar el alcance en distancia de la red.
A continuación se proponen una serie de diseños de dispositivo integrados novedosos, que mejoran los dispositivos de trabajos anteriores ya que estos nuevos son capaces de producir el desplazamiento de la longitud de onda mediante la generación de la banda lateral única y la supresión de la portadora.
El primer modelo está basado en:
Moduladores de amplitud de baja modulación residual, parámetro de chirp α cercano a cero.
El campo eléctrico modulado puede describirse por la expresión (2). A diferencia del trabajo citado [Vergnol, 98], se propone un sistema integrado novedoso consistente, no en la división habitual del haz de luz incidente en dos haces, sino en la división del mismo en 3 haces con intensidades relativas: 1 /(2+/2), 1 /(2+/2) y /2/(2+/2), respectivamente. Las ramas con intensidades relativas iguales son moduladas, mientras que la rama con intensidad mayor no es modulada. Las ramas moduladas reciben una señal eléctrica de modulación con un retardo relativo de Vi del periodo de la señal eléctrica. A su vez, los haces modulados sufren un desfase óptico relativo de π/2. Finalmente el haz no modulado sufre un desfase óptico de 5π/4 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí.
Con las características del dispositivo descrito, el campo eléctrico a la salida del dispositivo se puede describir por la expresión:
Figure imgf000011_0001
asumiendo que la modulación de la señal (m) es relativamente pequeña, la expresión(3) se puede aproximar por:
Figure imgf000011_0002
Tras el adecuado tratamiento puede expresarse como:
E(t) =
Figure imgf000011_0003
+0-e-Jϋíl +0-e0íOt} (6)
consiguiéndose de esta manera descrita la cancelación, no sólo de una de las bandas laterales, como en trabajos previos, sino además la completa cancelación de la portadora y produciéndose así un desplazamiento de la longitud de onda incidente mediante la generación de una banda lateral completamente única.
En caso de que los moduladores utilizados para la realización de este dispositivo propuesto, sean moduladores de amplitud casi ideales, con modulación de fase residual cercana a cero y por tanto, parámetro de chip α = 0, se consigue igualmente el resultado deseado, dando lugar a:
E W = v*1 i me'm + ° - e'"* + ° • e° " 1 e>
La división del haz con las intensidades relativas citadas de: 1 /(2+/2), 1 /(2+/2) y /2/(2+/2) se puede conseguir mediante un adecuado diseño de un divisor de potencia óptica tal y se muestra en los dibujos que acompañan la patente. También se puede realizar un dispositivo con las mismas prestaciones utilizando otras divisiones alternativas del haz. Por ejemplo, el haz puede dividirse en 4 haces con intensidades iguales de VA cada una de ellas. En ese caso se simplifica el diseño del divisor de potencia, con la contrapartida de aumentar ligeramente la complejidad de otras secciones del dispositivo al añadir una rama de transmisión más para el 4 haz. En este diseño alternativo, dos de las ramas son moduladas mediante señales eléctricas, tal y como se ha descrito anteriormente, con un retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica y un desfase óptico relativo de π/2. Por su parte, los haces no modulados sufren desfases ópticos de π y 3π/2 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí.
Siguiendo esta aproximación, la ecuación que describe el campo eléctrico a la salida del dispositivo, equivalente de la Eq (4) para esta nueva versión, se describe mediante la expresión:
£(0 + m -cosωtf+Ja)/2]
Figure imgf000012_0001
(l+ja)/2
2 ^o e >o' (l + m - cos£y(í + ¿))
(8)
Figure imgf000012_0002
Siguiendo un desarrollo análogo al anterior:
E(t) = eoejωat {\ [j i (1 + ja)m] ejωt + 0 • e jωt + 0 • é 0 ωt ~)
(9)
Del desarrollo matemático se comprueba que el diseño anterior basado en la división del haz en tres haces ofrece una eficiencia de conversión superior al diseño basado en 4 haces, puesto que el término 2/(2+/2) = 0.59 es superior a Vi.
Al igual que en el caso anterior, la solución propuesta es válida tanto en caso de utilizarse moduladores de amplitud muy cercanos al modulador de amplitud ideal, con valor del parámetro de chirp próximo a cero, como aquellos cuyo valor del parámetro de chirp no es despreciable. En este caso la división de haz en 4 haces con intensidades iguales resulta más sencillo y los desfases ópticos relativos pueden conseguirse mediante el adecuado diseño del acoplador óptico o bien mediante el adecuado diseño de las guías ópticas por las que se propagan cada uno de los 4 haces.
Combinación de moduladores de amplitud con modulación residual, parámetro de chirp α, de distinto valor.
Se propone también otro diseño de dispositivo capaz de producir una banda lateral única con supresión de la portadora, basada en moduladores de amplitud y división del haz en 2 haces. A diferencia del trabajo anterior citado [Vergnol98], la presente invención propone la integración de dos moduladores de amplitud en senda ramas de características diferenciadas. Siendo el parámetro de chirp -α- de uno de ellos, muy superior al otro (por ejemplo: Ct1 >> α2) Al mismo tiempo, el índice de modulación del modulador con parámetro de chirp inferior es, sin embargo, mayor que el en aquel de chirp superior (m2 » In1). De forma tal que: In1 << (In1Ot1, m2} y In2Ci2 << Im1Ct1, m2}. Siendo por tanto relevantes solamente los términos In1Ci1 y m2. Otra diferencia decisiva para el adecuado funcionamiento de esta otra versión del dispositivo es que el desfase óptico entre los 2 haces antes de volver a interferir entre ellos es en esta ocasión de π. Se demuestra continuación que, en estas circunstancias y si ajustan los puntos de operación de los moduladores de forma que los índices de modulación cumplan la relación: In1Ci1 = m2> se consigue igualmente un modulación de banda lateral única con supresión de la portadora. En ese caso, el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere la expresión:
£(í) = -L. -Leoe>"-'e>" (l + m, - COSaX)C+"*21''2
Figure imgf000013_0001
Tras aplicar un tratamiento similar a los casos anteriores: E(t) = eoeJ<v{i j[-m, - Ja1M1 + Jm2 - a2m2]e jωt
-jωt o,α + 2 IH71I - M∞i ~ M + a2m2]e + 0 • e00"} <1 1 >
Haciendo uso de Pn1 « Im1(X1, m2} y m2α2 << Im1Oi, m2}, la expresión (11 ) se puede aproximar por:
E(t) = eoeJ»°t{±}[-jaιmΛ +Jm2]^ +H[-)αñ -jm +O-e0*"} (12)
Ajustando el punto de operación de los moduladores de forma que In1Oi1 = m2:
E (t) = eoejω°' {θ • ejωt - i a^e'^ + 0 • eO ωt } (13)
En el desarrollo mostrado, se obtiene un desplazamiento de la longitud de onda hacia longitudes de onda mayores (o equivalentemente hacia frecuencias ópticas inferiores). De una forma similar, puede obtenerse el desplazamiento contrario mediante el cambio del signo del retardo relativo, de !4 a -VA, del periodo de la señal eléctrica.
