Conversión activa de longitud de onda para aplicación en redes ópticas basadas en wdm

Resumo

Las actuales redes de comunicaciones ópticas están sufriendo un crecimiento continuo del volumen de datos que circulan por ellas. Se benefician de las propiedades que inherentemente poseen las redes basadas en la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) y en la que se basarán las futuras redes ópticas de próxima generación. Sin embargo, dada la limitación del espectro óptico y a pesar de su reutilización espacial en entornos con elevada conectividad y altamente dinámicos, pueden producirse bloqueos en el establecimiento de nuevas conexiones o en el redireccionamiento de las existentes. La ubicación estratégica de dispositivos convertidores de longitud de onda completamente ópticos que operen sobre un determinado conjunto de longitudes de onda permite reducir considerablemente la probabilidad de bloqueo además de gestionar de forma flexible y eficiente los recursos ópticos disponibles. Entre las diversas tecnologías, destaca la basada en mezclado de ondas en medios no lineales por ser completamente óptica, totalmente transparente al formato y a la tasa de bits de la señal original, y presentar mejores relaciones señal a ruido con respecto a sus competidoras. Sin embargo, tiene el inconveniente de ser poco eficiente dados los reducidos niveles de potencia conseguidos. Además, las técnicas convencionales empleadas sobre las estructuras no lineales mezcladoras permiten un único proceso de conversión. El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral tiene como objetivo fundamental demostrar la viabilidad de dispositivos convertidores totalmente ópticos, que contribuyan a reducir los condicionantes existentes en las actuales redes y a desarrollar un modelo de red completamente óptico. Para ello se propone y demuestra el funcionamiento de un convertidor activo de longitud de onda que permita realizar la conversión de múltiples canales ópticos simultáneamente ajustándose a los correspondientes estándares de la Unión Internacional de las Telecomunicaciones. Mediante una señal eléctrica de control se podrá reconfigurar los procesos de conversión que en él tienen lugar adaptándose a las condiciones cambiantes de la red. Los procesos de conversión tendrán lugar en un medio no lineal que actuará como mezclador, a partir de la interacción entre una onda de señal generalmente débil y una onda intensa que actuará de control y bombeo. Esta última estará generada por un oscilador local óptico compuesto por una cavidad láser de estado sólido de Cr3+:LiCAF. La mezcla de las ondas se realizará en el interior de la cavidad (conversión activa) mediante un proceso de diferencia de frecuencias que será varios órdenes de magnitud más eficiente que los conseguidos a través de procesos convencionales externos (conversión pasiva). Además, la onda de bombeo posee un pequeño margen de sintonía que facilitará la adaptación a los procesos de interés para optimizar la eficiencia de conversión. La estructura mezcladora estará formada por un cristal ferroeléctrico (niobato o tantalato de litio), cuya no linealidad se distribuirá siguiendo un patrón propio de estructuras empleadas en óptica difractiva, y que por primera vez se introducirá en el contexto de la óptica no lineal. La estructura diseñada permitirá no sólo la consecución de múltiples procesos de forma simultánea sino también la ecualización de los mismos. Aunque la configuración experimental propuesta está dispuesta para facilitar el acceso a los puntos de medida en distintas situaciones de interés, la tecnología subyacente se encuentra suficientemente desarrollada para implementar un dispositivo compacto y miniaturizado, gobernable mediante una simple señal de control de voltaje reducido, y donde todas las posibles funcionalidades queden integradas en un dispositivo monolítico, en un encapsulado similar al empleado por moduladores electro-ópticos y con puertos de entrada/salida conectorizados a fibra. Los resultados preliminares aquí presentados representan una muestra del potencial del dispositivo propuesto, cuyo funcionamiento admite margen de mejora a partir de la optimización de las condiciones experimentales disponibles.