MXPA05000188A

MXPA05000188A - Metodo y aparato para detectar longitudes de onda optica multiples.

Info

Publication number: MXPA05000188A
Application number: MXPA05000188A
Authority: MX
Inventors: Jingming Xu
Original assignee: Univ Brown Res Found
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-09-08
Also published as: AU2003253727A1; WO2004003598A3; WO2004003598A2; EP1546779A2; CA2490768A1; EP1546779A4; KR20050013165A; CN1692295B; CN1692295A

Abstract

Se forman rejillas opticas que llevan a cabo una serie de funciones en diversas longitudes de onda mediante varios metodos que preservan informacion espectral dentro de una banda con longitud de onda, incluyendo las funciones: acoplar la radiacion de una guia de onda a otra, rejillas controlables que operan en diferentes longitudes de onda en respuesta a senales de control externas.

Description

METODO Y APARATO PARA DETECTAR MULTIPLES LONGITUDES DE ONDA OPTICA ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona generalmente con la detección de señales ópticas y, más particularmente, con la detección de longitudes de ondas ópticas múltiples con superrejillas ópticas.

TECNICA ANTERIOR Las rejillas son dispositivos ópticos utilizados para obtener características dependientes de longitud de onda por medio de efectos de interferencia óptica. Estas características ópticas que dependen de la longitud de onda pueden servir, por ejemplo, para reflejar luz de una longitud dé onda específica mientras transmiten o refractan luz en todas las demás longitudes de onda. Tales características son útiles en una amplia gama de situaciones, que incluyen la extracción de canales de longitud de onda individuales en sistemas de comunicación óptico multiplexados por división de longitud de onda (WDM), o al proporcionar retroalimentación específica de longitud de onda para láseres sintonizables o semiconductores de longitudes de ondas múltiples. Las rejillas habitualmente se implementan al modular (variar) el índice de refracción efectivo de una estructura de guía de onda. Estos cambios en el índice de refracción provocan que las longitudes de onda de luz incidente sean reflejadas o refractadas: en el caso de una interconexión súbita entre dos valores de índice, la luz incidente directamente en la interconexión se refleja de acuerdo con la ley de reflexión bien conocida de Fresnel. El término "rejilla de longitud de onda múltiple" generalmente se refiere a una rejilla que es capaz de mostrar características ópticas en muchas longitudes de onda. Por ejemplo, una rejilla de longitud de onda múltiple puede ser una rejilla que refleje luz a diversas longitudes de onda seleccionadas (las cuales pueden corresponder con canales de comunicación ópticos específicos), aunque aún es transparente a la luz a otras longitudes de ondas. No obstante, en algunas situaciones existe la necesidad de establecer las características ópticas para un intervalo continuo de longitudes de ondas, en vez de valores específicos de longitud de onda. Por ejemplo, cuando se intenta compensar la irregularidad de los perfiles de ganancia óptica en cavidades láser y amplificadores ópticos por medio de una rejilla óptica. No obstante, para obtener este requerimiento de un intervalo continuo de longitudes de onda resulta difícil de satisfacer con tecnologías tradicionales de rejilla. De manera similar, se puede utilizar un intervalo de longitudes de onda ópticas en donde se codifican muchos canales de comunicación dentro de un cable óptico único mediante la utilización de longitudes de onda de luz diferentes; conocida más comúnmente como tecnología de multiplexado de división de longitud de onda (WDM). Las rejillas periódicas con frecuencia se utilizan para separar o procesar estos canales. No obstante, el proceso de tecnologías de rejilla periódica en una longitud de onda, los dispositivos de forzado están diseñados para procesar longitudes de onda múltiples para utilizar rejillas periódicas de longitud de onda única múltiple. Esta no es una solución atractiva debido a que, en la parte superior de las pérdidas adicionales que genera cada rejilla, incluso una sola rejilla ocupa una cantidad considerable de espacio para los estándares de integración y miniaturización actuales. Por lo tanto, se desea tener un dispositivo único capaz de procesar varias longitudes de onda de una manera eficiente en cuanto a espacio. En el dominio de los láseres semiconductores, la longitud de onda de salida de los láseres semiconductores está determinada principalmente por la presencia de "elementos de retroalimentación" circundantes, o dentro de la sección de ganancia de láser, los cuales actúan para reflejar la luz en la longitud de onda deseada de regreso al interior del láser. Para operación de longitud de onda múltiple, se necesita la retroalimentación de longitud de onda múltiple. Nuevamente, la tecnología de rejilla de longitud de onda única solo puede resolver esta demanda con una cascada de rejillas sencillas, lo que genera la misma pérdida (si no más notable) y problemas de espacio mencionados antes. Uno de tales dispositivos de rejilla de longitud de onda única es una rejilla Bragg. La rejilla Bragg consiste de una variación periódica en el índice de refracción y actúa como un reflector para una longitud de onda única de luz relacionada con la periodicidad (conocida como paso, ?) del patrón de índice; y con frecuencia se utiliza tanto en sistemas semiconductores, sistemas de fibra óptica. No obstante, la práctica, la rejilla Bragg puede reflejar en realidad a diversas longitudes de onda, que corresponden a sóbretenos de su paso fundamental. No obstante, estas longitudes de onda de orden superior tienden a estar en regiones espectrales muy diferentes en comparación con la longitud de onda fundamental, lo que vuelve a la rejilla Bragg menos que útil como un reflector de longitud de onda múltiple. Además, estas longitudes de onda de orden superior no pueden ser sintonizadas independientemente una de otra. Otras tecnologías de rejilla de longitud de onda múltiple incluyen: rejillas superpuestas analógicas, rejillas muestreadas (SG), rejillas de superestructura (SSG) y superrejillas binarias (BSG). Las rejillas superpuestas analógicas son una generalización de la rejilla Bragg y se fundamentan en un principio de superposición: un perfil de rejilla consiste de la suma de los perfiles de índice de rejillas de longitud de onda única reflejan en su totalidad sus longitudes de ondas constitutivas. Tal rejilla se basa en una variación de índice analógica, es decir, un índice de refracción que cambia continuamente a lo largo de la longitud de la rejilla (figura 30). No obstante, es difícil inscribir rejillas analógicas fuertes utilizando el efecto de foto-refracción bien conocido, dado que el cambio de índice bajo iluminación varía de manera no lineal, y generalmente se satura con exposiciones más fuertes. De igual manera, el volver las rejillas analógicas de liberación de superficie (una modalidad típica para semiconductores) se vuelve poco práctico por la dificultad de grabar de manera reproducible las características analógicas en una superficie. Esta última dificultad surge por la introducción de rejillas binarias, es decir, rejillas que se basan únicamente en dos valores de índice de refracción que corresponden al material que es grabado o que no es grabado, que es iluminado o que no es iluminado. Dos representaciones de rejillas binarias de longitud de onda múltiple son rejillas muestreadas (SG) y rejillas de superestructura (SSG). Las SG se construyen con secciones alternantes de rejilla y regiones libres de rejilla de la guía de onda. Las secciones alternantes producen espectros de difracción que tienen picos de reflectancia múltiple que están contenidos dentro de una envoltura (típicamente) simétrica. La SG se limita de manera intrínseca en la flexibilidad en la ubicación y resistencia relativa de los picos de reflectancia y, debido a la gran fracción de espacio sin rejilla, también son espacialmente ineficientes. Por lo tanto, la SG no es particularmente adecuada cuando se requiere una rejilla corta o cuando las pérdidas de guía de onda son grandes. Con la rejilla de superestructura (SSG), el período de rejilla es pulsado al hacer variar finamente el paso de rejilla, lo que corresponde a la longitud de un ciclo de ranura de diente. Esto también puede considerarse como una secuencia de desplazamientos de fase sintonizados finamente; los perfiles de fase comunes incluyen pulsado lineal y cuadrático. Tal ¡mplementación en principio permite posiciones de pico arbitrarias y alturas relativas, pero únicamente a costa de una resolución extremadamente elevada, lo que corresponde a una fracción muy pequeña del tamaño de los dientes de rejilla mismos. La técnica anterior respecto a la síntesis de rejilla superpuesta binaria se presenta en Ivan A. Avrutsky, Dave S. Ellis, Alex Tager, Hanan Anís, and Jimmy M. Xu, "Design of widely tunable semiconductor lasers and the concept of Binary Superimposed Gratings (BSG's)," IEEE J. Quantum Electron., vol. 34, pp. 729-740, 1998. Otros métodos en la técnica anterior resuelven la síntesis de las rejillas de "picos múltiples" - es decir, rejillas caracterizadas por reflectancia a varios "picos" las cuales pueden ser controladas en su posición y resistencia. En estos métodos, un ingeniero de rejilla comienza con un conjunto de sinusoides, cada sinusoide corresponde a un pico de reflectancia único y es ponderado de acuerdo con la resistencia relativa deseada del pico. Estos picos se suman juntos (es decir, se superponen; por lo tanto, el BSG se conoce como una rejilla superpuesta) para producir un "perfil analógico". Este perfil después es cuantificado digitalmente por un método de umbral sencillo. Por ejemplo, si el valor de perfil analógico es positivo (por encima de una referencia preseleccionada), entonces el segmento BSG correspondiente es un valor de índice alto o binario 1. Si es negativo, el segmento BSG correspondiente es un valor de índice bajo o binario cero. No obstante, esta solución no es adecuada en por lo menos dos áreas: en primer lugar, el procedimiento de cuantificación de umbral introduce intermodulación, lo que limita en gran medida la aplicabilidad de los BSG sintetizados de esta manera a aplicaciones activas (elementos de retroalimentación de láser y similares). En segundo lugar, este procedimiento de síntesis se limita a rejillas de picos múltiples y ofrece poco o nulo control sobre la forma del pico individual. Por ejemplo, es completamente incapaz de generar canales de parte superior plana, como se desea para algunas aplicaciones de comunicación, o para generar espectros de reflectancia casi arbitrarios demandados por algunos métodos de compensación de ganancia y de compensación de dispersión. Otros métodos para síntesis por BSG incluyen métodos de ensayo y error que con mucha frecuencia son computacionalmente difíciles e ineficientes. Por lo tanto, es deseable proporcionar un método y aparato para corregir las desventajas observadas en lo anterior en el diseño y síntesis de superrejillas para detectar longitudes de onda ópticas.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los aspectos anteriores y otras características de la presente invención se explican en la siguiente descripción, que se debe tomar en relación con los dibujos anexos, en donde: la figura 1 es un esquema de un BSG de rejilla profunda; la figura 2 es una imagen de espacio k de el razonamiento detrás de la exclusión de banda de base; la figura 3 es un diagrama prototípico de un BSG lateral en una guía de onda con resaltos; la figura 4 es un esquema de una superrejilla bidimensional (2D) prototipo; la figura 5 es un esquema de una superrejilla unidimensional (1D) de nivel múltiple implementada con un BSG (2D); la figura 6 es un esquema de una superrejilla tridimensional (3D) prototipo; las figuras 7a-7d muestran modalidades de superrejillas programables; la figura 8 es un esquema de un acoplador BSG de guía de onda asimétrico codireccional; la figura 9 es un esquema de un acoplador BSG de guía de onda asimétrico contra-direccional; la figura 10 es un esquema de un acoplador BSG de guía de onda simétrico contra-direccional; la figura 11 es un esquema de un interruptor de barra cruzada de topología de rejilla; la figura 12 es un esquema de una modalidad de un interruptor de cuatro fibras que utiliza seis elementos de interruptor; la figura 13 ilustra el método de un fotón de implementación de un BSG en una fibra óptica; la figura 14 ilustra un método de multifotón (se muestran dos fotones) de implementación de BSG en fibra óptica; la figura 15 es un esquema de un desmultiplexor que utiliza un BSG 1D; la figura 16 es un esquema de un desmultiplexor que utiliza un BSG 2D; la figura 17 es un esquema de un filtro adicionador/de bajada estático; la figura 18 es un esquema de un filtro adicionador/de bajada dinámico de sintonizador Vernier; la figura 19 es un esquema de un filtro adicionador/de bajada BSG programable; las figuras 20a-20c son esquemas de modalidades de monitores de estabilidad de longitud de onda basados en BSG; la figura 21 es un esquema de un monitor de red BSG 2D; las figuras 22a - 22d son un esquema de un ecualizador WDM dinámico BSG; las figuras 23a - 23d son un esquema de un amplificador óptico de ganancia aplanada; las figuras 24a-24b son esquemas de modalidades de enrutador lambda; las figuras 25a-25d son esquemas de modalidades de compensadores de pendiente de dispersión BSG; las figuras 26a-26b son esquemas de compensadores de dispersión sintonizables; las figuras 27a-27c son esquemas de láser de supercompuerta de retroalimentación variable; las figuras 28a - 28b son un esquema de combinadores de haz, en modalidades de guía de onda acoplada y BSG 2D; la figura 29a es un esquema de un aislante basado en BSG; las figuras 29b-29c son esquemas de circuiadores de guía de onda acoplados de 4 puertos; la figura 30 es un perfil de índice analógico de una gráfica de cambio de índice de refracción delta-n (??) versus distancia (x); la figura 31 muestra el perfil de índice BSG de ?? versus distancia x y la implementación correspondiente de liberación de superficie; la figura 32 es un diagrama de bloques que muestra una topología estándar para una modulación Delta-Sigma; la figura 33 ilustra la técnica de síntesis para una BSG utilizando simetría inducida; la figura 34 ilustra una técnica de síntesis para una BSG utilizando la síntesis super-Nyquist; y la figura 35 es un diagrama de flujo que muestra etapas de método de una modalidad de la presente invención para sintetizar una BSG; las figuras 36a y 36b ilustran un ejemplo simplificado de un desmultiplexor comparado con componentes separados; las figuras 37a hasta 45 ilustran modalidades que utilizan un patrón de pixeles que proporcionan una estructura de separación de banda fotónica.