Obsérvese que esta solución propuesta no es válida para moduladores de amplitud ideales, con parámetro de chirp α cercano a cero, ya que en este caso la eficiencia de conversión de la longitud de onda tiende a cero.
Moduladores de fase no ideales, con modulación residual de la amplitud.
También puede generarse una modulación de banda lateral única mediante moduladores de fase en vez de moduladores de amplitud. Una solución en ese caso, para producir la banda lateral única (eliminación de la otra de las bandas laterales del espectro óptico), se acoplan (suman) las señales ópticas en cuadratura (desfase óptico entre ellas de 90 grados) de cada rama del interferómetro; a su vez, también debe introducirse un retardo de 90 grados en una de las ramas de la señal eléctrica de radio-frecuencia que excita los moduladores ópticos. De esta forma, al sumarse dos señales ópticas de doble banda lateral, una de las bandas laterales se encontrará en contrafase (90°+90°:180°) y se cancelará. Para cancelar al mismo tiempo la portadora óptica central original, se realiza la modulación de fase de gran índice de modulación (2.4), o se polarizan los interferómetros en el punto de transmisión nula (contrafase) a cada uno de los interferómetros.
La solución anterior en la que se realiza la modulación de fase de gran índice de modulación (2.4), presenta como desventaja que se generan una gran cantidad de armónicos superiores que deben ser posteriormente eliminados mediante filtrado óptico. Por otra parte, la solución en la que cada uno de los interferómetros se polarizan en el punto de transmisión nula, exige que el dispositivo esté formado por 2 interferómetros, cada uno de ellos formados a su vez por 2 moduladores de fase.
Por estas razones se analiza y propone a continuación una solución alternativa haciendo uso de moduladores en los que la modulación de fase ya no puede ser considerado un efecto de segundo orden y el campo eléctrico modulado no puede expresarse por (2).
En caso de tratarse de un modulador de fase no ideal, es decir que se trata de un modulador con un parámetro de chirp muy alto como es el caso de "Semiconductor Optical Amplier" (SOA), el campo eléctrico modulado puede expresarse por:
Figure imgf000015_0001
Haciendo uso de (1), y suponiendo que el parámetro de chirp es constante en el rango de variaciones de intensidad:
Figure imgf000015_0002
la expresión (14), resulta:
E T- í(tΛ) = go(> J(ωc °P+Φ) - X[Λ1 + τwcosωt IJX £ j- 2Ln(l+mcosωt) ( .1.6..) Suponiendo que la modulación de amplitud residual es pequeña, como corresponde a modulador que se aproxima a un modulador de fase, la expresión (16), se puede aproximar por:
Figure imgf000015_0003
Se propone una división del haz en 3 haces con intensidades relativas: VA, VA y Jo2(αm/2)/2. Los dos haces de intensidades relativas iguales se modulan mediante señales eléctricas con índice de modulación m y con retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica además sufriendo un desfase óptico relativo de π/2. Finalmente, el haz no modulado sufre un desfase óptico de 5π/4 antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí. Se puede comprobar que el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere, la expresión:
E j-,( /ήΛ = e<>e Jωω°a {(φλ iΛ + mcosωt ΛfYI e jJ-2Ln(l+mcosωt) >¿ j-i
+± i T[il + mcosω( ft + f π¿ <)γΛYT2-
Figure imgf000016_0001
que en caso de modulación de amplitud pequeña se puede aproximar por:
Figure imgf000016_0002
(19)
Teniendo en cuenta que m es pequeño, la expresión anterior puede simplificarse dando lugar a :
Figure imgf000016_0003
más otros armónicos a frecuencias ωo+2ω y ωo-2ω de orden mJ^αm/2) o J2(αm/2). En este caso, no se requiere de una modulación de fase de gran índice de modulación para cancelar la portadora, por lo que la modulación puede ser de índice de modulación bajo y hacer que estos otros términos sean mucho más pequeños que los considerados en (20). Despreciando análogamente los términos en mJi(αm/2), de orden m2, frente a J0(αm/2), de orden m:
0
Figure imgf000016_0004
De donde se deduce que la fase necesaria, en la rama que no se modula, para conseguir una modulación de banda lateral única con cancelación de la portadora es de φ = 5π/4 = 2250C y un factor de acoplamiento de J0 2(αm/2)/2.
Moduladores de fase ideales, con modulación residual de amplitud nula.
En caso de utilizarse moduladores de fase prácticamente ideales, como es el caso de los moduladores de fase producidos en cristales de LiNbO3, el campo eléctrico modulado puede expresarse por:
E(t) = eoe Jω°O e JíΦ+m COs{ωQ)) (22)
donde en este caso, m representa el índice de modulación, pero en este caso de una modulación de fase.
En caso de realizar una división del haz en 3 haces con intensidades relativas: VA, VA y Vi ; siendo dos de ellos modulados -los de intensidades relativas iguales-; mediante señales eléctricas de modulación con retardo relativo de VA del periodo de la señal eléctrica; y sufriendo los haces modulados un desfase óptico relativo de π/2. Si finalmente, el haz no modulado sufre un desfase óptico de X antes de que todos los haces vuelvan de nuevo a interferir entre sí, se puede comprobar que el campo eléctrico a la salida del dispositivo adquiere, haciendo uso de (22), la expresión:
Figure imgf000017_0001
Si la modulación es moderada, la expresión anterior se puede aproximar por:
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0003
En este caso, se puede conseguir una modulación de banda lateral única, por ejemplo ejωt, si (J)1 = φ2 +π/2. Por ejemplo si: (J)1 = π/2 y φ2 = 0:
E(t) (26)
Figure imgf000018_0001
Donde puede obtenerse también una modulación de banda lateral única con cancelación de la portadora la fase de la rama no modulada es de φ = 5π/4 = 2250C y un factor de acoplamiento de J0 2(m)/2. Nótese que es resultado es muy similar al caso de modulador de fase no ideal (21 ), anulando los términos multiplicados por m y sustituyendo los términos αm/2 por m.
Adaptación del desplazador de longitud de onda y aplicación como Módulo de Abonado.
Otro elemento fundamental del Módulo de Abonado es el remodulador de datos de retorno: una vez trasladada la longitud de onda, o al mismo tiempo que se traslada, se remodula la señal óptica, ahora con los datos del canal de retorno, y se acopla en la misma fibra para ser transmitida hasta la oficina central.
Otra novedad de la invención es la de introducir un espejo de luz en un punto correspondiente a un eje de simetría central de los moduladores, de tal forma que la señal óptica interfiera equivalentemente, sea trasladada y remodulada, y surja por la misma fibra de entrada. Ello implementa de una forma efectiva la transmisión bidireccional a la oficina central, o al nodo remoto, por fibra única. Además, el doble paso de la luz por los dispositivos ópticos del Módulo de Abonado aumenta la eficiencia de modulación electro-óptica; del mismo modo, el desfasador óptico no deberá ser de 90 grados sino de 45 grados.
