ES2331215B1 - Amplificador optico de luz de 750 nm. - Google Patents
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Abstract
Amplificador óptico de luz de 750 nm.
Dispositivo basado en un material que deje pasar
la luz en el rango visible e infrarrojo cercano, que amplifica la
intensidad de la luz de 750 nm que lo atraviesa. Para conseguir
este efecto, el dispositivo debe iluminarse con luz procedente de
un láser pulsado que proporcione pulsos en una longitud de onda
comprendida entre los 525 y los 565 nm, con una duración comprendida
entre 1 y 20 ns.
Description
Amplificador óptico de luz de 750 nm.
Optoelectrónica.
Dispositivos de transmisión de información
mediante pulsos de luz utilizando fibras ópticas de polímeros.
Sensores optolelectrónicos.
\vskip1.000000\baselineskip
La mayor parte de las comunicaciones
convencionales por fibra óptica se realizan empleando fibra óptica
de sílice (SiO2). En este caso, la región del espectro
electromagnético que se emplea para transmitir datos es en tomo a
1.5 nm. Esta región del espectro corresponde a la zona de menores
pérdidas de transmisión de la fibra de sílice. No obstante, para
poder trasmitir la señal a distancias lejanas es necesario
amplificarla al cabo de una cierta distancia. Para tal fin se
inventaron los amplificadores de fibra dopados con el ion Erbio
[1,2], desarrollados por primera vez en la Universidad de
Southampton (Reino Unido). Con el fin de aumentar el ancho de banda
en la transmisión de datos por fibra óptica, y dar respuesta a la
demanda de rapidez en la transmisión de datos por Internet, los
laboratorios de Lucent Technologies están desarrollando un nuevo
tipo de fibra de sílice con bajas pérdidas de propagación no sólo
en torno a 1.5 nm, sino también en la zona de 1.4 nm. Este tipo de
fibra se conoce como Allwave fiber y está patentada por Lucent
Technologies [3]. Con objeto de amplificar la señal que se propaga
en la zona de 1.4 nm, los centros de investigación públicos y
privados están estudiando distintos tipos de materiales (vidrios,
fibras) dopados con el ion Tulio. Sin embargo, hasta la fecha no se
ha encontrado una opción totalmente satisfactoria (como lo es los
amplificadores de fibra dopados con Erbio para la señal en torno a
1.5 nm).
Existe una alternativa al uso de la fibra de
sílice. Se trata de las fibras de polímero. Las fibras ópticas de
polímero representan un medio de transmisión de datos de bajo coste
que es útil para transmisión de datos a corta distancia [4] y para
aplicaciones como sensores [5]. Desde su invención por la compañía
americana Dupont, una de las principales desventajas de las fibras
de polímero frente a las de sílice ha sido las elevadas pérdidas de
propagación de las primeras. Sin embargo, en los últimos años se
han hecho importantes progresos en la disminución de las pérdidas de
propagación en la fibra de polímero [6]. Además, si en el caso de
la fibra de sílice, la zona de bajas pérdidas de propagación está
limitada al infrarrojo cercano, en el caso de las fibras de
polímero, la zona de bajas pérdidas cubre el infrarrojo cercano y
también el rango visible. El importante aumento de la zona de bajas
pérdidas en las fibras de polímero, respecto de las de sílice,
supone una clara ventaja competitiva en lo referente al ancho de
banda. Recientemente, se han desarrollado, en laboratorio,
prototipos de fibras ópticas de polímero microestructuradas que
permiten reducir aún más las pérdidas de propagación, llegando a
valores tan bajos como 1 dB/m en 750 nm [7]. Para que esta ventaja
sea aprovechable y poder transmitir señales ópticas a largas
distancias, se necesitan dispositivos que amplifiquen la señal
electromagnética en ese rango de transmisión. Sin embargo, a fecha
de hoy, no conocemos documentos que muestren la existencia de
amplificadores ópticos en la zona de 750 nm, que se reivindica en
esta solicitud de
patente.
patente.
