Diseño y caracterización de un conversor de longitud de onda basado en un interferómetro Mach-Zenhder y amplificadores ópticos De semiconductor

Este proyecto forma parte del proyecto PEGASO (Matrices de puertas lógicas basadas en amplificadores ópticos de semiconductor) del Grupo de Tecnologías Fotónicas (GTF) del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A). El proyecto consiste en la caracterización lineal y no lineal de un Amplificador Óptico de Semiconductor No Lineal (SOA-NL) y el diseño de un conversor de longitud de onda basado en un Interferómetro Mach-Zehnder con Amplificadores Ópticos de Semiconductor (SOA-MZI). En primer lugar, se realiza un análisis teórico de los SOAs y de los interferómetros. El estudio de los SOAs se basa en la descripción de sus características básicas así como de las no linealidades más importantes que se presentan en el mismo, las cuales son la Modulación de Ganancia Cruzada (XGM), la Modulación de Fase Cruzada (XPM) y la Mezcla de Cuatro Ondas (FWM). El análisis de los interferómetros consiste en la exposición del proceso de la interferometría, el estudio de los interferómetros típicos utilizados en óptica integrada, los cuales son el Interferómetro Michelson (MI), el Interferómetro Mach-Zehnder y el Interferómetro Sagnac (IS), y del SOA-MZI. Además, en esta primera parte se exponen distintas aplicaciones en las que se puede utilizar los SOA. Estas aplicaciones van desde amplificadores ópticos en redes de comunicaciones hasta puertas lógicas ópticas, pasando por conversores de longitud de onda y conmutadores. En segundo lugar, se lleva a cabo la caracterización lineal y no lineal de un SOA. La caracterización lineal consiste en obtener la ganancia y la potencia de salida del SOA en función de la potencia de entrada, la intensidad de alimentación del SOA, la longitud de onda de entrada al SOA y de la temperatura de operación del SOA, así como la obtención del espectro de emisión del SOA en función de la potencia de entrada. La caracterización no lineal se basa en el análisis de la XGM y la XPM del SOA. El estudio de la XGM ha consistido en observar la diferencia de potencia entre el nivel alto y el bajo de salida del SOA en función de la potencia de las señales de entrada y del retardo temporal que había entre las dos. El análisis de la XPM se ha basado en la obtención de la diferencia de fase entre el nivel alto y el bajo de salida del SOA en función de la potencia de las señales de entrada. Finalmente, se ha realizado el diseño del conversor de longitud de onda de dos salidas (inversa y no inversa) basado en un SOA-MZI. Después de tener el concepto teórico desarrollado, se han realizado simulaciones con el programa de simulación VPI para obtener una primera aproximación del comportamiento del sistema y poder ajustar los parámetros antes de llevarlo a la práctica. Más tarde se ha procedido a la prueba del concepto mediante el montaje del conversor de longitud de onda con elementos discretos, demostrando que el sistema tiene el comportamiento esperado pero con una baja estabilidad debida a elementos coyunturales. Por último, se ha diseñado el sistema integrado para su fabricación en la plataforma de integración óptica JePPIX del Instituto COBRA de la Universidad Técnica de Eindhoven (TUE).