Los moduladores electro-ópticos son dispositivos basados en cristal electro-óptico o en semiconductor, en los que la señal eléctrica acoplada varía alguno de los parámetros de la luz incidente: potencia (también se suele decir como sinónimo: intensidad o amplitud), fase o estado de polarización. El modulador de fase más habitual es el de cristal LiNbO3, con un fuerte coeficiente electro-óptico; una línea de transmisión eléctrica se acopla junto a la guía óptica; el campo eléctrico induce una pequeña variación en la velocidad de propagación de la luz a lo largo de la guía, lo que puede llegar a producir un desfase de 180 grados o más, en términos de longitud de onda de la luz. Acoplando dos de estos moduladores de fase en paralelo (configuración interferómetro Mach-Zehnder), se consigue un modulador de la potencia óptica. También con material semiconductor se consigue realizar modulación de luz, en este caso de amplitud, pero integrable en chip electro- óptico; la señal eléctrica afecta tanto a la potencia como a la fase de la luz pasante mediante el chirp. Las dos formas más conocidas de modulador semiconductor son el amplificador óptico semiconductor o el modulador de electro-absorción. Ambos son o pueden utilizarse como moduladores de amplitud de la señal óptica. La diferencia básica entre ellos es que mientras que el primero modula la amplitud o intensidad de la señal mediante amplificación de la misma, el segundo lo realiza mediante la atenuación de la señal. En un futuro, la tecnología de cristales fotónicos puede aportar un nuevo sustrato práctico de las funciones propuestas.
Otra de las novedades de esta invención es la inclusión de una implementación preferida utilizando e integrando materiales semiconductor para la modulación de la luz y conseguir el desplazamiento de la longitud de onda, frente a las patentes, publicaciones y realizaciones previas en las que exclusivamente se utilizan modulaciones de la fase de la señal óptica basadas en materiales electro-ópticos aislantes como el LiNbO3.
Finalmente, otra de las novedades de esta invención es la adaptación, de soluciones anteriormente propuestas, como la citada anteriormente [Poberezhskiy05] a módulos de abonado de red reflexivos y la conjugación de la señal propuesta por este trabajo anterior, con la señal eléctrica de datos. Si bien, como se ha comentado anteriormente, la solución propuesta por [Poberezhskiy05] resulta muy difícil de implementar, por sus componentes de muy alta frecuencia, puede resultar una solución válida a frecuencias más bajas.
Otras aplicaciones del desplazador de longitud de onda
Además de la importante aplicación del desplazador de longitud de onda en el bucle de abonado comentada anteriormente, existen una serie de otras aplicaciones. Sin pretender ser exhaustivos y describir todas las posibles aplicaciones del desplazador, se comentan a continuación dos ejemplos. - Uso del desplazador como elemento para la sintonización fina de la longitud de onda de emisión de láseres.
Muchos láseres tanto comerciales como prototipos en fase de investigación permiten un cierto rango de sintonía de su longitud de onda de emisión. Desafortunadamente, muchos de ellos no pueden realizar dicha sintonía de su longitud de onda de emisión de una forma continua, sino en ciertos saltos de longitud de onda debido a restricciones presentes en las diversas tecnologías empleadas en la fabricación de estos láseres. El desplazador de longitud de onda descrito permite, siendo instalado o integrado a la salida óptica del láser realizar una sintonía fina e hiperfina de la longitud de onda de emisión del láser, permitiendo alcanzar longitudes de onda prohibidas de otra manera por la estructura del láser.
- Uso del desplazador para enrutamiento de señales en redes de comunicaciones.
Otro uso del desplazador de longitud de onda para el enrutamiento de señales en redes de comunicaciones ópticas por multiplexado en longitud de onda. Para este tipo de aplicaciones suele hacerse uso de los efectos de transferencia de modulación en Amplificadores Ópticos de Semiconductor (SOA) para trasvasar la información contenida en la modulación en amplitud de una longitud de onda a otra longitud de onda aportada por otra fuente óptica distinta (véase por ejemplo: ["10- Gb/s low-input-power SOA-PLC hybrid integrated wavelength converter and its 8- slot unit" Sato, R.; Ito, T.; Magari, K.; Ogawa, I.; Inoue, Y.; Kasahara, R.; Okamoto, M.; Tohmori, Y.; Suzuki, Y.;Lightwave Technology, Journal of Volume 22, Issue 5, May 2004 Page(s):1331 - 1337])
Mediante el uso de esta tecnología se diseñan redes en las que las señales se transmiten a través de redes complejas mediante technologías puramente ópticas: ["Wavelength converter placement under different RWA algorithms in wavelength- routed all-optical networks", Xiaowen Chu; Bo Li; Chlamtac, I.; Communications, IEEE Transactions on, Volume 51 , Issue 4, April 2003 Page(s):607 - 617]
El desplazador propuesto, presenta la ventaja de que no requiere de otra fuente de luz láser para realizar la conversión de la longitud de onda, reduciendo de esta manera el coste de estos conversores de longitud de onda. Por otra parte, el desplazamiento en la longitud de onda que puede proporcionar el desplazador propuesto es inferior a los citados [Sato, 2004].
A continuación se describen detalladamente algunas realizaciones preferidas de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se muestran las figuras correspondientes a las realizaciones preferidas del Módulo de Abonado objeto de la invención.
La Figura 1 muestra los siguientes dispositivos:
(1a): Módulo de Abonado según la primera realización preferida.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (E/O-MOD).
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (E/O-MOD).
(4): Espejo reflectante de la luz. (5): Desfasador óptico de 45 grados.
(6): Acoplador óptico.
(7): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
(8): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(9): Modulador electro-óptico de datos (E/O-MOD). (10): Entrada eléctrica de datos de retorno (up-data).
(11 ): Acoplador óptico.
(12): Receptor de datos de bajada (RX).
(13): Amplificador óptico de entrada (OA).
(14): Fibra óptica de entrada/salida. (15): Desfasador óptico de 112.5 grados.
La Figura 2 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por
(9a): Modulador electro-óptico de datos superior (E/O-MOD). (9b): Modulador electro-óptico de datos inferior (E/O-MOD). (10a): Amplificador de datos superior. (10b): Amplificador de datos inferior.
La Figura 3 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por
(16a): Sumador (+).
(16b): Restador/Sumador (-).
La Figura 4 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por:
(16d): Multiplicador (x).
La Figura 5 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por:
(16c): Dispositivo procesador (PROCESSOR).
La Figura 6 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando los dispositivos (2), (3) (6) y (8), que han sido sustituidos por:
(2a): Modulador de fase superior (Ph-MOD).
(2b): Modulador de fase inferior (Ph-MOD). (3a): Modulador de fase superior (Ph-MOD).
(3a): Modulador de fase inferior (Ph-MOD).
(6a): Acoplador óptico principal.
(6b): Acoplador óptico secundario superior.