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Aunque la presente invención se describirá con referencia a las modalidades que se muestran en los dibujos, debe entenderse que la presente invención se puede constituir en muchas formas de modalidades alternativas y no se pretende que esta invención este limitada únicamente a las modalidades que se muestran. Para propósitos de esta invención, las rejillas se consideran que son dispositivos ópticos utilizados para obtener características que dependen de la longitud de onda por medio de efectos de interferencia óptica. Comenzando con las superrejillas binarias (BSG) se apreciará que existen dos propiedades principales que diferencian a las BSG de otras tecnologías de rejilla. La primera es que las BSG se basan en un número definido de niveles de índices de refracción. Este número históricamente es 2 y por lo tanto las BSG se conocen como una rejilla binaria. Con fines de claridad y para ilustración, esta descripción se enfocará en la modalidad binaria de la presente invención. No obstante, se apreciará que en modalidades alternativas se puede utilizar cualquier cantidad adecuada de niveles separados de índices de refracción. Por conveniencia en las reivindicaciones, se utilizan el término superrejilla para referirse a rejillas con dos o más valores de índice de refracción, a menos que se indique específicamente en otro sentido. La segunda propiedad definitoria de la BSG es que la rejilla recuerda a una estructura muestreada caracterizada por una longitud de muestra. Esto se refiere al hecho de que las transiciones entre los niveles de índice de rejilla no pueden producirse en posiciones arbitrarias sino que, más bien, se producen en múltiplos de la longitud de muestra. De esta manera el BSG es similar en definición a un patrón de señal digital - es decir, una forma de onda muestreada separada. De esta manera, el BSG se puede describir por una serie de dígitos (con frecuencia binarios) que indican el ajuste o establecimiento de índice de refracción en cada punto de muestra (véase la figura 31). Con referencia ahora a la figura 35, el diseño de la BSG involucra varias selecciones clave. La etapa 351 selecciona los niveles de índice de refracción para el dispositivo, determinados a partir de parámetros materiales y limitaciones litográficas y de fotoinscripción. La etapa 352 después determina la longitud de muestra deseada, considerando el intervalo de longitud de onda deseado para la compuerta y la resolución litográfica disponible. La etapa 353 establece una longitud de dispositivo total para la rejilla, limitado por el espacio físico disponible y las limitaciones tecnológicas del procedimiento de inscripción. Se apreciará que los métodos descritos en la presente son para determinar patrones de rejilla para rejillas de liberación de superficie; no obstante, en modalidades alternativas los métodos pueden adaptarse fácilmente a patrones de rejilla de fibra o a implementaciones programables. La siguiente etapa 354 convierte las características de difracción de rejilla deseadas en el dominio de Fourier utilizando una aproximación de Fourier. Estas características de difracción pueden ser reflejantes, transmisivas, de acoplamiento codireccional o contradireccional, o de carácter de dispersión, o cualquier combinación de los mismos; se apreciará que la "reflectancia" y la "reflexión" pueden ser sustituidas por "transmitancia cruzada" y "transmisión cruzada" en todo este documento. Guiado por la aproximación de Fourier, el diseñador inlcialmente puede diseñar la rejilla por su espectro de Fourier. Como se demostrará en lo siguiente, esta etapa también puede implementar retroalimentación para tomar en consideración diversas imprecisiones de la aproximación con el fin de mejorar el resultado final. De manera alternativa, es adecuado cualquier método para el diseño del perfil de índice de reflexión analógico para obtener las características de difracción deseadas, y en la técnica se conocen muchos. La siguiente etapa 355 realiza una cuantificación del perfil de índice analógico. La modulación Delta-Sigma es una de tales técnicas de cuantificación que se puede utilizar y que se puede implementar eficazmente. Se apreciará que en modalidades alternativas se puede utilizar cualquier técnica de cuantificación adecuada que conserve la información de Fourier dentro de una banda espectral. Los métodos de síntesis y las rejillas resultantes que utilizan una técnica de cuantificación de umbral tal como el que se muestra en la referencia citada por Avrutsky et al., la cual no conserva información de Fourier dentro de una banda espectral no son favorecidas, pero pueden ser útiles en algunas circunstancias. En el caso de procesamiento de radiación bidimensional o tridimensional, en donde la radiación de desplazamiento en dos o tres dimensiones es significativo, y una distribución o arreglo de pixeles que se extienden en dos o tres dimensiones es significativo, se puede utilizar cualquier método de cuantificación para diseñar un aparato que se encuentre dentro de la definición. La siguiente etapa 356 determina las características de difracción reales de la BSG utilizando una técnica exacta tal como una conocida como el método de matriz de transferencia. Este cálculo determina los errores residuales de la aproximación de Fourier u otros métodos de síntesis utilizados y cuantifica un error que puede ser tomado nuevamente en el dominio de Fourier y se agrega al resultado de la etapa 353 si la etapa 357 determina que el error excede de un umbral predeterminado. Este procedimiento se puede repetir según sea necesario, aunque con frecuencia es suficiente una repetición. Se apreciará que se puede utilizar cualquier técnica adecuada para determinar el error entre las características de difracción deseada y las características de difracción reales. Con referencia ahora a cada una de las etapas anteriores con mayor detalle; en la etapa 353, la aproximación de Fourier es una relación matemática que relaciona las características de difracción de la rejilla (las cuales pueden ser de carácter reflejante, transmislvo o de dispersión, o cualquier combinación de las mismas) respecto a la estructura de su perfil de índice. En otras palabras, las rejillas de longitud de onda única tienen espectros de reflectancia caracterizados precisamente por su estructura periódica, y las rejillas superpuestas simples tienen espectros de reflectancia caracterizados por su longitud de onda o componentes de espectros de reflectancia. Por lo tanto, el espectro de difracción de una rejilla se puede relacionar con la transformada de Fourier de su estructura - la transformada de Fourier es el método estándar para evaluar el "contenido de frecuencia" o el "contenido de longitud de onda de una forma de onda. Por lo tanto, se apreciará que la invención ventajosamente utiliza una aproximación de Fourier para proporcionar un medio (la inversa de la transformada de Fourier) para generar un perfil de índice de refracción analógico a partir de las especificaciones de reflectancia deseadas. También se apreciará que la etapa de cuantificación del perfil de índice analógico (etapa 355) se puede llevar a cabo sin importar de que manera se determina el perfil analógico. En otras palabras, el perfil analógico no necesita haberse obtenido utilizando métodos basados en Fourier. Los siguientes ejemplos ¡lustran la aproximación de Fourier para la síntesis de BSG. Síntesis de picos simples: En algunas situaciones, tales como elementos de retroalimentación láser, se desea que el BSG refleje la luz en un conjunto dado de longitudes de onda y que realice esto con la mayor selectividad de longitud de onda posible. Es decir, la especificación es para picos simples con una anchura de canal mínima. Tales picos se pueden derivar de la superposición de perfiles sinusoidales: en donde ai, ?? y 0¡ son la amplitud, la frecuencia espacial y la fase del pico iesimo, respectivamente y x es la posición a lo largo de la longitud de la rejilla. La mayor parte de las situaciones determinan los coeficientes de amplitud. No obstante, muchas no requieren nada específico de la fase. En general, las fases componentes deben seleccionarse de manera que minimicen la altura máxima de la superposición (lo que en consecuencia aplana la envolvente general), dadas las amplitudes de componente. El uso de información de fase para producir una envolvente plana puede incrementar en gran medida la eficiencia de la rejilla. Esto ilustra un principio general del diseño de BSG: en la mayor parte de los casos, el perfil de índice analógico (antes de cuantificación) preferiblemente debe tener una envolvente tan plana como se pueda. Esto es deseable debido a que una envolvente plana representa una distribución uniforme de la fuerza de rejilla, y vuelve más eficiente el uso de la modulación de índice disponible. La etapa de optimización de fase de acuerdo con esta invención facilita los grandes incrementos en la eficiencia reflejante de las BSG. Se apreciará que incrementando el número de picos reflejantes se produce un incremento sublineal en la modulación de índice requerida. Es decir, con el fin de duplicar el número de picos pero al mantener la reflectancia de pico, la etapa de índice no necesita ser duplicada. Síntesis de canales de paso de banda. Con frecuencia se requiere una rejilla para separar o seleccionar canales de comunicación ópticos multiplexados por división de longitud de onda. Estos canales se describen por su longitud de onda (posición) y su ancho de banda (anchura). Las rejillas también están acompañadas típicamente por especificaciones de la fuerza de la reflexión y la planariedad espectral del canal. Tal diseño de filtro de paso de banda comúnmente se encuentra en la teoría de filtro FIR, y por lo tanto existen muchos enfoques a su solución. La técnica que se presenta aquí se basa en el método de selección de ventana (intervalo): El principio principal en la síntesis de espectros de rejilla estructurada, tal como el filtro de paso de banda, es el uso de soluciones determinadas analíticamente a un problema de diseño aproximado: se sabe que ciertas formas de filtro, tales como el filtro con la parte superior plana, corresponden a ciertas funciones matemáticas. Por ejemplo, se sabe que la función sene con la forma d? „ ? ?ß??d? sencf fl) j l = i i) L p p? en donde i es el número de segmento BSG, corresponde a un filtro de paso bajo ideal de anchura d?. Este filtro se puede convertir en un filtro de paso de banda centrado alrededor de la frecuencia ooc al multiplicarla con una sinusoidal apropiada, lo que resulta en el filtro: en donde el pico está centrado aproximadamente en coc y tiene una anchura de ??. Desafortunadamente, este filtro, caracterizado por una transición abrupta del paso de banda a la banda de tope, requiere una longitud infinita para su implementación. Simplemente segando el filtro a la longitud deseada se producen características oscilatorias indeseables conocidas como fenómenos de Gibbs. Este es un problema común en el diseño de FIR, y un enfoque a esta solución es el método de selección de ventana. El método de selección de ventana observa el segado como una multiplicación por una función d ventana que es cero en las regiones segadas. La teoría considera la operación de segado como multiplicación por una "ventana rectangular" la cual es igual a uno dentro de la región que se va a mantener, y cero fuera de las secciones que van a ser segadas. La teoría arguye que esta ventana rectangular es responsable del fenómeno de Gibbs. Las funciones de ventana que pueden ser utilizadas para segado generalmente realizan un filtro de paso de banda no ideal al producir una "anchura de transición" finita entre la banda de paso y la banda de detención, en contraste con el filtro ideal, el cual no requiere anchura para la transición. No obstante, la teoría de filtro FIR sugiere varias funciones de ventana aceptables, aunque no ideales. Una de tales funciones de ventana es la ventana Kaiser - una función de ventana concebida con el filtro de paso bajo ideal (y por lo tanto de paso de banda) en mente y el cual permite al diseñador adaptar las características de transición a través de un parámetro ß. La ventana Kaiser de esta manera es adecuada para la síntesis de BSG y proporciona la flexibilidad agregada de controlar la forma y la precisión de los canales de reflectancia. No obstante, esto es únicamente una de las muchas técnicas FIR que se pueden utilizar para obtener este resultado y la síntesis de BSG por métodos de Fourier no se limita a este método particular. Se apreciará que el perfil analógico que corresponde a un canal con la parte superior plana hace un mayor uso del centro de la rejilla. Como en el caso del pico múltiple, esta situación es indeseable dado que vuelve ineficiente el uso de recursos de rejilla desde el centro. Una solución conveniente a este problema es dispersar o alternar las formas de onda asociadas con canales individuales cuando se superponen. Junto con una técnica de optimización de fase tal como la utilizada para la rejilla de pico múltiple, este procedimiento puede permitir el uso muy eficiente de los recursos de rejilla. En algunas modalidades, las aplicaciones de reflectancia no corresponden a las formas elementales particulares tales como los canales de paso de banda o picos. Los perfiles de compensación de ganancia para amplificadores ópticos y las rejillas de dispersión-compensación se encuentran dentro de esta categoría. En estas modalidades, las rejillas se pueden sintetizar utilizando la transformada de Fourier discreta. Las transformadas de Fourier discretas y la transformada de Fourier rápida relacionada (FFT) son versiones de la transformada de Fourier que operan sobre un número finito de puntos muestreados. Al estar relacionadas con la transformada de Fourier regular, la aproximación de Fourier y sus implicaciones en la síntesis de BSG se llevan a cabo sobre DFT. Un DFT que opera sobre un conjunto de un punto con un valor real 1 regresa un conjunto de 1/2 componentes de frecuencia independientes. De esta manera, a una rejilla deseada con 1 segmentos se les pueden asignar valores de reflectancia a 1/2 longitudes de onda, pero no entre longitudes de onda. Un ejemplo de la síntesis de BSG utilizando la DFT se lleva a cabo como sigue: Las especificaciones de frecuencia-dominio se insertan dentro de un arreglo de longitud 1 , la longitud de dispositivo propuesta (en término de número de muestras) de una manera adecuada para la operación inversa DFT. Esto se puede realizar al "muestrear" la versión continua de las especificaciones de dominio de Fourier en ciertos puntos o, alternativamente al "dibujar" la especificación directamente en una forma adecuada para la DFT. La inversa de DFT del arreglo se determina posteriormente. Se pueden aplicar diversas formas conocidas de "regularización" a la forma de onda resultante con el fin de reducir las características oscilatorias entre las muestras de frecuencia.

