¿Qué es un Modulador Óptico?
Un modulador óptico es un dispositivo que se utiliza para realizar la modulación de alta velocidad al convertir señales eléctricas en señales ópticas de salida.
También conocidos como convertidores E/O (o convertidores O/E cuando se realiza la conversión inversa), estos dispositivos son ampliamente utilizados en equipos de transmisión óptica en sistemas de comunicación por fibra óptica. En los sistemas convencionales, la señal utilizada para transmitir información es siempre una señal eléctrica.
Sin embargo, para llevar a cabo comunicaciones ópticas utilizando fibra óptica de alta velocidad, baja pérdida y alta capacidad, es necesario modular la fuente de luz utilizando señales eléctricas y emitirla como una señal óptica. El modulador óptico desempeña un papel fundamental en este proceso.
Usos de los Moduladores Ópticos
Los moduladores ópticos se utilizan principalmente como moduladores para convertir la modulación de señales eléctricas para la comunicación por fibra óptica. Desempeñan un papel importantísimo en la comunicación por fibra óptica, que es hoy la base de la transmisión de información.
La comunicación por fibra óptica es un método de comunicación óptica que permite la transmisión a alta velocidad y a larga distancia mediante el uso de fibras ópticas de baja pérdida y gran ancho de banda para las líneas de comunicación, en lugar de los cables ordinarios, que tienen grandes pérdidas y son susceptibles al ruido. Para introducir este método, se necesita un dispositivo capaz de intercambiar fluidamente señales eléctricas y ópticas, y se utiliza un modulador óptico.
Principio de los Moduladores Ópticos
Los principios de la modulación de la luz incluyen el “método de modulación directa”, en el que la luz se modula encendiendo y apagando directamente la polarización eléctrica del láser semiconductor utilizado como fuente de luz, y el “método de modulación externa”, en el que la luz del láser semiconductor se modula utilizando un modulador de LN (LiNbO3: niobato de litio), etc.
1. Método de Modulación Directa
El método de modulación directa es un método en el que la fuente de luz, el propio láser semiconductor, modula la señal óptica. La ventaja es que su estructura simple permite la miniaturización, pero la velocidad de respuesta del propio láser semiconductor es limitada y provoca fluctuaciones de longitud de onda conocidas como chirping, lo que lo hace menos adecuado para comunicaciones de fibra óptica de alta capacidad para líneas troncales, donde se requiere una alta velocidad.
2. Método de Modulación Externa
En el método de modulación externa, la fuente de luz, el láser semiconductor, emite continuamente luz de longitud de onda constante. Esta luz se introduce en un modulador óptico, como un modulador LN, y la amplitud y la fase de la luz se modifican mediante una señal eléctrica procedente del exterior. El principio es que la señal eléctrica se emite como luz modulada.
Generalmente, los moduladores ópticos son moduladores utilizados en este método de modulación externa. Para el método de conversión de la modulación eléctrica ON/OFF en luz ON/OFF, es importante cambiar la amplitud y la fase de la luz a gran velocidad, y para ello se utilizan fenómenos físicos como la interferencia de la luz y la absorción de campos eléctricos.
Algunos ejemplos concretos son los moduladores ópticos de absorción de campo (tipo EA) y los moduladores LN de tipo Mach-Zehnder. Los moduladores LN, que suelen utilizarse en comunicaciones ópticas troncales de alta capacidad, tienen una guía de ondas de luz distribuida en forma de Y y pueden reforzar o debilitar la intensidad de la luz que pasa por el modulador LN aplicando una polarización a la guía de ondas para inducir un desplazamiento de fase de la luz.
En principio, esta técnica elimina el chirping (fluctuaciones de longitud de onda) de los métodos de modulación directa, lo que hace que la modulación óptica sea muy adecuada para las comunicaciones por fibra óptica de alta capacidad y velocidad.
Más Información sobre Moduladores Ópticos
1. Compensación de los Moduladores LN
Los moduladores LN se caracterizan por sus bajas pérdidas y su bajo chirping debido a su principio de interferencia Mach-Zehnder. Sin embargo, están sujetos a cambios de deriva en la salida óptica debidos a cambios de temperatura y a la deriva de CC.
Por este motivo, los fabricantes de moduladores LN suelen admitir controladores de polarización dedicados para moduladores LN que corrigen automáticamente la polarización de CC basándose en la información de realimentación de las DP y otras fuentes.
2. Innovaciones en Materiales de los Moduladores Ópticos
Aunque los moduladores de LN pueden suprimir las fluctuaciones de longitud de onda extremadamente bien en comparación con los métodos de modulación directa y de absorción de campo, se está desarrollando continuamente para reducir el tamaño y el consumo de energía, ya que el voltaje de accionamiento es relativamente grande, alrededor de 5 V, y el tamaño del modulador es relativamente grande, 50 mm o más.
Recientemente, los institutos de investigación de varios fabricantes están llevando a cabo activamente actividades de investigación y desarrollo para compensar los puntos débiles de los moduladores LN, como las guías de ondas ópticas formadas en forma de anillo sobre un sustrato de silicio, conocidas como fotónica de silicio, y las guías de ondas MQW (pozo cuántico múltiple) sobre un semiconductor compuesto InP.
Además, se está investigando y desarrollando la tecnología de fusión optoelectrónica en IWON de NTT, que gestiona activamente las señales ópticas como luz dentro del circuito integrado sin necesidad de un convertidor E/O, para lograr comunicaciones de mayor capacidad en el futuro.