(6c): Acoplador óptico secundario inferior. (8a): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(8b): Desfasador eléctrico de 180 grados.
(8c): Desfasador eléctrico de 180 grados.
La Figura 7 corresponde a otra realización, que es similar a la anterior, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por (16a): Sumador (+).
La Figura 8 corresponde a otra realización, que es similar a la Figura 6, exceptuando el dispositivo (9), que ha sido sustituido por
(16d): Multiplicador (X).
La Figura 9 corresponde a otra realización, que es similar a la primera, exceptuando los dispositivos (4), (5) y (13), que han sido sustituidos por:
(6d): Acoplador óptico principal posterior.
(5b): Desfasador óptico de 90 grados.
(13b): Amplificador óptico unidireccional (OA).
(15): Circulador óptico.
La Figura 10 corresponde a una descripción básica del desplazador de longitud de onda mostrado en la Figura 1. En este caso: en configuración de una fibra de entrada y otra de salida; y mostrando con mayor detalle los parámetros del diseño.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de moderadas de la fase de la señal.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior (4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia de: 1 /(2+/2),
Í2I ((2+11) y 1 /(2+77), respectivamente.
(4d): Acoplador óptico similar al (4) en posición simétrica.
(5): Desfasador óptico de 90 grados.
(6): Desfasador eléctrico de 90 grados. (7): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
(8): Desfasador óptico de 225 grados (o equivalentemente de -135 grados).
(9): Fibra de salida de la señal desplazada.
La Figura 11 corresponde a una implementación del desplazador en su versión básica, en este caso: utilizando acopladores con relaciones de división de la potencia estándares; y un atenuador para, ajustando el nivel de potencias relativas de las ramas, conseguir la supresión de la señal a la longitud de onda de entrada λo.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.
(4): Acopladores ópticos con 50% de relación de división.
(4d): Acopladores ópticos similar los anteriores. (5): Desfasador óptico de 90 grados.
(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(7): Oscilador de radio-frecuencia (ÍRF).
(8): Desfasador óptico de 225 grados (o equivalentemente de -135 grados).
(9): Atenuador óptico o bien, modulador electro-óptico de amplitud actuando como atenuador mediante una tensión fija.
(10): Fuente de tensión fija para el control del atenuador.
La Figura 12 corresponde a una implementación del desplazador utilizando acopladores de tipo de interferencia múltiple entre modos (MMI) ["The Modelling of MMI Devices", Cahill, L.; Transparent Optical Networks, 2006 International Conference on Volume 2, June 2006 Page(s):138 - 141] con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.
(4): Acoplador óptico por interferencia múltiple entre modos (MMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guias de salida de
0, 45, 90 y 135 grados respectivamente..
(4d): Acoplador óptico similar al anteriore en posición simétrica.
(5): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(6): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
La Figura 13 corresponde a una implementación del desplazador utilizando un acoplador de tipo de interferencia múltiple entre modos (AAMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida y otro acoplador de tipo "start coupler" ["New design for low-loss star couplers and arrayed waveguide grating devices", Joonoh Park; Youngchul Chung; Soohyun Baek; Hyung-Jong Lee; Photonics Technology Letters, IEEE, Volume 14, Issue 5, May 2002 Page(s):651 - 653]
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica aunque puede también generar modulaciones de modeladas de la fase de la señal.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A-MOD) similar al superior.
(4): Acoplador óptico por interferencia múltiple entre modos (MMI) con relaciones de división de la potencia iguales y desfases correlativos entre sus guías de salida de 0, 90, 180 y 270 grados respectivamente.
(4d): Acoplador óptico de tipo "star coupler".
(5): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(6): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
La Figura 14 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de distinto tipo.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (A-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la amplitud de la señal óptica. (3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (A/Ph-MOD) caracterizado porque que la modulación de la fase de la señal óptica que realiza este modulador es significativamente mayor que el modulador anterior.
(4): Acoplador óptico
(4d): Acoplador óptico (5): Desfasador óptico de 180 grados
(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(7): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
La Figura 15 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de fase ideales o que producen mayormente una modulación de fase y en todo caso una modulación de amplitud residual. (2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (Ph-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la fase de la señal óptica.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (Ph-MOD) similar al anterior.
(4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia de: 1 /4, J0 2(αm/2)/2
(caso de tratarse de moduladores carecterizados por su parámetro alfa elevado, o bien J0 2(m/2)/2 si se trata de moduladores de fase ideales en los que m representa el índice de modulación de la fase) y 11A, respectivamente. (4d): Acoplador óptico similar al anterior en posición simétrica
(5): Desfasador óptico de 90 grados
(6): Desfasador eléctrico de 90 grados.
(7): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
(8): Desfasador óptico de 225 ± n*360 grados (225 grados más un número entero de 360 grados)
La Figura 16 corresponde a una implementación del desplazador utilizando moduladores electro-ópticos de fase ideales o que producen mayormente una modulación de fase y en todo caso una modulación de amplitud residual y un atenuador para ajustar las intensidades.
(2): Modulador electro-óptico superior de radio-frecuencia (Ph-MOD) caracterizado porque que modula básicamente la fase de la señal óptica.
(3): Modulador electro-óptico inferior de radio-frecuencia (Ph-MOD) similar al anterior.
(4): Acoplador óptico con relaciones de división de la potencia iguales.
(4d): Acoplador óptico similar al anterior en posición simétrica
(5): Desfasador óptico de 90 grados
(6): Desfasador eléctrico de 90 grados. (7): Oscilador de radio-frecuencia (fRF).
(8): Desfasador óptico de 225 ± n*360 grados (225 grados más un número entero de
360 grados)
(9): Atenuador óptico o bien, modulador electro-óptico de amplitud actuando como atenuador mediante una tensión fija. (10): Fuente de tensión fija para el control del atenuador DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS
La primera realización preferida del Módulo de Abonado (1 ) objeto de la invención se muestra en la Figura 1. Su elemento central es el interferómetro de tipo Mach- Zehnder modificado, formado por una estructura en "Y" con dos moduladores electro-ópticos de radio-frecuencia (2) y (3) en paralelo, entre el acoplador óptico (6) que separa/suma la luz en partes iguales, y un espejo reflectante de luz (4) en la salida de todas las guías ópticas, y con un retardador o desfasador óptico de 45 grados (5) en una de las ramas. Los dos moduladores pueden ser de fase i/o potencia óptica y se excitan separadamente a partir de un oscilador de radiofrecuencia (7). La señal que éste genera, se separa en dos ramas, una de ellas se desfasa en 90 grados (8), y cada una excita a un modulador electro-óptico de radiofrecuencia (2) y (3). El espejo refleja individualmente la luz de cada guía óptica; podría por tanto realizarse también como varios espejos individuales para cada guía óptica.