Una vez que se ha sintetizado el perfil de índice analógico, puede requerir varias modificaciones. Una de tales modificaciones es el filtrado por un filtro de tipo separado-suma. Otra modificación es aquella en donde la forma de onda debe ser escalada a un nivel apropiado a la etapa de modulación Delta-Sigma que se acerca. Por ejemplo, esto se puede llevar a cabo al reescalar la forma de onda para que tenga una amplitud de 1. Cuantificación de la modulación Delta-Sigma (DSM) La síntesis del dominio de Fourier que se presenta hasta ahora produce un perfil de rejilla analógico. No obstante, el BSG requiere un perfil separado utilizando solo un número pequeño (habitualmente dos) de valores de índice. Se apreciará que en modalidades alternativas se puede utilizar cualquier número adecuado de valores separados, tal como por ejemplo la rejilla super octal (OSG). Una técnica para la cuantificación (es decir, para volver separada) del perfil de rejilla es la modulación Delta-Sigma. No obstante se puede utilizar cualquier técnica de cuantificación adecuada. Un requerimiento preferible para la cuantificación de un perfil analógico por los métodos de Fourier es aquel que conserva la información espectral en la banda de frecuencia de importancia. Por ejemplo, la modulación Delta-Sigma se diseña para "separar por filtración" ruido de cuantificación a partir de una banda de frecuencia dada, lo que deja la información espectral en dicha banda en su mayor parte sin alteraciones. También se pueden aplicar otros métodos de cuantificación con mejoras tal como al considerar los efectos de rejilla que no son evidentes en el dominio de frecuencia. En cualquier caso, el método de cuantificacion seleccionado preferiblemente conserva las características espectrales de longitud pequeña en la banda de importancia, como se requiere por la aproximación de Fourier, lo cual se vuelve exacto en el dominio de amplitud pequeña. Se apreciará que el método de síntesis BSG por técnicas de Fourier y la siguiente cuantificacion presentada aquí no se limitan a la cuantificacion Delta-Sigma. Con referencia a la figura 32, se muestra un procedimiento 320 de retroalimentación DSM que mejora la cuantificacion después de un filtro 322 de lazo al hacer uso del error 321 de cuantificacion medido. Es decir, DSM cuantifica su entrada utilizando un umbral en la unidad 323, pero mantiene un seguimiento de cualquier información importante que se pierda por la cuantificacion en la unidad 323 y alimenta esta información de regreso a su entrada en el filtro 322. Se apreciará que en modalidades alternativas se puede utilizar cualquier cuantificador digital adecuado. Retroalimentación de error y repetición. Una vez que se han cuantificado los espectros de reflectancia de rejilla de Fourier, la síntesis es casi completa. Se puede evaluar el desempeño de la rejilla utilizando una prueba estándar tal como el método de matriz de transferencia para determinar el error de síntesis. El error de síntesis se refiere a la diferencia entre el espectro de reflectancia deseado y el espectro medido por el método de matriz de transferencia. En una modalidad se puede evaluar el error y se puede utilizar para desviar las especificaciones de diseño al restar el error de las especificaciones de frecuencia-dominio de la rejilla. Después se pueden utilizar las especificaciones nuevas para repetir el proceso de síntesis y generar una rejilla mejorada. En una modalidad alternativa, el error el cual se mide en el dominio de frecuencia se puede transformar aproximadamente en el dominio espacial y se puede agregar al perfil de rejilla analógica (la rejilla antes de la cuantificación). Esta última forma es una técnica general y poderosa que puede ser utilizada independientemente del método de síntesis utilizado en el dominio de frecuencia. El proceso de retroalimentación de error se puede repetir según se desee, pero con frecuencia es suficiente una única repetición. Se garantiza la convergencia del proceso de retroalimentación para regiones de frecuencia de amplitud pequeña por la aproximación de Fourier descrita antes. Se apreciará que la presente invención ventajosamente permite a un diseñador comparar la corrección de retroalimentación de error con técnicas de corrección de rejilla con el fin de corregir las distorsiones en el dominio de difracción-características. Por ejemplo, ciertos picos pueden tener formas características a las cuales ellos distorsionan en el dominio de reflectancia, para las cuales puede ser correcta cualquiera de las retroalimentaciones de error descritas en lo anterior. La presente invención permite al diseñador sopesar las ventajas de retroalimentación de error en comparación con aplicación de recursos de rejilla. Modalidades alternativas de la síntesis de BSG Síntesis con simetría inducida Con referencia a la figura 33, una propiedad elemental de la señales muestreadas es que su espectro de Fourier muestra una simetría alrededor de múltiplos enteros de una frecuencia característica conocida como la frecuencia Nyquist. En ciertas aplicaciones, tales como filtros con grandes cantidades de picos idénticos, existe una simetría similar en la especificación de reflectancia. El principio de síntesis de simetría inducida es que se puede reproducir la simetría de las especificaciones de reflectancia por la simetría alrededor de la frecuencia Nyquist, de manera tal que los recursos de rejilla necesitan ser utilizados únicamente para crear la mitad de las características espectrales. Un buen ejemplo para este método es la síntesis de ¡n filtro con diez picos de reflectancia separados por igual. Utilizando el principio de síntesis de simetría inducida, el diseñador puede seleccionar una longitud de muestreo que coloque la frecuencia Nyquist con precisión en la parte media de los diez picos, es decir, en la línea de simetría de las especificaciones. El diseñador puede después avanzar para sintetizar una rejilla para los cinco picos inferiores. Los cinco picos superiores aparecen automáticamente debido a la simetría de dominio de frecuencia. Síntesis super-Nyquist Con frecuencia la resolución requerida para una inscripción de rejilla excede la resolución disponible. Por ejemplo, cuando se diseña una BSG para un intervalo de longitud de onda de 1550 nm en galio.arsenuro (n = 3.2) es conveniente colocar la tasa Nyquist a 1550 nm (para hacer uso, por ejemplo, de la síntesis de simetría inducida), lo cual corresponde a una longitud de muestra de aproximadamente 120 nm. Este tamaño característico es demasiado pequeño para fotolitografía óptica y requiere el uso de una litografía de haz de electrones, más costosa. No obstante, Nyquist establece que el contenido de frecuencia por encima del límite Nyquist consiste de copias repetidas, conocidas como imágenes, de la información espectral por debajo del límite Nyquist. Por lo tanto, se pueden generar las características de rejilla por encima de la tasa Nyquist (super-Nyquist) al sintetizar su imagen de rejilla que se encuentra por debajo del límite Nyquist. De esta manera, la síntesis super-Nyquist es útil, por ejemplo, para reducir la resolución que se requiere para la rejilla de galio-arsenuro de 1550 nm discutida antes. Al seleccionar la síntesis de "tercer orden" el diseñador puede seleccionar la longitud de muestra de manera tal que la región de 1550 nm corresponda a tres veces la frecuencia Nyquist, como se indica en la figura 34. El diseñador después puede desplazar las características de rejilla de Fourier por múltiples enteros de la tasa de muestreo (dos veces la frecuencia Nyquist), de manera que se encuentre en la "banda de base" por debajo de la frecuencia Nyquist. Una rejilla sintetizada para estas características desplazadas muestra características de rejilla que se desean, justo por debajo de tres veces la frecuencia Nyquist, debido al fenómeno de formación de imagen. Además, la longitud de muestra para esta nueva rejilla es de 360 nm, la cual es más apropiada para litografía óptica. Se apreciará que al aplicar la síntesis super-Nyquist ventajosamente se reducen los requerimientos de resolución. Aplicaciones de superrejilla Reducción de la dispersión de superrejilla Con referencia a la figura 1 , se muestra un esquema de la BSG 1 de rejilla profunda formada en el revestimiento 13 superior que se combina con el núcleo 12 y el revestimiento 11 inferior para formar la estructura. Una preocupación en el diseño de la superrejilla son las pérdidas de dispersión debidas a los modos de rejilla radiante, que surgen de componentes espaciales-de frecuencia baja en la rejilla. Esta dispersión surge de una activación incompleta de las condiciones de coincidencia de fase en la dirección normal a la rejilla, y es más prevalente con rejillas de poca profundidad. Las características grabadas más profundas de la presente invención reducen esta dispersión al ocupar una distancia mayor en la dirección normal, la cual forma el principio de Huygens bien conocido y las consideraciones de Fourier, lo que lleva a un requerimiento de coincidencia de fase más robusta en la dimensión normal; por lo que reduce la eficiencia de dispersión (no deseada). De manera más cuantitativa, las características de rejilla idealmente deben ser dictadas a profundidad, hasta una profundidad que exceda la longitud de onda del material en el revestimiento (Amat = ?? nrevestimiento) y la constante de extinción de esta cola modal debe ser menor de 1/Amat en la región de rejilla (alternativamente, se puede implementar la BSG en la región 12 de núcleo en el centro de modo, en cuyo caso el núcleo 12 debe ser más ancho que Amat; o de manera tal que la perturbación de índice abarque la totalidad del perfil modal). Esto asegura contribuciones relativamente uniformes a partir de la extensión normal de la rejilla, con lo que se mejora la cancelación del componente dispersado. El análisis sigue al considerar el producto del perfil de índice y el perfil modal 15: cuanto más ancho y más plano sea el producto, más estrecha es su transformada de Fourier y por lo tanto es más estrecha la representación de espacio k en la dirección normal. Esta restricción aumentada en la condición de coincidencia de fase disminuye el alcance (por ejemplo, en términos de ángulo de salida) sobre el cual una onda guiada puede acoplarse a modos radiantes y por lo tanto reduce la perdida de dispersión agregada. Con referencia también a la figura 2, se muestra una ilustración de espacio k del razonamiento detrás de la exclusión de banda de base. Al incluir la banda de base de espacio k (es decir, las bajas frecuencias espaciales) como una "región de interés" adicional mejora la síntesis al reducir notablemente el acoplamiento no deseado de orden superior mediado por los componentes k pequeños. En modalidades alternativas, se pueden implementar superrejillas utilizando cualquier medio para hacer variar el índice de refracción eficaz (o modal) que Incluye una modalidad de liberación de superficie (véase la figura 3 ). Una alternativa es realizar cambios en el índice modal al hacer variar una o varias dimensiones laterales de una guía de onda unidimensional. Esto se puede llevar a cabo en el caso de una guía de onda 30 de rejilla al hacer variar su anchura, como se muestra en la figura 3 a partir de un valor lógico cero a un valor lógico uno. Esta modalidad posee muchas ventajas: la guía de onda 30 y la BSG 31 se les puede elaborar un patrón y se pueden grabar juntas, por lo que se simplifica la fabricación; la guía de onda y la rejilla se autoalinean automáticamente, facilitando las tolerancias; y se pueden elaborar superrejillas de nivel múltiple de rejilla tan fácilmente como las BSG de dos niveles. Superrejillas 2d (bidimensionales) En una modalidad, la BSG adquiere la forma de una secuencia unidimensional de líneas de alto índice y de bajo índice, y puede emular una superposición casi arbitraria de vectores k (es decir, componentes de frecuencia espacial) de magnitud diferente pero de orientación similar. La BSG se puede extender en dos dimensiones, en donde toma la forma de una matriz de pixeles de índice alto y bajo ¡mplementados en el plano de una guía de onda plana; esto se puede extender adicionalmente para incluir cualquier cantidad de niveles separados. La BSG 2D (y de manera más general la superrejilla 2D) puede emular la superposición casi arbitraria de vectores k de magnitud diferente y de orientación diferente (dentro del plano de la rejilla). En términos prácticos, esto significa que la BSG 2D puede dirigirse y enfocar la luz de acuerdo a una longitud de onda y ángulos en plano de entrada y salida, y de esta manera se permiten funcionalidades tales como conformación del haz, estratificación selectiva de longitud de onda y multiplexado y desmultiplexado espacial. Modalidades de superrejilla 2D Con referencia ahora a la figura 4, se muestra un esquema de una "superrejilla" 2D 40 prototipo, denominada como BSG, siglas en inglés para superrejilla binaria. Una superrejilla 2D es un dispositivo óptico que tiene una distribución bidimensional de pixeles modulados en índice, modulados en índice eficaz, modulados en ganancia o modulados en pérdida que normalmente utiliza un conjunto finito de dos o más niveles del parámetro de los parámetros modulados y se utiliza de manera tal que la luz se propaga en el plano del arreglo. El término "capa de propagación" se utilizará para referirse a la capa a través de la cual se desplaza la luz. El término "capa de modulación" se utilizará para referirse a la capa que transporta el cambio físico que provoca el cambio en el índice modal de refracción de la estructura. En algunos casos, las dos capas serán las mismas - por ejemplo cuando se utiliza implantación de ión. En otros casos, serán diferentes por ejemplo cuando se graba un revestimiento o cuando un dedo controlable es aplicable para hacer contacto con la capa de propagación. Aquellos expertos en la técnica serán capaces de comprender en que momento se utilizan los términos. Los pixeles se pueden distribuir en cualquier estructura ordenada o periódica, por ejemplo una distribución de retícula y pueden utilizar una forma arbitraria pero repetida. Los pixeles sombreados indican un valor de índice alto y los pixeles blancos indican un valor de índice bajo. Los ejemplos son distribuciones de pixeles rectangulares en una distribución rectangular, los puntos de dispersión en una malla triangular, o pixeles hexagonales en una malla hexagonal. La forma fabricada de este dispositivo puede mostrar la forma no binaria o incluso un continuo de niveles de modulación debido a las dificultades técnicas asociadas con la elaboración de una estructura física perfecta, pero no obstante, los pixeles se inscriben con un conjunto finito de métodos o parámetros de inscripción que corresponden al conjunto ideal de niveles que vuelven al dispositivo un BSG 2D. Tal dispositivo puede permitir un procesamiento óptico específico tanto de ángulo como de longitud de onda, además de emular los componentes ópticos tradicionales tales como espejos y lentes. Los pixeles de una BSG 2D son la representación cuantificada de un perfil analógico que ha sido cuantificado por un método que conserva la información de Fourier (sin agregar o restar características de manera significativa) en una o más regiones de interés en la representación de frecuencia espacial bidimensional de la rejilla que corresponde a regiones de interés en términos de características de difracción específicas de ángulo y de longitud de onda. Síntesis de superrejilla 2D Un método de síntesis de superrejillas bidimensionales puede ser como sigue: A) Determinar un conjunto de condiciones matemáticas que describen los campos electromagnéticos en las entradas y salidas de la BSG en todos los modos de operación y longitudes de onda. B) Calcular un perfil analógico al resolver un sistema de ecuaciones que corresponden, por ejemplo, a la aproximación de Born con condiciones de límite que corresponden a las condiciones de entrada-salida. C) Digitalizar el perfil analógico utilizando una técnica bidimensional diseñada para mantener los componentes de Fourier dentro de una o más regiones de interés. Un método adecuado es la vibración de Floyd-Steinberg, en donde el error de cuantificación elaborado en cada pixel se dispersa a pixeles aún por cuantificar utilizando la función de respuesta de impulso finito que contiene información espectral en una o varias regiones de interés. El procedimiento de síntesis de rejilla se puede ilustrar con referencia a un ejemplo simplificado. La figura 36A muestra un desmuitiplexor sencillo 36-10 para separar radiación que proviene desde debajo en la guía de onda 36-2 y que tiene dos longitudes de onda La y Lb en dos trayectorias de salida 36-4 y 36-6, cada una con una longitud de onda única, la figura 36B muestra un desmuitiplexor sencillo utilizando componentes separados que realizan la misma función. El ejemplo de la figura 36B utiliza un prisma 3 para separar las longitudes de onda que entran a lo largo de dos trayectorias 24' y 26' (ambos haces se doblan en la misma dirección). Los haces de radiación separados se doblan de regreso en la trayectoria correcta para entrar a las guías de onda 4 y 6 de salida por los prismas 34 y 36. Los haces después se enfocan en las guías de onda 4 y 6 por los lentes 34' y 36'.