\vskip1.000000\baselineskip
1. PATENTE: "Erbium-doped
fiber amplifier and integrated circuit module components", U S
Patent 7044660.
2. P. C. Becker, N. A. Olsson y J.
R. Simpson, "Erbium doped Fiber Apmplifiers: Fundamental
and Technologies" (Academic Press, San Diego
(1999)).
3. PATENTE OFS US Patent No 6205,268 Lucent
Technologies.
4. I. E. Berman "Plastic optical fiber:
a shorthaul solution" Optics and Photonics News, vol. 84,
p. 29-31, 1998.
5. A. Raza y A. T. Augousti
"Optical measurement of respiration rates", Proceedings of the
Seventh Conference on Sensors and their Applications, Dublín,
Ireland, p. 325-330 1995.
6. Y. Koike "Polymer optical fibers:
from the past to the future", 7th International Plastic Optical
Fibers Conference, Berlin, p. 1-8, 1998.
7. M. A. van Eijkelenborg, A.
Argyros, A. Bachmann, G. Barton, M. C. J.
Large, G. Henry, N. A. Issa, K. F.
Klein, J. Poisel, W. Pok, L. Poladian,
S. Manos y J. Zagari "Bandwidth and loss
measurements of graded-index microstructured polymer
optical fiber", Electronic Letters, vol 40, no. 20040371,
2004.
La presente invención se refiere a un
dispositivo que amplifica la intensidad de la luz de 750 nm que lo
atraviesa. Este dispositivo está basado en un material
transparente, es decir, que deja pasar la luz en el rango visible e
infrarrojo cercano. Para conseguir la amplificación de la luz de
750 nm, el dispositivo debe iluminarse con luz procedente de un
láser pulsado que proporcione pulsos de luz en un rango comprendido
entre 525 y 565 nm. Cuando la muestra es bombeada con luz de estas
características y es atravesada por luz continua de baja intensidad
en 750 nm, la luz de 750 nm sufre una amplificación de su
intensidad a la salida del dispositivo.
El dispositivo al que se refiere la presente
invención contiene un material transparente en el rango visible e
infrarrojo cercano, entre al menos 500 y 800 nm. Este material
puede ser un vidrio o un cristal o un material vitrocerámico o un
material cerámico. Para conseguir la amplificación óptica dicho
material debe contener una pequeña cantidad de iones de holmio
(Ho3+) que debe estar entre al menos 1x10^{20} iones/cm^{3} y
9x10^{20} iones/cm^{3}.
Para conseguir amplificación óptica de luz de
750 nm es necesario iluminar el material transparente con luz
procedente de un láser pulsado que proporcione pulsos de luz con
una longitud de onda comprendida entre los 525 y los 565 nm, con una
duración comprendida entre 1 y 20 ns. La amplificación es máxima
durante el tiempo que dura el pulso de bombeo. El tiempo que dura
la amplificación depende del material que se emplee como medio
transparente y de la concentración de iones holmio y puede variar
entre unas decenas de nanosegundos hasta centenas de
microsegundos.
Para la mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompaña un dibujo en el que,
tan sólo a título de ejemplo, se representa esquemáticamente la
realización del dispositivo de amplificación óptica de luz de 750
nm, objeto de la presente solicitud de patente.
Este dibujo representa una vista superior de la
invención. El paralelepípedo representa el material transparente
dopado con iones holmio (medio amplificador). La flecha marcada
como (1) representa el haz de bombeo que debe iluminar
homogéneamente todo el volumen del medio amplificador por donde va a
pasar la señal de 750 nm. La flecha marcada como (2), que entra en
el paralelepípedo, representa la señal de 750 nm que entra en el
medio amplificador y la flecha saliente, marcada como (3),
representa la señal de 750 nm amplificada que sale del material.
Como ejemplo de realización de la invención se
indica un dispositivo que está formado por un material
vitrocerámico que se fabrica de la siguiente manera:
Se prepara un vidrio cuya composición, en mol %,
es la siguiente:
30%SiO2+15%Al2O3+29%CdF2+22%PbF2+1
. 5%YF3+2 .
