Dispositivos ópticos pasivos

Idea clave. Para no tener que pasar a electrónica en cada paso, las señales se procesan directamente en el dominio óptico. Los dispositivos pasivos lo hacen sin aportar energía: atenúan, bloquean un sentido, filtran una longitud de onda o reparten la luz entre fibras. (Un EDFA, que sí aporta energía, es activo; una lente o un espejo, pasivos.)

Controlar la intensidad

🔬Práctica 1 (Circuitos ópticos pasivos) · conviene dominarlo

• Atenuador permanente: un material traslúcido que absorbe parte de la luz. También se hace con un empalme de fibras con los núcleos un poco desalineados.
• Aislador óptico: deja pasar la luz en un solo sentido, como un diodo. Se pone al principio y al final del enlace. Se basa en la rotación de Faraday, que gira la polarización de la luz. Evita que las reflexiones vuelvan al láser y lo perturben (recuerda el ruido modal del tema de láser monomodo).
• Atenuador variable de cristal líquido: el cristal líquido está formado por moléculas muy largas que, con luz polarizada, cambian su índice de refracción ($\Delta n$) al aplicarles una diferencia de potencial. Así se puede variar la atenuación, y usado sobre la luz de un láser es un modulador de intensidad externo, del orden de MHz.
• Modulador rápido (efecto Kerr): un efecto no lineal que permite modular muchísimo más deprisa. Los moduladores externos en general permiten llegar a centenares de GHz.
• Polarizadores (polaroides): dejan pasar una sola polarización.

Cambiar el modo o la trayectoria

Cambiando el diámetro del núcleo de la fibra se puede cambiar el modo o la trayectoria de la luz.

Filtrar una longitud de onda: redes de Bragg

Para quedarse con una única λ se usa una red de Bragg en fibra (FBG): un tramo de fibra en el que el índice de refracción del núcleo varía de forma periódica a lo largo del eje. La luz interfiere con esa variación (de forma constructiva o destructiva según la λ), así que solo se refleja la λ que corresponde al periodo de la red. Se comporta como un espejo dieléctrico muy selectivo, el mismo principio que en los láseres DBR y DFB.

Fabricación. Se parte de una fibra normal dopada con hidrógeno (o con mucho germanio en el núcleo), que la hace fotosensible. Luego se graba el perfil con un láser ultravioleta: donde actúa, el índice $n$ sube.

Perfiles útiles:

• Apodizado: la variación del índice se anula de forma suave en los extremos. Así desaparecen las líneas laterales que tendría una red uniforme cerca de la λ filtrada: un canal muy fino y sin asimetrías.
• Estirado (chirp): el periodo se va comprimiendo o estirando a lo largo de la red, como un muelle. Distintas λ se reflejan en distintos puntos, así que se puede usar para compensar la dispersión (fibra compensadora de dispersión).

Como la red de Bragg refleja la λ filtrada hacia atrás, para recogerla hace falta un circulador, que lleva la luz reflejada a otra salida.

Cambiar la dirección: acopladores

🔬Práctica 1 (Circuitos ópticos pasivos) · conviene dominarlo

Los acopladores ópticos reparten la luz entre fibras o juntan varias señales en una (por ejemplo, para multiplexar).

• Por fusión: se funden dos fibras juntas.
• Acoplo evanescente: se pulen dos fibras hasta que sus núcleos casi se tocan. La onda evanescente que viaja por el revestimiento de una fibra pasa al núcleo de la otra, y con ella parte de la potencia. Según la distancia entre núcleos se controla cuánta potencia pasa.

Se conecta con

• 08Láser monomodo, modulación y ruidoEl aislador impide que las reflexiones vuelvan al láser y le causen ruido modal.
• 03DispersiónUna red de Bragg estirada (chirp) refleja cada λ en un punto distinto y compensa la dispersión.
• 12WDMLos acopladores juntan varias señales en una sola fibra para multiplexarlas.

Preguntas de examen

Material del curso usado: Apuntes de Miguel · Comunicaciones Ópticas (PDF de clase), §8 · T51 – Dispositivos ópticos pasivos.