La figura 36A muestra las mismas funciones realizadas por una modalidad formada en una guía de onda plana por técnicas en estado sólido. Una distribución de pixeles X-Y (direcciones indicadas por el eje 36-15), indicadas por las líneas a lo largo del borde izquierdo y la parte inferior del rectángulo 36-10 forman una BSG que realiza las funciones de separación de los haces (en este caso doblado de una longitud de onda a la izquierda y de la otra a la derecha) en ángulos que varían con la distancia (ángulos A1 y A2 y B1 y B2) para proporcionar separación. Los ángulos están invertidos en la región indicada por paréntesis 36-34 y 36-36, en donde los pixeles realizan el cambio angular y también enfocan la radiación. En la porción inferior del rectángulo 36-10, los frentes de onda se indican por líneas rectas en la porción superior, indicada por líneas curvadas que representan el resultado de enfoque dentro de las guías de onda de salida 36-4 y 36-6. Se apreciará que el ejemplo de la figura 36A se simplifica en la medida en que los pixeles en la porción superior únicamente procesan una longitud de onda única, dado que la radiación ha sido separada en el espacio. En muchas modalidades reales de un multiplexor, las trayectorias de salida estarán cercanas o se superpondrán y los pixeles serán procesados en más de una longitud de onda. Una característica ventajosa de la invención es que la síntesis de un perfil de índice de refracción para llevar a cabo las funciones requeridas se realiza matemáticamente, en vez de hacerlo por iluminación de una capa de material por un primer patrón de interferencia, después un segundo patrón, etc., como se hacía anteriormente.