Una vez desplazada la longitud de onda, a la vez que reflejada, otro modulador electro-óptico de potencia (7) le imprime la información de datos de retorno (10), variando la potencia de luz de salida al ritmo de los datos. La implementación del modulador electro-óptico (9) mediante electrodos formados por guías de propagación de microondas con velocidad de propagación de la microonda adaptada a la velocidad de propagación de la señal óptica en la guía óptica próxima al electrodo, permite que, aun cuando las señales ópticas original y desplaza atraviesen el modulador en ambas direcciones, solamente la señal óptica desplazada de retorno sea significativamente modulada; y que la señal óptica descendente original, por propagarse en dirección opuesta a la onda de microondas por el electrodo, reciba tan sólo una modulación residual.
Para detectar los dados de bajada o entrada al Módulo de Abonado por la fibra óptica de entrada/salida (14), se separa una porción de la señal con un acoplador óptico (11 ) y se utiliza para detectar la información de datos de bajada con el foto- receptor (12). Otra forma posible de detectarlos es usando un elemento semiconductor electro-óptico con propiedades foto- detectores en la misma guía de onda de paso de la señal, como en un amplificador óptico semiconductor; de esta forma se ahorra el uso de un acoplador. Además, para aumentar el nivel de la señal óptica recibida, muy atenuada durante la transmisión y subdivisión, preferentemente se intercala un amplificador óptico bidireccional (13).
La frecuencia del oscilador de radio-frecuencia (7) deberá ser superior a la suma de las velocidades de transmisión en baudios de la señal de datos de bajada y la de subida, para que los dos espectros ópticos no se solapen, ya que la longitud de onda central quedará separada en un desplazamiento igual a la frecuencia del oscilador. Alrededor de la longitud de onda central, el espectro se ensancha según la velocidad de transmisión. Por ejemplo, para una velocidad de transmisión de 1.25 Gbit/s (correspondiente a IGigaEthernet), se podría escoger una frecuencia de oscilador eléctrico entre 3 y 10 GHz; no es un parámetro crítico en un amplio margen. Para el ajuste de la potencia del oscilador eléctrico, se aumenta su nivel hasta observar, con un analizador de espectros, la máxima reducción de la frecuencia portadora y de los otros harmónicos superiores indeseados.
Según la característica exacta del modulador electro-óptico usado, se precisará el ajuste fino de los desfasadores (5), alrededor del valor nominal; al mismo tiempo, los moduladores electro-ópticos también generan desfase, controlable por tensión; se podrá por tanto añadir una tensión de continua a la entrada de eléctrica de los moduladores, o se aprovechará el segundo electrodo que incorporan algunos moduladores. En caso de utilizar moduladores de fase con cristal electro-óptico se debe considerar el cambio de sentido de fase de la configuración cristalográfica "X- cut" respecto a la "Z-cut, debido a la anisotropía típica de los cristales que presentan esta propiedad electro-óptica, como el LiNbO3.
La segunda realización preferida del Módulo de Abonado es similar a la primera pero introduciendo la modulación electro-óptica de datos dentro del interferómetro, tal como se muestra en la Figura 2. Es decir, se modulan los datos a la vez que se traslada la longitud de onda, al estilo de la generación de banda lateral única. Se tiene por tanto ahora un Modulador electro-óptico de datos superior (E/O-MOD) (9a) y un Modulador electro-óptico de datos inferior (E/O-MOD) (9b). Además para excitarlos correctamente habrá un Amplificador de datos superior (i 0a) y un Amplificador de datos inferior (10b), respectivamente. Estos pueden también hacer funciones de adaptación y ecualización. Otra realización preferida integra los moduladores de radio-frecuencia con los de datos, aprovechando que los efectos electro-ópticos sobre la señal óptica guiada se acumulan. Tal como se representa en la Figura 3, para unir la señal del oscilador y de datos de entrada, se coloca un Sumador (+) (16a) y un restador (16b) en la otra rama. En caso que el cristal tenga corte en "X-cut", éste último sería también un Sumador.
Otra realización preferida, mostrada en la Figura 4, también integra los moduladores y acopla la señal de datos con el tono de radio-frecuencia ahora mediante un mezclador o multiplicador (16d). De esta forma se consigue directamente una modulación de banda lateral única con mejor pureza, pero con la complejidad añadida de la mezcla en alta frecuencia.
Otra realización preferida, mostrada en la Figura 5, realiza el acoplamiento entre la señal de radio-frecuencia y la de datos y la generación de las señales que excitan los moduladores mediante un Dispositivo procesador (PROCESSOR) (16c) que realiza las funciones de los elementos (8), (16a), (16b) de la realización de la Figura 3, o (16d) de la Figura 4, o una combinación de ellos y de otros elementos básicos, como amplificadores, retardadores, ecualizadores o adaptadores. La implementación práctica de este dispositivo procesador (16c) puede ser analógica o digital.
Otra realización preferida del Módulo de Abonado usa un interferómetro desplazador de longitud de onda con cuatro ramas en lugar de dos, con un modulador de fase electro-óptico en cada rama, tal como se muestra en la Figura 6. Los moduladores de fase superior (2a) e inferior (2b) reciben la luz de la rama principal superior una vez dividida con el acoplador óptico (6b) y la traspasan al espejo (4) que la refleja de vuelta. De forma equivalente ocurre lo mismo en la rama inferior, para (3a), (3b) y (6c). Los moduladores de fase retardan la luz en proporción a la señal eléctrica que les incide. A los moduladores (2a) y (2b) les incide las señales eléctricas provenientes de (7) y (8b). A los moduladores (3a) y (3b) les inciden las señales eléctricas provenientes de los desfasadores (8a) y (8c). Como se ha comentado, los pares de moduladores de fase en paralelo (configuración interferómetro Mach-Zehnder) implementan, al interferir en (6a), la modulación de potencia óptica. La misma funcionalidad perseguida de traslación de la longitud de onda puede conseguirse con variantes respecto a las realizaciones preferidas ya descritas.
La realización de la Figura 7 es similar a la anterior, pero integrando los moduladores de señal de radio-frecuencia y de datos, y uniéndolas mediante un sumador (+) (16a).
La realización de la Figura 8, las combina mediante un mezclador o multiplicador (X) (16d).
En cualquiera de las las formas concretas escogidas, se variará el valor del voltaje de polarización de los electrodos hasta para conseguir la mejor reducción de las componentes frecuenciales no deseadas. Del mismo modo, y como puede ser evidente, el nivel de potencia requerido de señal eléctrica de entrada a los electrodos, y su forma exacta puede ajustarse en los mismos generadores o bien en unos amplificadores, filtros y/o ecualizadores situados entre las entradas eléctricas de los moduladores (2) y (3) y la salida del generador eléctrico (7).
Opcionalmente, puede utilizarse un filtro óptico en el Módulo de Abonado o a su salida, para mejorar la pureza del espectro de retorno; sin embargo este filtro no es necesario que sea muy selectivo ni crítico, ya que entonces se perdería la ventaja de bajo coste y simplicidad.
El acoplador óptico (11 ), el receptor (12) y el amplificador óptico (13) son opcionales; pueden no utilizarse o bien colocarse en otro punto del Módulo de Abonado (1 ) o incluso fuera de él, según la necesidad concreta y el nivel de potencia óptica requerida.
