Sistemas y redes opticas

El Área de Sistemas y Redes Ópticas abarca las investigaciones y los desarrollos tecnológicos del Centro de Tecnología de Nanofotónica en el campo de la redes de comunicaciones. Este Área investiga y desarrolla nuevas arquitecturas, tecnologías y dispositivos para conseguir redes ópticas con mayor capacidad de transmisión, con mayor alcance, con menor coste de instalación y operación, y con el menor consumo energético posible.

El área se divide en 5 líneas de investigación:

1. Acceso Óptico y Redes de Nueva Generacion

Investiga arquitecturas y tecnologías para la red de acceso basadas en fibra óptica (FTTH, fibre-to-the-home) capaces de proporcionar altos regímenes binarios (superiores a decenas de Gigabit/s por usuario) en una gran zona geográfica de la manera más económica posible en cuanto a despliegue, operación, mantenimiento y consumo energético. Esta área también investiga arquitecturas híbridas radio- fibra óptica capaces de proveer un alto régimen binario vía radio-frecuencia junto a la conectividad óptica para usuarios en movilidad, tanto en redes de acceso como en instalaciones en edificios. Estas arquitecturas utilizan las últimas tecnologías como radio de banda ultra-ancha (UWB, ultra-wideband), WiMAX o LTE entre otras.

Distintas técnicas para aumentar la capacidad de la red óptica, como multiplexación en sub-portadoras (SCM, sub-carrier multiplexing), multiplexación división por división en longitud de onda (DWMD, dense wavelength división multiplexing), o multiplexación en polarización (PDM, polarization-division multiplexing) son también investigadas. Arquitecturas de red tipo red óptica pasiva (PON, passive optical networks) y también en redes de acceso con secciones de amplificación son consideradas, así como nuevos esquemas de generación de señal y de modulación. Técnicas novedosas para mitigar los principales factores limitantes de la transmisión óptica, como la dispersión modal por polarización (PMD, polarization-mode dispersión) en fibras mono-modo, o la dispersión modal (MMD, multi-mode dispersion) en fibras multi-modo son también investigadas en esta línea de investigación.

2. Conmutacion optica

La línea de conmutación óptica está dedicada a la investigación de dispositivos, sistemas y arquitecturas para la conmutación temporal y espacial de señales ópticas digitales y paquetes.

Para ello se usan tecnologías de semiconductor:

Matrices de conmutación espacial
Conversores de longitud de onda
Filtrado espacial
Dispositivos multi-lambda
Buffers y memorias ópticas
…

Optical packet switching network architecture

Optical packet switching node architecture

3. Procesado óptico de RF/THz

La línea de Procesado óptico de RF/THz está dedicada a la investigación de técnicas ópticas para el procesado de señales de frecuencias de microondas y THz. La tecnología óptica ofrece ventajas como gran ancho de banda, facilidad para implementar retardos, bajo peso y volumen, inmunidad frente a interferencias electromagnéticas…

La línea se divide en los siguientes temas:

Arquitecturas de conformación óptica de haces: Diseño y análisis de redes de conformación de haces en agrupaciones de antenas basadas en técnicas ópticas que ofrecen ventajas como facilidad para implementar retardos (TTD, true time delay) integración con sistemas de alimentación remota de antenas, implementación de conformadores compactos…
Filtrado óptico de señales de RF: Estudio de técnicas para filtrar de forma óptica señales de radiofrecuencia. Estas técnicas permiten usar un único filtro sintonizable un gran margen de frecuencias (desde continua hasta 100 GHz) posibilitando su integración en redes de distribución radio-fibra.
Técnicas RoF para la medida precisa de longitudes de onda: Estudio de técnicas para medir variaciones de longitud de onda con alta precisión para la caracterización/monitorización de fuentes ópticas.

4. Láseres y dispositivos de fibra óptica

El Centro de Tecnología Nanofotónica ha incorporado recientemente la capacidad de desarrollar y fabricar láseres de fibra óptica de características específicas según la necesidad de la aplicación. Los láseres de fibra óptica son una solución fiable y de bajo coste de mantenimiento para sistemas que requieran de fuentes de luz coherente y de una elevada calidad de haz.

Nuestro objetivo es explotar las excelentes propiedades de los láseres de fibra óptica para su aplicación en nuevos campos de alto interés tecnológico, centrándonos en la investigación y desarrollo de los siguientes tipos de láser:

Láseres DFB "multiwavelength" para generación y procesado fotónico de señal RF.

Láseres de fibra de emisión en IR medio para la detección de firmas espectrales en gases.
Láseres "mode-locked" para muestreo optoelectrónico.

5. Fotónica de micro-ondas y en la banda de THz

La banda de THz comprende los rangos de frecuencia de 300 GHz a 10 THz, estando comprendida entre las frecuencias de microondas/milimétricas y las del infrarrojo. Tradicionalmente se ha considerado esta región del espectro como un Gap entre las tecnologías de microondas y las ópticas, ambas bien desarrolladas en la actualidad, pero que no cubren bien la región de THz. En las últimas décadas se han buscado aplicaciones interesantes de estos T-rays, que tradicionalmente se había limitado a la radioastronomía. Se ha descubierto que numerosos materiales poseen una huella espectral unívoca en este rango de frecuencias, resultando de gran interés su caracterización e identificación. Así pues, ciertas drogas y sustancias explosivas pueden ser detectadas, por lo que resulta interesante como aplicación en seguridad. Tomografía e imagen por THz encuentran gran utilidad en el ámbito médico. También se busca caracterizar muchos materiales semiconductores en este rango de frecuencias. En el campo de las telecomunicaciones, enlaces de THz aumenta de gran manera el ancho de banda de transmisión. Sin embargo, la atmósfera terrestre tiene una gran absorción en este rango de frecuencias, por lo que enlaces de THz estarían limitados a pequeños radios, o bien a enlaces en ausencia de atmósfera como pueden ser los intersatelitales.

Debido a estas aplicaciones tan prometedoras, ha surgido un creciente interés en desarrollar dispositivos capaces de operar a frecuencias de THz. Actualmente la tecnología no es muy madura, y existen discretos avances en las fuentes y detectores de THz. Uno de los esquemas de generación y detección en el rango de THz es la llamada espectrocopía en el dominio del tiempo (tHz-TDS), en el que se emplean fuentes ópticas pulsadas tanto para la generación como la detección de una radiación de THz gracias al empleo de elementos fotoconductores. Esta señal de onda se recoge en el dominio del tiempo, por lo que aplicando transformadas de Fourier se puede obtener información de respuestas en frecuencia de muestras bajo estudio con información de fase incluida.

Otra manera de generar radiación de THz es con el fotomezclado de señales ópticas en fotodetectores. En estos casos la frecuencia máxima generada viene limitada por el ancho de banda del elemento fotodetector, por lo que los esfuerzos están enfocados en mejorar los materiales empleados. Recientemente han ido apareciendo láseres que emiten en el rango de los THz, los Quantum Cascade Lasers. Sus prestaciones son todavía limitadas, puesto que deben trabajar a temperaturas muy bajas.