Con referencia a la figura 5, se puede utilizar una BSG 2D en aplicaciones y dispositivos que utilizan superrejillas 1D 50 u otros tipos de rejilla con el fin de proporcionar ventajas potenciales. Estas ventajas se fundamentan en el hecho de que la rejilla bidimensional así como los vectores de onda de acoplamiento bien definidos en ambas dimensiones del plano de rejilla, y por lo tanto ofrecen control directo sobre el acoplamiento con modos radiantes y por lo tanto el potencial de dispersión reducida. La rejilla 1 D 50, en contraste, con frecuencia tiene vectores de onda de acoplamiento que están poco definidos en la dirección perpendicular a la guía de onda, debido a su anchura estrecha. La "rejilla unidimensional efectiva" que corresponde a una rejilla bidimensional dada se puede considerar como el perfil de índice 1 D derivado por integración de la rejilla 2D a lo largo de líneas laterales perpendiculares a la guía unidimensional. Esta rejilla 1 D eficaz tiene niveles de índice que abarcan una amplia gama de valores entre dos niveles binarios y con un muestreo lateral suficientemente alto puede ser de carácter casi analógico (el número de niveles será 21 para 1 muestra lateral binaria). Dado que las rejillas analógicas no sufren de los problemas de cuantificación, esto se puede utilizar como un método para un diseño de rejilla de nivel múltiple que aún disfrute de la robustez y los beneficios de fabricación facilitada de una estructura física similar a binaria. El método se puede resumir de manera que incluya las siguientes etapas: Calcular un perfil analógico al igual que con el método anterior. Convertir cada pixel en una línea de pixeles binarios (o de nivel múltiple) colocada en la dirección lateral perpendicular a un eje de rejilla 1 D de manera tal que el promedio tomado a lo largo de la línea se ajusta estrechamente al valor analógico deseado. Este conjunto de pixeles preferiblemente está limitado para mantener ciertas propiedades de simetría con el fin de reducir el acoplamiento a modos superiores (con el compromiso de limitar el número de promedios laterales disponibles). Esta línea se puede calcular utilizando el procedimiento similar a DSM (alimentado con el valor promediado deseado o con el perfil lateral deseado); con un método de optimización de búsqueda aleatoria (para números pequeños de pixeles); o por otros métodos. La superrejilla 2D se puede implementar en una configuración unidimensional al primero ampliar suficientemente la guía de onda D para contener la superrejilla 2D. La guía de onda se puede extender más allá del área y existe contracción a un tamaño más pequeño (posiblemente de modo único). De manera adicional, las dos guías de onda se pueden expander en un área de rejilla 2D tal (y de manera similar, se pueden contraer en el otro lado), para crear acopladores de guía de onda. Las superrejillas 2D también ofrecen dispersión reducida cuando se implementan junto con acopladores de guía de onda de superrejilla. Superrejillas 3D (tridimensionales) La BSG se puede extender adicionalmente a tres dimensiones, en donde toma la forma de una distribución tridimensional de pixeles de índice alto y bajo. Como en lo anterior, esta definición se puede expander para incluir cualquier cantidad de niveles separados. La BSG 3D (y de manera más general la superrejilla 3D) puede emular una superposición casi arbitraria de vectores k (es decir, componentes de frecuencia espacial) de cualquier magnitud y orientación dentro de una o más regiones de interés definidas por la frecuencia espacial 3D. En términos prácticos, esto significa que la BSG 3D puede enrutar y enfocar luz, de acuerdo con la longitud de onda, ángulos de entrada (es decir, polares y azimutales) y ángulos de salida, y de esta manera permitir funcionalidades tales como " las descritas para las rejillas bidimensionales, pero en las tres dimensiones de la longitud de onda, ángulo polar y ángulo azimutal. Con referencia a la figura 6 se muestra un esquema de una superrejilla 3D 60 prototipo en un dispositivo óptico que incluye una distribución tridimensional de pixeles de índice, modulados en cuanto a efectividad, índice, ganancia o pérdida; que utiliza nominalmente un conjunto finito de dos o más niveles de uno o varios parámetros modulados. Los pixeles se pueden distribuir en cualquier estructura ordenada o periódica y pueden utilizar una forma arbitraria pero repetida. La forma manufacturada de este dispositivo puede mostrar una manera no binaria o incluso continua de niveles de modulación ya sea por diseño o debido a las dificultades técnicas asociadas con la elaboración de una muestra perfecta, pero los pixeles no obstante están inscritos utilizando un conjunto finito de métodos de inscripción o parámetros que corresponden al conjunto ideal de niveles que vuelven a el dispositivo un BSG 3D. Tal dispositivo puede permitir el procesamiento óptico específico angular y cromáticamente además de emular componentes ópticos tradicionales tales como espejos y lentes. Síntesis de superrejillas 3D Los métodos para sintetizar superrejillas 3D incluyen enfoques muy similares a los descritos en lo anterior para superrejillas 2D, excepto que las ecuaciones describen espacios tridimensionales y el método de cuantificación utiliza una función de respuesta de impulso tridimensional para distribuir el error de cuantificación. Se puede diseñar una superrejilla bidimensional o tridimensional para crear una estructura que represente una separación de banda fotónica (PBG) completa o incompleta. Esto se puede llevar a cabo al diseñar una rejilla con cualquiera de los métodos de diseño de BSG que posea características espectrales dentro o cerca de la separación de banda deseada con intensidad y densidad suficientes para crear la separación. La síntesis puede involucrar la totalidad del área aplicable o se puede aplicar a una escala más pequeña para crear un patrón que se pueda embaldosar para cubrir un área más grande. El diseño también puede utilizar métodos de síntesis de orden superior par permitir requerimientos de resolución reducida. Un material de separación de banda fotónico completo es aquel que muestra una gama de frecuencias que no se pueden propagar a través del medio, sin importar la dirección de propagación. Las aplicaciones de tal medio son numerosas y abundantes en la literatura. Algunos ejemplos son: filtros ópticos y resonadores, inhibidores o mejoradores de radiación óptica, materiales para (super) prismas, ambientes para láser novedoso y estructuras detectaras, y sustratos para guía y cableado óptico. La separación de banda fotónica basada en BSG ofrece ventajas claves con respecto a los materiales PBG de la técnica anterior, que incluyen: requerimientos menores de contraste de índice y requerimientos relajados de resolución (ambos llevan a una compatibilidad superior con dispositivos ópticos y elaboración facilitada). Síntesis de las superrejillas por optimización. Un método general de diseño de superrejilla es de una variedad unidimensional, bidimensional o tridimensional y se presenta en la presente además de los métodos descritos en lo anterior: Generar un perfil analógico con un procedimiento tal como el de el primer método de síntesis (permítase que la función se denomina P). Generar un filtro H que determine uno o varios de los intervalos de longitud de onda de importancia (en el cual se conservan las características espectrales) y sus ponderaciones. H esencialmente indica una ponderación para cada frecuencia, en donde una ponderación superior genera una preservación mejor de la información espectral en comparación con una ponderación baja. El filtro H se puede escribir en forma de un operador de matriz para permitir la solución de matriz de la siguiente etapa, pero también puede utilizar formas de respuesta de impulso o de polo-cero. Resolver el problema de optimización: en donde X es un vector que contiene los valores de la BSG, V es un vector de los multiplicadores de Lagrange y L determina el tipo de norma para la optimización (L = 2 corresponde a la optimización de mínimos cuadrados, por ejemplo). Los multiplicadores de Lagrange obligan a los valores de BSG a uno de los valores de índice permitidos (nbajo o naito), lo que lleva a una forma binaria. La función se puede modificar para permitir las superrejillas de valor múltiple, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La optimización se puede llevar a cabo utilizando cualquier método de optimización, aunque son particularmente útiles los métodos del tipo de Newton y actualmente son los que se prefieren debido a la naturaleza de matriz de la ecuación. El enfoque puede ser aplicado a la síntesis de rejillas 2D y 3D al tomar el perfil analógico generado por el método de síntesis correspondiente y al realizar un procedimiento de optimización similar, con la ecuación de matriz modificada para la cuenta apropiada para la dimensionalidad. Esto se puede llevar a cabo al apilar las hileras de la rejilla bidimensional en una hilera de variable X, de igual manera con la variable P y al sintetizar una matriz H correspondiente. Se puede generar una matriz H como una matriz Toeplitz de una función de respuesta de impulso dada o con otros métodos que incluyen: Supóngase que hf es un vector que representa la ponderación de importancia de la frecuencia espacial f. Entonces H está dada por H = F" diag(/¾>F, en donde F n dimensional es la matriz de Fourier dada por: La multiplicación por la matriz F es equivalente a tomar una transformada de Fourierde un vector, una operación la cual se puede acelerar utilizando el método de transformada rápida de Fourier (FFT). Este hecho se puede utilizar con filtros H de esta clase para acelerar el cálculo de la función de costo y su derivada al orden n log(n). Otra alternativa es realizar la optimización en el dominio de Fourier al considerar las variables tanto P y X como sus representaciones de Founer (generadas al multiplicar por F) mientras se convierte adecuadamente las limitaciones de la igualdad: P =FP, X = FX Esta representación puede tener la ventaja de permitir las representaciones esparcir representaciones para ios vectores P y/o hf lo cual puede ayudar a reducir el tiempo de cálculo. Mecanismos de ajuste para superrejillas Las características espectrales de una superrejilla se pueden desplazar por cualquier mecanismo que produzca un cambio en el índice modal efectivo. Esto se puede llevar a cabo si está presente un medio electrooptico, electro limitante, magneto-óptico, electrocrómico u otro medio fotosensible como parte del dispositivo y de esta manera permitir que uno o más de los parámetros de diseño se modifiquen utilizando control electrónico. De manera alternativa se puede llevar a cabo la modificación de uno o más de los parámetros de diseño utilizando un cambio de la temperatura, aplicación de tensión mecánica o iluminación ya sea del dispositivo completo o de una sección del mismo. Los mecanismos de ajuste pueden incluir, pero no se limitan a los siguientes: térmico, electro-óptico, magneto-óptico, opto-limitante, de limitación mecánica (externa, por piezas, electrostática, magnetostática, acústicos), de inyección de corriente, de iluminación óptica, de cristal líquido, de moléculas reconfigurables, de interacción química y de desplazamiento mecánico. Para algunos dispositivos el beneficio corresponde a un desplazamiento o cambio en la fuerza de las características espectrales; para otros, las funcionalidades sobrepasan esta fusión. En cualquier caso, está implícito a través de esta solicitud de patente y en todas las descripciones de dispositivos que siguen, en la funcionalidad de los dispositivos que emplean superrejillas estáticas puede mejorarse adicionalmente al sustituir estas con superrejillas ajustables. Superrejillas programables Con referencia a las figuras 7a-7d, se muestran modalidades ejemplares de superrejillas programables. Una superrejilla programable es un dispositivo que incluye, en parte, una distribución de electrodos direccionables eléctricamente junto con un medio adecuado, por lo que se utilizan los electrodos para establecer un patrón de rejilla en el medio. El patrón de rejilla puede ser programable, dinámico o fijo. El patrón de rejilla puede utilizar nominalmente un número finito de niveles modulados (por ejemplo dos niveles para una BSG, más para una superrejilla) o utilizar un continuo de niveles modulados. Otra modalidad (figura 7a) incluye una distribución de dedos MEMS (sistema microelectromecánico) 7a2 colocado por encima de una o más guías de onda 7a3; en donde cada dedo corresponde a un "bitio" de la BSG y puede ser desviado individualmente hacia abajo para que toque la superficie 7a2 de guía de onda. De manera alternativa, el estado (apagado) puede corresponder al contacto entre el dedo y una guía de onda, con un estado "encendido" que produce deflexión hacia arriba y alejándose de la guía de onda. En cualquier caso, el estado con el contacto de guía de onda generalmente proporcionará un índice eficaz superior y aquel sin contacto proporcionará un índice menor. La modalidad preferida tiene una separación de guía de onda apagada suficientemente grande de manera tal que los errores ligeros en este valor cambian de manera despreciable el valor de índice efectivo inferior y por lo tanto facilitan la operación binaria verdadera. En otra modalidad adicional, que se muestra en la figura 7b se incluye una pluralidad de electrodos colocados sobre cristales líquidos encapsulados (LC) 7b2 que llevan a cabo la propagación. En la fase nemática, el LC muestra una birrefringencia que puede ser ajustada con voltaje, lo que proporciona un medio para ajustar el índice efectivo. Esta dependencia del voltaje típicamente tiene cierto voltaje umbral Vt (que corresponde a una alineación completa del LC nemático) por encima del cual se produce poco o nulo cambio de índice adicional. Un método que utiliza voltajes de control de V = 0 y V > Vt por lo tanto puede facilitar la operación binaria verdadera, incluso enfrentado a efectos confusos tales como refringencia de campo. Acopladores de BSG de guía de onda codireccional y contradireccional asimétrica Comenzaremos describiendo dos elementos fundamentales de muchos de los dispositivos más complejos que siguen: específicamente, los acopladores BSG de guía de onda asimétrica codireccional y contradireccional. Estos elementos (los cuales en realidad pueden ser dispositivos por si mismos) acoplan luz de una guía de onda a otra guía de onda paralela, con una respuesta espectral deseada: es decir, la luz a una longitud de onda dada puede ser acoplada completamente, de manera fraccionada o no ser acoplada de manera alguna, y con una fase deseada.