Tanto el modulador óptico que realiza la traslación en longitud de onda como el de modulación de la señal de datos de retorno pueden realizarse con material cristal electro-óptico como el LiNbO3 (con guía alineada en eje cristalográfico correspondiente a "Z-cut" o "X-cut ), con cristales fotónicos o con material semiconductor. En este último caso, el modulador puede ofrecer cierta ganancia por emisión estimulada (amplificador óptico semiconductor o "SOA", en versión reflexiva, RSOA), o ciertas pérdidas como en el caso de modulador de electro- absorción, además de producir modulación de fase según el parámetro de "chirp". Por otro lado, ambos moduladores pueden integrarse en uno único con varias secciones y electrodos. El uso de material semiconductor tiene la ventaja de usar las propiedades no lineales o de saturación óptica del SOA para reducir las fluctuaciones de campo óptico y mejorar así en cierta medida la pureza de la luz desplazada.
Una mejora del dispositivo consistiría en usar la información eléctrica disponible en el Módulo de Abonado para mejorar la pureza de la señal óptica generada. La señal recibida en el foto-receptor (12) contiene información de las posibles alteraciones de la señal óptica en la transmisión del sentido de bajada que, por tanto, puede usarse para cancelarlas mediante un elemento electrónico de compensación en un lazo de realimentación electrónico desde el foto-receptor (12) hasta los moduladores electro-óptico, comparando la señal recibida con la señal idónea, por ejemplo maximizando la obertura del diagrama del ojo, restando los espectros o mediante una secuencia de entrenamiento. A partir del parámetro de calidad resultante, la compensación puede realizarse mediante alguno de los ecualizadores adaptativos conocidos, como el FIR, DFE o MLSE. Algunas de las alteraciones en el sentido de subida son equivalentes a las del sentido de bajada, por lo que pueden preverse en el equipo de usuario y pre-compensarlas.
Otra realización ventajosa substituiría el espejo por un bucle óptico con guía de luz que conecte la salida de los moduladores entre ellos. En las realizaciones preferidas correspondientes a las Figuras 6, 7 y 8, una guía uniría las salidas de los moduladores (2a) con (2b), y otra guía uniría (3a) con (3b); indicar que (2a) puede tomar la función de (2b) y (3a) la de (3b), siendo dispositivos iguales, pero polarizados con desfases y señales distintas. La modulación de fase dentro del bucle provoca la interferencia de la luz con ella misma a la salida de acoplador (6a) y (6c) generando modulación de potencia óptica.
Otra realización preferida en bucle es la que se representa en la Figura 9; tanto el desplazamiento de la longitud de onda como la remodulación de datos se realiza en el bucle, con sendos moduladores electro-ópticos. Un modulador electro-óptico realiza la traslación de la longitud de onda, y otro la remodula con los datos de retorno. El primero es más complejo que el segundo, tal como se ha descrito. Se realiza igualmente con un interferómetro Mach-Zehnder de dos o cuatro ramas como las descritas, pero sustituyendo el espejo por un acoplador óptico (6d), simétrico a (6). En el caso de 4 ramas, también se insertarían acopladores simétricos a (6a) y (6b). Se cierra el bucle con un circulador o un acoplador óptico. En el caso de usar un acoplador óptico para cerrar el bucle, se evitará la circulación de la luz en los dos sentidos del bucle mediante uno o más aisladores ópticos, o mediante dos conmutadores ópticos en paralelo en el inicio y el final del bucle, controlados de tal forma que cuando uno esté abierto el otro esté cerrado, y sincronicen con los datos con el tiempo de tránsito en el bucle, de tal forma que se permite el paso de luz en un único sentido en unos periodos cortos de tiempo.
Indicar que la señal óptica en el sentido de bajada puede estar sin modular, actuando la oficina central como un centro de generación centralizado de luces de distintas longitudes de onda de la red WDM, o bien estar modulada con la información de datos de bajada, de la oficina central hacia el usuario. En cualquiera de los casos, el equipo de usuario genera la luz de una nueva longitud de onda y con distintas características.
Finalmente indicar que, si bien la aplicación principal de este módulo es para redes de acceso, otra posible aplicación estaría en las redes locales (LAN), en las metropolitanas o en las troncales, donde, por motivos de gestión, control o demás, interese la generación centralizada de las longitudes de onda de la red con multiplexación en longitud de onda y transmisión bidireccional por una misma fibra.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Módulo electro-óptico de red de acceso por fibra óptica bidireccional con multiplexación en longitud de onda caracterizado por: realizar la traslación de la longitud de onda recibida a partir de uno o más moduladores electro-ópticos de dos o más secciones excitadas en cuadratura de fase a partir de un mismo generador de radio-frecuencia con la potencia y desfases adecuados para cancelar suficientemente la portadora incidente y otros armónicos no deseados; remodular la banda lateral resultante con la información de datos de retorno; y reemitirla hacia la oficina central a través de la misma fibra óptica.
2. Módulo electro-óptico de red de acceso por fibra óptica bidireccional con multiplexación en longitud de onda según (1a) caracterizado porque comprende un interferómetro formado por una estructura en "ψ" y un espejo de luz (4), que desplaza la longitud de onda incidente, formado por dos moduladores electro- ópticos en paralelo (2) y (3) entre el acoplador óptico (6) que separa/suma la luz en partes iguales, y un espejo reflectante de luz (4) en la salida de todas las guías ópticas, con un retardador o desfasador óptico de 45 grados (5) en una de las ramas y 112.5 grados en la otra (15); los dos moduladores se excitan separadamente a partir de un oscilador de radio-frecuencia (7), cuya señal generada se separa en dos ramas, una de ellas se desfasa en 90 grados (8), y cada una excita a un modulador electro-óptico (2 y 3). Una vez desplazada la longitud de onda, a la vez que reflejada, otro modulador electro-óptico (9) le imprime la información de datos de retorno (10), variando la potencia de luz de salida al ritmo de los datos.
3. Módulo (1b) según la reivindicación 2 caracterizado porque introduce la modulación electro-óptica de datos dentro del interferómetro, en el que se modulan los datos a la vez que se traslada la longitud de onda, mediante un
Modulador electro-óptico de datos superior (9a) y un Modulador electro-óptico de datos inferior (9b), excitados mediante un amplificador de datos superior (10a) y un Amplificador de datos inferior (10b), respectivamente, que en general pueden también hacer funciones de adaptación y ecualización.
4. Módulo (1c) según la reivindicación 3 caracterizado porque integra los moduladores de radio-frecuencia con los de datos, situando un Sumador (16a) en una rama y un restador/sumador (16b) en la otra rama, según el cristal sea "Z-cut "/"X-cut".
5. Módulo (1d) según la reivindicación 4 caracterizado porque acopla la señal de datos con el tono de radio-frecuencia mediante un mezclador o multiplicador (16d).
