Resumen de Development of brillouin optical spectroscopy techniques and application to the characterization of optical sources, modulators and communication signals
La presente tesis recoge los resultados del trabajo llevado a cabo por su autor desde Octubre de 2004 hasta Diciembre de 2008 en la línea de investigación en espectroscopía óptica del Grupo de Tecnologías Fotónicas (GTF). Las actividades y experimentos descritos en la memoria han sido realizados integramente en los laboratios del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) situado en Parque Tecnológico Walqa.
Esta tesis toma como punto de partida una técnica de medida del espectro óptico basada en el efecto óptico no-lineal de difusión estimulada Brillouin en fibras ópticas, patentado por el GTF en 2002 y desarrollado junto con la empresa Aragon Photonics S.L. desde 2003 hasta la actualidad bajo la denominación BOSA: Brillouin Optical Spectrum Analyzer. Los trabajos iniciales se centran en la caracterización del efecto Brillouin y su optimizaciónmediante una caracterización exhaustiva del perfil de ganancia Brillouin para diferentes valores de potencia de bombeo, haciendo especial hincapié en el ancho de banda y ganancia del efecto, ya que estos parámetros son los que determinarán las prestaciones finales del analizador de espectros.
Una vez optimizada la técnica de medida de espectros ópticos, ésta se ha utilizado para la caracterización de dispositivos de comunicaciones ópticas. Utilizando esta técnica, se realiza la medida de parámetros de trabajo de láseres de semiconductor por medio únicamente de medidas de espectro óptico de alta resolución de los láseres en modo de emisión continua. La extracción de parámetros se basa en la modelización espectral de Van Exter para láseres de semiconductor, junto con la descripción de la anchura espectral de emisión de Schawlow-Townes y Henry. Cabe destacar la medida del ruido relativo de intensidad (RIN), que supone la primera implementación en dominio óptico de esta medida en la literatura. Tres láseres de diferentes características se han medido con estos procedimientos.
Los efectos de chirp frecuencial sobre fuentes y moduladores en la transmisión de modulaciones digitales también han sido objeto de un exhaustivo análisis. El chirp de láseres modulados directamente, moduladores de electroabsorción y moduladores electro-ópticos de tipo Mach-Zehnder se han caracterizado por medio de medidas espectrales de alta resolución con prototipos BOSA. Las medidas se han comparado con métodos más establecidos como la medida de la función de transferencia de la fibra.
En el desarrollo de esta tesis, se planteó una nueva técnica para poder medir la fase del espectro óptico de las señales, y por tanto, su campo óptico complejo. Esta nueva técnica, patentada en 2006, se describe y desarrolla, realizando una caracterización del comportamiento en fase de la difusión Brillouin y se plantea un esquema de medida de la fase espectral óptica por medio de una sonda de bombeo doble producida gracias al uso de un modulador Mach-Zehnder en modo de portadora suprimida. Esta nueva técnica, combinada con la medida de alta resolución BOSA, permite la medida precisa del espectro complejo y, por tanto, la recuperación de la información temporal de las señales mediante el uso de transformada inversa de Fourier. Así mismo, se presentan resultados de la medida de diversas señales de comunicaciones ópticas con modulaciones en amplitud y fase, y en formatos con y sin retorno a cero. Se comprueba la capacidad de la técnica propuesta para reconstruir señales con independencia de su formato de modulación, mostrando su potencial a la hora de caracterizar los nuevos formatos de modulación que se plantean para los futuros sistemas de telecomunicaciones ópticos a tasas de 40 Gb/s y 100 Gb/s.