La modalidad general, figura 7c, incluye dos guías de onda asimétricas paralelas las cuales tendrán índices modales eficaces diferentes (rieff) y (neff)2 y por lo tanto vectores de propagación diferentes k1 (?0) = 2Tr(neff)i/Ao y k2(A0) = 2tt(?ß??)2 ??, en donde ?0 es la longitud de onda en el espacio libre. Los índices efectivos en general dependen de la longitud de onda ?0. Se aplican señales desde los impulsores electrónicos 7c3 a electrodos indicados por 7c2 que cambian la distribución modal para inducir el acoplamiento. La luz se acoplará codireccionalmente desde una guía de onda a otra guía de onda vecina si sus perfiles modales respectivos se superponen; esto se conoce como acoplamiento intrínseco y generalmente se producirá para todas las longitudes de onda de entrada. El acoplamiento intrínseco es un efecto parasitario en el contexto del acoplamiento mejorado de BSG y el diseño óptimo busca asegurar que este último reduzca al anterior. Esta condición se vuelve más fácil de satisfacer conforme se incrementa la asimetría de guía de onda (es decir, la diferencia entre (neff)i y (neff)2- Acoplador BSG de guía de onda asimétrica codireccional Con referencia a la figura 8, se muestra un esquema del acoplador 80 BSG de guía de onda asimétrica codireccional. El acoplamiento codireccional de una guía de onda 81 a otra guía de onda 82 vecina (es decir, con perfiles modales superpuestos) se mejorará en una longitud de onda particular ?0 si los índices efectivos de guías de onda son perturbados con frecuencia espacial kg(A0) = k-i(A0) - k2(A0). Esto se puede llevar a cabo utilizando cualquier modalidad de BSG, que incluye posibilidades tales como, pero sin limitarse a, colocación de una BSG 83 entre dos guías de onda, como se describe en lo anterior; o implementar las BSG lateralmente en una o en ambas guías de onda, también descrito en lo anterior. Las características de acoplamiento espectral arbitrario se obtienen al tener la BSG 83 que emula el espectro propio de kg(A0). Acoplador BSG de guía de onda asimétrica contradireccional Con referencia a la figura 9, se muestra un esquema del acoplador 90 BSG de guía de onda asimétrica contradireccional que acopla las guías de onda 91 y 92. Para la modalidad anterior, el acoplamiento contradireccional se producirá para una longitud de onda A0 de entrada dada si la perturbación de índice en vez de esto incluye una frecuencia espacial de kg(A0) = ??) + k2(Ao). La BSG 93 debe mantenerse libre de frecuencias espaciales de 2ki(A0) y 2k2(A0) sobre la totalidad de la banda espectral de interés, dado que esta producirá una retroreflexión dentro de las guías de onda respectivas y de esta manera disminuirá la eficiencia de acoplamiento y producirá una retroreflexión no deseada. Satisfacer esta condición requiere que la asimetría de guía de onda sea suficiente para evitar cualquier superposición entre las frecuencias espaciales de rejilla (kg) que proporcionan acoplamiento entre la guía de onda y aquellos que proporcionan acoplamiento dentro de la guía de onda, sobre todo el intervalo de longitud de onda de interés; matemáticamente esto se puede expresar como: ki(Ai) + UK,) ¥= 2ki (A2).y ?,) + k2(A ¥= 2k2(A2) en donde ki y l¾ se definen anteriormente con un índice efectivo que depende de la longitud de onda, y Ai y ?2 son cualquier combinación de longitudes de onda que se encuentren dentro de los intervalos de interés. Se apreciará que si cualquiera de las guías de onda es de modo múltiple, se deben evitar otras superposiciones, específicamente entre el intervalo de frecuencia de rejilla que pertenecen al acoplamiento deseado y no deseado (ya sea codireccional o contradireccional). Acoplador BSG de guía de onda simétrico contradireccional Con referencia a la figura 10, se muestra un esquema del acoplador BSG de guía de onda simétrica contradireccional. El acoplador contradireccional BSG simétrico realiza las mismas funciones que el acoplador contradireccional asimétrico (programable, dinámico o estático) pero permite que las dos guías de onda sean débilmente asimétricas o incluso simétricas en su índice efectivo. De esta manera se pueden exceder los límites expresados en la expresión previa, aunque esto normalmente lleva a una reflexión dentro de la guía de onda. El método indicado en lo siguiente permite un acoplamiento eficiente entre guías de onda simétricas vecinas y al mismo tiempo suprime la reflexión dentro de la guía de onda. El dispositivo incluye dos guías de onda (simétricas o de otro tipo) con una BSG 612 colocada entre ellas. La BSG puede ser estática, ajustable o programable según sea necesario. Se colocan en cualquiera de los lados dos o más BSG 611 y 622 idénticas a la BSG media pero con contraste opuesto (los 1 se vuelven 0 y viceversa) de las dos guías de onda de manera tal que reflejan el centro BSG alrededor de la guía de onda correspondiente. El principio de operación es como sigue: supóngase que mi es el perfil modal de la guía 1 y m2 es el perfil modal de la guía 2. Con notación libre, los coeficientes de acoplamiento en relación a las dos guías de onda se pueden escribir para un primer orden en fuerza de rejilla como: en donde G-|2 es el centro de rejilla y Gn y G22 son las rejillas en los lados alejados de las guías de onda 1 y 2, respectivamente. El segundo término es despreciable debido a que las dos rejillas laterales están muy alejadas de la guía de onda opuesta (de manera más precisa, el perfil modal de la guía de onda opuesta es despreciable en esta región). No obstante, el coeficiente de acoplamiento a partir de la primera guía de onda a si misma (que corresponde a reflexión dentro de la guía de onda) es como sigue: Cn oc JlíBiptru + JfKi|2<?i2 *= 0 (debido a que G^ = -<¾2 y simetría) El resultado es idéntico para la segunda guía de onda. La única suposición necesaria para la cancelación es que los perfiles modales de ambas guías de onda son sustantivamente simétricos (alrededor de la guía de onda, no necesariamente idénticos entre si; se apreciará que el acoplamiento de guía de onda generalmente introducirá por lo menos cierto elemento de asimetría) y que las rejillas pueden ser simetrizadas apropiadamente alrededor de la guía. La cancelación es independiente de muchos parámetros materiales tales como los índices efectivos de guías de onda incluso si varían independientemente. Acopladores BSG que utilizan variaciones de guía de onda lateral Esta modalidad particular de implementación de una BSG recibe mención especial aquí debido a sus ventajas particulares, así como ciertos conceptos subyacentes adicionales anticipados los cuales se discutirán posteriormente tales como variación óptima de anchura para acoplamiento de guía de onda asimétrica, con consideración particular a la fuerza BSG relativa en cada guía de onda, y como diseñar la rejilla de contraste inverso del acoplador de guía de onda asimétrico de manera que se minimiza la reflexión dentro de la guía de onda. Las ventajas de esta modalidad son similares a las descritas en lo anterior, diferenciadas por el hecho de que ahora existen dos (o más) guías de onda, en donde la alineación de guía de onda es crítica. Se apreciará que las guías de onda y las BSG pueden estar distribuidas en un patrón ventajosamente y pueden ser grabadas juntas, por lo que se simplifica la fabricación. Además, las guías de onda y las rejillas se autoalinean automáticamente, facilitando las tolerantes.