6. Módulo (1e) según la reivindicación 4 y 5 caracterizado porque realiza el acoplamiento entre la señal de radio-frecuencia y la de datos, así como la generación de las señales que excitan los moduladores, mediante un Dispositivo procesador (PROCESSOR) (16c) que realiza las funciones de los elementos (8), (16a), (16b) de la reivindicación 4 o (16d) de la reivindicación 5, o una combinación de ellos y de otros elementos básicos, como amplificadores, retardadores, ecualizadores o adaptadores.
7. Módulo (1f) caracterizado porque comprende un interferómetro desplazador de longitud de onda con cuatro ramas en estructura de triple "Y" en árbol, colocando un modulador de fase electro-óptico en cada rama, (2a), (2b), (3a), (3b), que reciben la luz de la guía principal subdividida dos veces por los acopladores ópticos (61 ), (6b) y (6c), y la traspasan al espejo (4) que la refleja de vuelta; a los moduladores (2a), (2b), (3a) y (3b), les incide las señales eléctricas provenientes del generador de radio-frecuencia (7) y de los desfasadores (8b), (8a) y (8c) respectivamente; una vez desplazada la longitud de onda, a la vez que reflejada, otro modulador electro-óptico (7) le imprime la información de datos de retorno (10), variando la potencia de luz de salida al ritmo de los datos.
8. Módulo (1g) según la reivindicación 7 caracterizado porque integra los moduladores de señal de radio-frecuencia y de datos, uniéndolas mediante un sumador (+) (16a).
9. Módulo (1h) según la reivindicación 7 caracterizado porque combina la señal de radio-frecuencia y la señal de datos mediante un mezclador o multiplicador (x) (16d).
10. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones 1 , 2 o 3 caracterizado porque intercala un amplificador óptico bidireccional (13) a la entrada.
11. Módulo electro-óptico de red de acceso por fibra óptica bidireccional con multiplexación en longitud de onda según (1i) caracterizado porque comprende un desplazador de longitud de onda realizado en bucle mediante un modulador electro-óptico doble de tipo Mach-Zehnder de dos ramas (2) y (3), o más, que se excitan separadamente a partir de un oscilador de radio-frecuencia (7) y un desfasador eléctrico de unos 90 grados (8), y otro modulador electro-óptico (9) que le imprime la información de datos de retorno, y, para acoplar la señal óptica de retorno en la misma fibra de acceso (14), un circulador óptico (15).
12. Módulo según la reivindicación 11 caracterizado porque el circulador óptico (15) se sustituye por un acoplador óptico más uno o más aisladores ópticos.
13. Módulo según la reivindicación 12 caracterizado porque los aisladores ópticos se sustituyen por unos conmutadores ópticos situados al principio y final del bucle de luz, que controlan el paso de luz en única dirección.
14. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones 11 , 12 y 13, caracterizado porque intercala un amplificador óptico unidireccional (13b) a la entrada.
15. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque intercala un acoplador óptico (11 ) que separa una porción de la señal que se utiliza para detectar la información de datos de bajada con un foto-receptor
(12).
16. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado porque intercala un dispositivo electro-óptico semiconductor que actúa como foto- receptor de la señal de datos de bajada.
17. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque utiliza un filtro óptico para mejorar la pureza del espectro de retorno.
18. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque utiliza acopladores y amplificadores ópticos en distintos puntos del equipo de usuario.
19. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el modulador electro-óptico que realiza la traslación en longitud de onda y/o el de modulación de la señal de datos de retorno se realizan en guia-ondas de material cristal electro-óptico pasivo como el LiNbO3, alineada en eje cristalográfico correspondiente a "Z-cut" o "X-cut".
20. Modulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los moduladores electro-ópticos (2) y (3) están formados por moduladores de fase, de amplitud o de amplitud y fase basados en materiales semiconductores.
21. Modulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los moduladores electro-ópticos (2) y (3) están formados por moduladores de fase, de amplitud o de amplitud y fase basados en cristales fotónicos.
22. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque entre las entradas eléctricas de los moduladores (2) y (3) y la salida del generador eléctrico (7) se intercalan unos amplificadores, filtros y/o ecualizadores eléctricos para ajustar el nivel y forma de la señal eléctrica.
23. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el valor de desfase de los desf asadores eléctricos (8), (8a), (8b), (8c) y ópticos (5), (5b) se ajustan respecto al valor nominal indicado para corregir desviaciones de fabricación y lograr la mejor pureza espectral.
24. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se añade un elemento electrónico de compensación en un lazo de realimentación electrónico desde el foto-receptor hasta el modulador electro- óptico, para corregir distorsiones de la transmisión bidireccional por la misma fibra.
25. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se aplica en redes de área local, metropolitanas o troncales con multiplexación en longitud de onda, generación centralizada de las longitudes de onda de la red y transmisión bidireccional por una misma fibra.
26. Módulo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el canal de transmisión no es la fibra óptica sino el aire o el vacío.
27. Módulo electro-óptico caracterizado porque realiza un desplazamiento de la longitud de onda recibida mediante la generación de una banda lateral única y supresión de la portadora, a partir de: la división del haz incidente en 3 o más haces; la modulación de dos de los haces mediante moduladores electro-ópticos con señales eléctricas desfasadas; y el adecuado ajuste de las potencias de los haces y sus desfases.
28. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 27, caracterizado porque: hace uso de moduladores de amplitud tanto ideales, que producen solamente modulación de amplitud de la luz incidente, como no ideales, que además generan una modulación de la fase del haz incidente moderada; desfases ópticos adecuados de los diversos haces, como se muestran en la figura (1 j) y se han deducido de expresiones analíticas en la explicación de la invención; intensidades de los haces, que según las expresiones analíticas producen un desplazamiento de la longitud de onda minimizando las señales en longitudes de onda no deseadas y maximizando el uso del la potencia de la señal óptica incidente.
29. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27 y 28, caracterizado porque los desfases de las señales ópticas son múltiplos triviales de los mostrados, es decir las fases mostradas en la figura (1j) son: 225 grados, pero también podría ser 225-360 = -135 grados o cualquier valor resultante de sumar o restar un número entero de 360 grados; de la misma manera el desfase marcado en la figura (1j) puede ser 90 grados o cualquier valor resultante de sumar o restar un número entero de 360 grados; en general los desfases indicados en la figura (1j) pueden variar y adquirir valores que se obtienen de forma trivial de sumar o restar un número entero de 360 grados tanto a los desfase ópticos como eléctricos o de variar la disposición de los desfases relativos entre las ramas.
30. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 28 y 29, caracterizado porque las intensidades relativas en las que se divide el haz incidente mostradas en la figura (1j) son cambiados por otros valores que, no siendo óptimos en el uso de la potencia del haz incidente, pueden ser más fáciles de implementar.
31. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 27, caracterizado porque: la división del haz incidente en tres se realiza en dos etapas, haciendo uso de divisores de potencia con relación de división de 50%; el ajuste de las potencias relativas para conseguir la supresión de señales a longitudes de onda no deseadas (por ejemplo la longitud de onda incidente) se realiza mediante un atenuador óptico; y las fases de las distintas ramas son las mostradas en la figura (1k).
32. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27 y 31 , caracterizado porque: se hace uso de una atenuador variable controlado por una fuente de tensión -bias (10), figura (1 k)-; y que las fases pueden ser combinaciones resultantes de sumar o restar un número entero de 360 grados tanto a los desfase ópticos como eléctricos o de variar la disposición de los desfases relativos entre las ramas, análogamente a la reivindicación 29.
33. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 27, caracterizado porque: se divide el haz incidente en 4 haces de intensidades iguales las fases que sufren cada uno de los haces divididos son, respectivamente, de: 0, 90, 180 y 270 grados o combinaciones resultantes de sumar o restar un número entero de 360 grados tanto a los desfase ópticos como eléctricos o de variar la disposición de los desfases relativos entre las ramas, análogamente a la reivindicación 29.
34. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27 y 33, caracterizado porque: la división del haz y la generación de los desfases ópticos se produce mediante el uso de acopladores por interferencia múltiple entre modos (Múltiple Mode Interference).
35. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 33 y 34, caracterizado porque: se hace uso de dos acopladores MMI, (4) y (4d) de la figura 12 (11), iguales en posición simétrica, generando cada uno de los acopladores MMI la mitad de la fases requeridas, según figura 12 (11).
36. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 33 y 34, caracterizado porque: se hace uso de un acopladore MMI, (4) de la figura 12 (11), que produce las fases requeridas, según figura 12 (11), mientras que el segundo acoplador (4d), que puede ser por ejemplo de tipo estrella ("star coupler" término en inglés) no genera desfases entre las distintas ramas.
37. Módulo electro-óptico caracterizado porque realiza un desplazamiento de la longitud de onda recibida, por generación de una banda lateral única y supresión de la portadora, mediante: la división del haz incidente en 2 o más haces; la modulación de los haces mediante moduladores electro-ópticos, de características distintas, con señales eléctricas desfasadas; el adecuado ajuste de las potencias de los haces, los desfases ópticos entre ellos; y los índices de modulación de la amplitud y la fase producidos por los dos moduladores, de forma que el índice de modulación de la amplitud de uno de ellos iguale al índice de modulación de la fase del otro.
38. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 37, caracterizado porque: el desfase óptico entre los dos haces modulados es de 180 grados, como se muestran en la figura (1n), consiguiéndose así la cancelación de señales residuales no deseadas a la longitud de onda incidente, λ0; se hace uso de un modulador de amplitud, (2) Fig 14 (1n), que puede considerarse ideal, y que por tanto la modulación de fase residual que produce es despreciable, y otro modulador, (3) en Fig 14 (1n) modulador de amplitud no ideal o modulador de fase, que es capaz de producir una modulación de la fase importante con una modulación de la amplitud reducida y por tanto también despreciable; los moduladores reciben una misma señal eléctrica de modulación con un desfase de un cuarto del periodo de la señal; y los índices de modulación de los moduladores se ajustan de forma que el índice de modulación en amplitud del modulador (2) en (1n) iguala al índice de modulación de la fase del modulador (3) en (1n), consiguiéndose así la cancelación de la banda lateral no deseada y generando el desplazamiento de la longitud de onda deseada.
39. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 27, caracterizado porque: hace uso de moduladores de fase no ideales, (2) y (3) en (1o), que producen una modulación de la fase del haz incidente destacada además de una modulación de amplitud de la misma; desfases ópticos adecuados de los diversos haces, como se muestran en la figura (1o) y se han deducido de expresiones analíticas en la explicación de la invención; intensidades de los haces tal como se muestran en (1o), que minimizan las señales en longitudes de onda no deseadas y maximizan el uso del la potencia de la señal óptica incidente.
40. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27 y 39, caracterizado porque los desfases de las señales ópticas son múltiplos triviales de los mostrados, es decir las fases mostradas en la figura (1o) son: 225 grados, pero también podría ser 225-360 = -135 grados o cualquier valor resultante de sumar o restar un número entero de 360 grados; de la misma manera el desfase marcado en la figura (1o) puede ser 90 grados o cualquier valor resultante de sumar o restar un número entero de 360 grados; en general los desfases indicados en la figura (1o) pueden variar y adquirir valores que se obtienen de forma trivial de sumar o restar un número entero de 360 grados tanto a los desfase ópticos como eléctricos o de variar la disposición de los desfases relativos entre las ramas.
41. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 39 y40, caracterizado porque las intensidades relativas en las que se divide el haz incidente mostradas en la figura (1o) son cambiados por otros valores que, no siendo óptimos en el uso de la potencia del haz incidente, pueden ser más fáciles de implementar.
42. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 39 y40, caracterizado porque: la división del haz incidente en tres se realiza en dos etapas, haciendo uso de divisores de potencia con relación de división de 50%; el ajuste de las potencias relativas para conseguir la supresión de señales a longitudes de onda no deseadas (por ejemplo la longitud de onda incidente) se realiza mediante un atenuador óptico.
43. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según las reivindicaciones 27, 39 y40, caracterizado porque se usa un atenuador variable, (9) en (1p), controlado por una corriente constante "bias", (10) en (1p), para permitir las intensidades relativas de los haces ópticos y la adecuada cancelación de las señales ópticas a longitudes de onda no deseadas.
44. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según una o varias de las reivindicaciones 27 a 43 caracterizado porque: se usa una misma fibra óptica de entrada y de salida, y el módulo adquiere cualquiera de los diseños mostrados en las figuras 10 a 16, siendo sustituido la mitad derecha del módulo por un espejo que refleja las señales y las fase ópticas implementadas son la mitad, ya que las señales ópticas, en su paso bidireccional a través del módulo, sufre el doble del desfase implementado.
45. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según una o varias de las reivindicaciones 27 a 43 caracterizado porque: la señal eléctrica utilizada por cualquiera de los moduladores mostrados en las figuras 10 a 16, incluye no sólo un señal sinusoidal sino además señales eléctricas con información, produciéndose así, no sólo el desplazamiento de la longitud de onda, si no además una modulación o remodulación de la señal óptica incidente.
46. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 3 caracterizado porque: se suprime el acoplador óptico (6), sólo uno de los dos moduladores electro-ópticos (9a) o (9b) está presente en la única guía para la modulación de la información "up-data" (10), sólo uno de los dos moduladores electro-ópticos (2) o (3) está presente en la única guía y la señal de modulación de RF (7) consiste en una onda con forma de diente de sierra.
47. Módulo electro-óptico desplazador de la longitud de onda según la reivindicación 6 caracterizado porque: se suprime el acoplador óptico (6), sólo uno de los dos moduladores electro-ópticos (2) o (3) está presente en la única guía, y el procesador (16c) genera, a partir de una señal de radio frecuencia (7), una señal eléctrica, con forma próxima a un diente de sierra para realizar la traslación de la longitud de onda recibida, junto con la señal portadora de la información "up- data" (10).
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