5%HoF3
El vidrio se obtiene mezclando los productos de
partida en las proporciones indicadas y fundiendo la mezcla a
1050ºC durante dos horas. Finalmente, el fundido se vuelca sobre
una placa de acero inoxidable a temperatura ambiente. El material
vitrocerámico se obtiene a partir del vidrio anterior, mediante un
calentamiento a 470ºC durante 72 horas. Se corta un trozo del
material vitrocerámico en forma de disco con un espesor de 2 mm y
un diámetro de las caras de 6 mm. Se pulen las caras. Se ilumina el
material con un haz de luz verde de 532 nm procedente de un láser
pulsado de neodimio junto con un doblador de frecuencia que
proporcione pulsos de luz en 532 nm con una duración de unos 5 ns.
La anchura del haz verde es suficiente para iluminar homogéneamente
toda la región que será atravesada por la señal de 750 nm. La
densidad de energía de la luz de bombeo de 532 nm es de 60
mJ/cm^{2}.
Se hace incidir un haz luz continua de 750 nm en
el material. La densidad de potencia del haz de 750 nm es de
6 \muW/cm^{2}.
6 \muW/cm^{2}.
El haz de bombeo forma un ángulo de 30º con el
haz de 750 nm, de modo que se puede bloquear detrás del material
vitrocerámico con facilidad, sin interferir con el haz de 750
nm.
En este ejemplo de realización de la invención
se obtiene un factor de ganancia de 2 cm^{-1}.
Claims (8)
1. Amplificador óptico de luz de 750 nm que
comprende un medio amplificador que puede ser o bien un vidrio o
bien un cristal o bien un material vitrocerámico o bien un material
cerámico que deja pasar la luz entre 500 y 800 nm,
caracterizado por el hecho de que el ion holmio forma parte
de su composición con una concentración comprendida entre al menos
1x10^{20} iones/cm^{3} y 9x10^{20} iones/cm^{3}.
2. Amplificador óptico de luz de 750 nm, según
las reivindicaciones 1, caracterizado por emplear como
fuente de bombeo un láser pulsado que proporcione pulsos de luz en
un intervalo comprendido entre 525 y 565 nm, con una duración
comprendida entre 1 y 20 ns.
3. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 1 utilizado para
comunicaciones ópticas realizadas mediante fibra óptica.
4. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 1 utilizado para
comunicaciones ópticas en redes de área local.
5. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 1 utilizado para
amplificar la luz procedente de un sensor óptico.
6. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 2 utilizado para
comunicaciones ópticas realizadas mediante fibra óptica.
7. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 2 utilizado para
comunicaciones ópticas en redes de área local.
8. Amplificador óptico de luz de 750 nm,
caracterizado según la reivindicación 2 utilizado para
amplificar la luz procedente de un sensor óptico.
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|---|---|---|---|
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| ES2331215A1 ES2331215A1 (es) | 2009-12-23 |
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2006
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Non-Patent Citations (3)
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| H. EBENDORFF-HEIDEPRIEM et al. "{}Crystallization behavior and spectroscopic properties of Ho3+-doped ZBYA-fluoride glass"{}. Optical Materials. Volumen 14, Issue 2, páginas 127-136. 01.05.2000. ISSN 0925-3467. Todo el documento. * |
| M. KACZKAN et al. "{}Inhomogeneity of Ho3+ activated SrLaGa3O7 and SrLaGaO4 crystals studied by fluorescence line narrowing technique"{}. Optical Materials. Volumen 28, Issues 1-2, páginas 119-122. 01.01.2006. ISSN 0925-3467. Todo el documento. * |
| R. REISFELD et al. "{}Comparison of laser properties of rare earths in oxide and fluoride glasses"{}. Journal of the Less Common Metals. Volumen 126, páginas 187-194. 01.12.1986. ISSN 0022-5088. Tabla 4. * |
Also Published As
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