Interruptor de barra cruzada BSG Con referencia a la figura 11, se muestra un esquema de un emparrilado de barra cruzada de topología de rejilla. El interruptor de barra cruzada es un dispositivo que dirige los canales de longitud de onda de un número de guías de onda de entrada a un número de canales de salida (habitualmente haciendo coincidir el número de guías de onda de entrada). El interruptor de barra cruzada generalmente necesita ser capaz de dirigir cualquier longitud de onda desde cualquier guía de onda de entrada a cualquier guía de onda de salida. Estos interruptores típicamente se indican por una notación N x N, en donde N representa el producto del número de guías de onda de entrada/salida y el número de canales de longitud de onda; por ejemplo, un interruptor con 4 guías de onda de entrada, 4 guías de onda de salida y 16 canales de longitud de onda por guía de onda se denomina un interru tor 64 x 64. Los interruptores de barra cruzada tradicionales utilizan una topología de rejilla en donde cada una de las N guías de onda de entrada primero se desmultiplexa en sus c canales de longitud de onda, lo que resulta en nxc "hilera" de entrada que se cruzan con nxc "columnas" de salida. Estas columnas después se multiplexan en grupos suministrados dentro de las n guías de onda de salida. En enrutado se produce por medio de un interruptor óptico colocado en cada intersección de hilera y columna. Este diseño es especialmente común con sistemas microelectromecánicos (MEMS), en donde los interruptores son ¡mplementados utilizando espejos móviles.

Claramente, esta topología requiere (nxc)2 elementos interruptores. Otra topología puede utilizar interruptores 2x2, es decir, elementos interruptores con dos entradas ( e ) y dos salidas (Oí y 02); en donde cualquiera de ellas conecta a Oí e l2 a 02, o I1 a 02 e I2 a 0-|. El problema se encuentra en seleccionar la distribución y número de interruptores de manera que las señales ópticas de entrada puedan ser redistribuidas a todas las permutaciones posibles en la salida. Para determinar el número de interruptores necesarios necesitamos indicar que existen (nxc)! permutaciones posibles de las entradas; dado que cada interruptor 2x2 proporciona un bitio de control, podemos decir que: 0(log2(nc)!)=0((nc)log2(nc)) Se apreciará que se puede utilizar una BSG programable (es decir, un acoplador codireccional o contradireccional ajustable como se describe en lo anterior) para formar el interruptor 2x2. De esta manera, cada elemento de interruptor BSG puede proporcionar la funcionalidad 2x2 independientemente para cada longitud de onda de entrada. Ventajosamente, esto elimina la necesidad de primero desmultiplexar las guías de onda introducidas y reduce el número de interruptores requeridos: número de elementos interruptores = 0(nlog2n) en donde n es el número de guías de onda de entrada únicamente, sin dejar dependencia respecto al número de canales c de longitud de onda (véase la figura 12, que muestra un esquema de una modalidad para un interruptor de 4 fibras, utilizando 6 elementos 120 interruptores). Otra modalidad puede utilizar elementos interruptores BSG 2x2 estratificados, en donde cada capa tiene el mismo número de elementos interruptores que es igual a n/2, en donde n representa el número de guías de onda de entrada, cada una con c canales de longitud de onda. En esta modalidad, los interruptores se pueden conectar entre sí de la siguiente manera: Supóngase que la guía de onda w se conecta con la guía de onda w + 21"1, en donde I es el número de capas (comenzando desde 1 ). Cuando 2' = n, se utiliza la fórmula anterior al establecer I = 1 nuevamente wrap back). Este es únicamente un método de alambrado particular y se pueden concebir muchos más, especialmente al dibujar a partir de la técnica anterior en un diseño de tres interruptores binarios. El número de elementos interruptores utilizado por un diseño de esta clase se proporciona por: número de elementos interruptores en donde la función ceil genera el número entero más pequeño que es mayor que su argumento. Se apreciará que los ahorros generados por este método de diseño pueden ser enormes y se ¡lustran en el cuadro 1.

CUADRO 1 Aunque el número de elementos interruptores en el caso de superrejilla está dado por la fórmula anterior, el número de interruptores en el diseño de emparriiado está especificado por en2, mientras que el número de interruptores de longitud de onda único en el diseño estratificado está dado por c multiplicado por el número de elementos interruptores en el diseño BSG. Además, las modalidades que utilizan las BSG programables evitan la necesidad de multiplexores y desmultiplexores, incrementando adicionalmente los ahorros. El diseño de longitud de onda única también se puede implementar con acopladores codireccionales y contradlreccionales que utilizan rejillas Bragg en vez de las BSG. Escritura directa de las BSG en fibra óptica Las siguientes secciones describen métodos de implementación de las BSG en una fibra óptica cuyo índice o índice modal efectivo se puede alterar vía exposición a luz láser intensa o de alta energía. Proceso de un fotón Con referencia a la figura 13, se muestra el método de un fotón de implementación de una BSG en una fibra óptica. En esta modalidad, una rejilla que utiliza características binarias o de nivel múltiple (el índice o el cambio de índice efectivo, la supresión, la pérdida de modulación, etc.), se imprime sobre una fibra óptica 13-1 fotosensible por medio de un haz 13-10 láser enfocado conmutable que imprime directamente la información de rejilla sobre la fibra conforme se mueve con respecto al foco de láser, como se indica por la flecha, ya sea a velocidad constante o variable. En una modalidad alternativa, la fibra es estacionaria y el foco de láser se manipula para explorar la fibra. Proceso de fotones múltiples Con referencia a la figura 14, se muestra un dispositivo 140 de fotones múltiples (se muestran aquí dos fotones) que impiementan una BSG en la fibra óptica. Un método similar al anterior, con excepción de aquel en donde se utilizan dos o más haces láser 144, 145 para el proceso, y la información se imprime preferencialmente (es decir, se desplaza en el índice) en donde un subconjunto de estos haces intersectan 143 o interfieren de manera constructiva. Se apreciará que esta modalidad ofrece ventajas respecto al mecanismo de fotosensibilidad subyacente el cual es dependiente de intensidad o dependiente en energía. En el primer caso, la interferencia constructiva de N haces (de amplitud igual) proporciona N2 veces la intensidad de un haz único; en el último, el ajuste se puede distribuir de manera que la energía fotónica agregada sea suficiente para llevar a cabo la transición en cuestiones que existen únicamente en donde se intersectan los haces.

Esta modalidad permite un control incrementado sobre la región dentro de la fibra sobre la cual se imprime información (por ejemplo, se puede alterar el índice únicamente en el núcleo 141 sin los haces se elaboran para intersectarse aquí) y también puede simplificar la fabricación en la medida en que el revestimiento no necesariamente debe estar depurado, como se requiere para un proceso de fotón único. Lo siguiente describe modalidades alternativas de la presente describe modalidades alternativas de la presente invención que utilizan alguna combinación de superrejillas y los elementos modulares de la sección previa. Se apreciará que cualquier BSG mencionada aquí se puede sustituir por una modalidad de superrejilla de nivel múltiple más general, el cual a su vez se puede sustituir por modalidades ajustables o programables de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. Desmultiplexor de longitud de onda Un desmultiplexor separa una longitud de onda múltiple (es decir, un canal múltiple) de entrada en sus canales constitutivos. Esta funcionalidad desmuitiplexora se puede obtener utilizando las BSG en una diversidad de modalidades descritas con mayor detalle en lo siguiente. Las superrejillas de nivel múltiple de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención también son adecuadas para desmultiplexores y filtros con separación no uniforme de canales (o con cualquier otro esquema de separación de canales). Se reconocerá que una ventaja de tal modalidad desmuitiplexora de la presente invención reduce ventajosamente los problemas tales como SRS (dispersión Raman estimulada), la cual está constituida cuando los canales están separados por igual en términos de frecuencia fotónlca (energía). Desmultiplexor que utiliza supercompuertas 1 D Con referencia a la figura 15, se muestra un esquema de un desmultiplexor que utiliza BSG 1D. Este dispositivo incluye, en parte, un conjunto de guías de onda acopladas utilizando acopladores BSG contradireccionales o codireccionales 15-1-15-3, como se describe en lo anterior, con el efecto de que la luz de longitud de onda múltiple que entra al dispositivo a través de un puerto de entrada especificado se divide en sus componentes de longitud de onda los cuales abandonan el dispositivo a través de sus puertos de salida asignados. Las modalidades particulares incluyen: una cascada de BSG codireccionales y contradireccionales las cuales dividen sucesivamente los canales en dos bandas secundarias hasta que se extraen los canales individuales; y una secuencia de las rejillas de canal único inclinadas dirigen canales individuales a su guía de onda de salida respectiva. Desmultiplexor que utiliza superrejlllas 2D Esta modalidad, que se muestra en la figura 16, incluye una BSG 2D con el efecto de que la luz de longitud de onda múltiple que entra al dispositivo a través de un puerto de entrada especificado se divide en sus componentes de longitud de onda, el cual abandona el dispositivo a través de sus guías de onda de salida asignadas.

Filtros adicionadores/de bajada En esta modalidad, un filtro adicionador/de bajada óptico, como se muestra en la figura 17, es un dispositivo 170 óptico que incluye un puerto 171 de "entrada", el cual acepta una entrada de canales de longitud de onda múltiples; un puerto 172 de "caída" a través del cual se enrutan uno o más canales separados de la corriente de "entrada"; y un puerto 174 "pasante", desde el cual surgen los canales remanentes. También puede estar presente un puerto adicional "adicionador", el cual acepta entradas en canales de longitud de onda que se hacen bajar desde la corriente de "entrada" y las enruta a la salida "pasante". Filtro adicionador/de bajada estático Con referencia a la figura 18, se muestra una modalidad de dispositivo óptico de la presente invención que incluye una o más BSG 2D o un conjunto de guías de onda acopladas utilizando acopladores BSG contradireccionales o codireccionales. En esta modalidad, uno o más componentes de longitud de onda de luz que entran al dispositivo a través de un puerto 181 de entrada especificado ("entrada") se separa y abandona el dispositivo a través de un puerto 184 de salida ("de bajada"), el resto de la luz de entrada abandona el dispositivo a través de un puerto 182 de salida ("pasante") diferente. Además, el dispositivo puede incluir un puerto 183 de entrada ("adicionador") adicional con la propiedad de que los componentes particulares, o todos los componentes de longitud de onda que entren al dispositivo a través de dicho puerto, también abandonan a través del puerto 182 "pasante" y de esta manera se agregan a la luz enrutada allí desde el puerto de "entrada". Aún con referencia a la figura 18, la BSG 1 acopla un subconjunto de entradas ? de una guía de onda A a una guía de onda B. BSG 2 acopla un subconjunto del primer subconjunto de B a C. Este proceso continúa hasta que permanece en la guía de onda de bajada (DROP) únicamente una o varias de las longitudes deseadas. Se apreciará que BSG-y BSG-2 se pueden sintonizar para seleccionar una ? deseada sobre una gama la cual excede un intervalo de ajuste o sintonización intrínseco ??/? ~ ??/?. Se apreciará además que en modalidades alternativas se puede utilizar un acoplamiento contradireccional. En esta modalidad, el puerto 183 adicionador puede volverse selectivo a ? a través de un enfoque Vernier similar. Filtro adicionador/de bajada dinámico Con referencia a la figura 19, se muestra una modalidad 190 de dispositivo óptico que incluye una o más BSG 2D o un conjunto de guías de onda, en donde las guías de onda se acoplan utilizando acopladores BSG contradireccionales o codireccionales ajustables o fijos con la misma funcionalidad efectiva que el filtro adicionador/de bajada BSG estático, pero con la adición de que una o varias de las longitudes de onda dirigidas desde el puerto de "entrada" al puerto de "de bajada" o una o varias de las longitudes de onda dirigidas desde el puerto "adicionador" al puerto "pasante" son controlables por medio de señales de control externas.

Una modalidad particular hace uso del principio de ajuste o sintonización Vernier, con un diseño motivado por el hecho de que los desplazamientos espectrales accesibles a través del ajuste de índice con frecuencia son mucho menores que el intervalo de ajuste deseado total. La entrada de canales múltiples entra a lo largo de una guía de onda, con luz acoplada a una guía de onda adyacente por medio de una BSG ajustable de picos múltiples (con una separación de picos generalmente menor que el intervalo de ajuste disponible). Una BSG ajustable subsecuente (generalmente de picos múltiples con una separación diferente la cual también es menor que el intervalo de ajuste disponible) acopla un subconjunto de este primer conjunto de canales a una tercera guía de onda. Este procedimiento de decimación puede continuar según se desee, con las BSG ajustadas independientemente en relación unas de otras a uno o varios de los canales deseados de bajada. El intervalo de selección de canal de esta manera puede exceder en gran medida el desplazamiento espectral ajustado de índice disponible. Se puede utilizar el mismo conjunto de las BSG para agregar los canales de bajada desde una segunda entrada, como se muestra en la figura 18. Otra modalidad utiliza una BSG programable, que habilita una estructura tal como la mostrada en la figura 19 que puede ser adicionada y hecha descender dinámicamente con cualquier subconjunto de canales de entrada. Monitoreo de estabilidad de longitud de onda Para funcionar adecuadamente, las redes ópticas requieren que las longitudes de onda de canal permanezcan dentro de cierto intervalo de su valor nominal. La derivación puede ser causada por muchos factores que incluyen variaciones en las condiciones ambientales, envejecimiento del dispositivo e interrupciones mecánicas. La deriva de longitud de onda puede ser monitoreada utilizando una superrejilla 1D de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, como se muestra en la figura 20a. Aunque la luz incidente en un ángulo de entrada dado en una rejilla 1D inclinada 20a3 nominalmente difractará únicamente en un ángulo de salida particular, la perdida de ajuste o de sintonización de una longitud de onda de reflectancia pico central de hecho generará una carencia de ajuste en ángulo, junto con una disminución en la eficiencia de difracción. Este comportamiento se puede utilizar para detectar desviaciones en longitud de onda o, suponiendo que la longitud de onda es verdadera, desplazamientos en las características del dispositivo las cuales después se pueden compensar a través de una diversidad de mecanismos (por ejemplo ajuste de temperatura). En una modalidad, se puede utilizar una distribución 20a4 de fotodetector alineada simétricamente a lo largo de la trayectoria 20a2 de difracción de la longitud de onda central deseada para detectar el desplazamiento de longitud de onda; en esta configuración, la señal de cada una coincidirá si la longitud de onda local coincide con el valor deseado (nótese que la eficiencia de difracción normalmente será intencionalmente baja, de manera que la mayor parte de la potencia pasa a través de la misma sin desviación). Las desviaciones en la longitud de onda local después se manifiesta por un cambio en los valores relativos de los fotodetectores 20a4, los cuales pueden ser monitoreados al hacer pasar sus salidas a través de un procesador 20a5 de sustracción logarítmico (se pueden utilizar otras funciones más sensibles). Estas desviaciones después se pueden corregir para uso de temperatura o de cualquier otro parámetro que produzca alteraciones. De manera similar, se puede ¡mplementar una modalidad alternativa con un BSG 2D 20b4 como se muestra en la figura 20b, el cual puede enfocar luz difractada a los detectores 20b3 y/o detectar derivas en longitud de onda sobre varios canales simultáneamente; o con una secuencia de características 20c3 casi 1D (es decir, de punto-fuente) grabadas a lo largo de una guía de onda 20c2, como se muestra en la figura 20c (la detección y procesamiento se realizan en unidades 20c3 y 20c4), lo que llevará a difracción simétrica en ambas direcciones laterales. Opcionalmente, un espejo puede ser grabado en un lado, para recolección óptima de luz dispersada. Monitor de red de derivación Para reconfigurar dinámicamente asignaciones de canal ("suministro de longitud de onda"), una red requiere retroalimentación sobre el uso de un canal; tal capacidad de reconfiguración es necesaria particularmente para redes ópticas metropolitanas (MON). El monitoreo de la red se puede llevar a cabo utilizando superretículas 1-D o 2-D de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención (la figura 21 muestra una modalidad de monitor de red 2D) para derivar una porción (típicamente pequeña por diseño) de luz de entrada y separarla en canales individuales. Los canales separados después se enfocan sobre una distribución 212 detectora, en donde se mide su potencia y la información s convierte en una señal eléctrica única. Esta señal puede ser procesada por el procesador 214 y se transmite a una estación de monitoreo (no mostrada) en una red metropolitana a lo largo de una red eléctrica, y proporciona datos de diagnóstico que facilitan el suministro de longitud de onda; o que ayudan en la identificación de problemas en la red (por ejemplo muestran en que parte un canal está perdiendo energía); en compilación de estadísticas de carga y en medición de tolerancia de falla. Ecualizador de longitud de onda múltiple y filtros de aplanado de ganancia Para funcionamiento óptimo, las redes ópticas generalmente requieren que los canales de longitud de onda estén balanceados en energía. En equilibrio típicamente se produce ya sea dentro o después de la etapa de amplificación, y se le denomina correspondientemente "aplanado de ganancia" o "ecualización" respectivamente. Adicionalmente, un dispositivo de equilibrio de energía puede servir para suprimir señales no deseadas tales como la longitud de onda de bomba en amplificadores ópticos. Ecualizador dinámico de longitud de onda múltiple. En esta modalidad de ecualizador, se puede llevar a cabo la ecualización dinámica al enrutar longitudes de onda de entrada a través de un monitor de red de derivación (figura 22A) que separa canales y monitores de sus niveles de energía respectivos (véase la figura 22B, que muestra una curva de energía versus longitud de onda). Las señales después son transmitidas a un procesador electrónico, cuya salida ajusta (o programa) una secuencia de BSG de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, la cual ecualiza los canales a través de la energía, por ejemplo al eliminar energía en diversas bandas de longitud de onda. La figura 22C muestra un ejemplo de energía removida como una función de la longitud de onda. Los métodos adecuados para contar energía de longitud de onda incluyen la utilización de las BSG para acoplar canales de entrada a una guía de onda de salida con eficiencia menor o utilización de las BSG para imponer perdidas de dispersión superiores. La figura 22D muestra el resultado de restar cantidades apropiadas de energía en un conjunto de bandas de longitud de onda y de esta manera se produce una energía sustancialmente igual en cada banda, Una modalidad utiliza una cascada de las BSG que incluye "funciones de base" las cuales pueden ser ajustadas independientemente para llevar a cabo el espectro de pérdida requerido para ecualización; las funciones de base adecuadas incluyen espectros similares a etapas que pueden ser desplazados unos en relación con otros. Amplificadores ópticos de ganancia aplanada Las figuras 23A - 23D ilustran una modalidad alternativa de balanceo de canal. En esta modalidad se incorpora una BSG 23-1 (figura 23A) directamente dentro del amplificador que sirve para conformar el espectro de ganancia como se desea. El espectro de ganancia (que se muestra no alterado en la figura 23B) puede ser aplanado o adaptado a cualquier otro perfil, tal vez en anticipación de las pérdidas dependientes de longitud de onda posteriores a amplificación. La figura 23C muestra un espectro de coeficiente de pérdida que coincide con el espectro de ganancia de la figura 23B. La figura 23D muestra el espectro de coeficiente de ganancia combinado, que combina la ganancia del medio y las pérdidas impuestas sobre el mismo. Se apreciará que esta modalidad ofrece una eficiencia mucho mayor en comparación con la ecualización posterior a amplificador, la cual sigue del reconocimiento de que el aplanado del coeficiente de ganancia (la ganancia por longitud de unidad dentro del amplificador) desperdicia mucho menos energía que el aplanado posterior a la amplificación de ganancia. El aplanado de ganancia, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se puede aplicar a cualquier amplificador óptico, que incluye amplificadores Raman, amplificadores de fibras con impurezas de erbio (EDFA) y amplificadores ópticos semiconductores (SOA); así como fuentes de longitud de onda múltiple tales como láseres ajustables. Se apreciará que el aplanado de ganancia no solo mejora la eficiencia sino también puede extender de manera notable el ancho de banda del amplificador, particularmente cuando el espectro de ganancia intrínseco se encuentra fuertemente con picos. Esto es especialmente cierto con amplificadores ópticos semiconductores (SOA), cuyo ancho de banda es tan estrecho que proporcionan ganancia solo para una cantidad muy pequeña de canales (con frecuencia solo uno). Enrutador lambda Los enrutadores Lambda - también conocidos como enrutadores de longitud de onda llamados, o conexiones cruzadas ópticas son dispositivos que se colocan en los puntos de unión de red con una o varias longitudes de onda de ruta desde una entrada de fibra óptica específica a otra salida de fibra óptica específica. Los enrutadores lambda generalmente son dispositivos NxN (es decir, con N fibras de entrada y N fibras de salida), con cada fibra de entrada que típicamente transporta un canal de longitud de onda único. En una modalidad de enrutado lambda de la presente invención, el enrutado lambda se puede llevar a cabo al acoplar la entrada desmultiplexada desde un dispositivo basado en BSG dentro de una distribución de guías de onda, como se muestra en las figuras 24a y 24b (es decir, un canal por guía de onda). Se apreciará que las figuras 24a-24b representan enrutadores lambda cuando existe una fibra de entrada/salida e interruptores de barra transversal cuando existen fibras múltiples de entrada y de salida. Una segunda distribución de guías de onda existe debajo del primer conjunto, con cada par de guías de onda superiores y guías de onda inferiores separadas por una BSG con un espectro con la parte superior plana centrado en la longitud de onda de canal (es decir, acoplamiento codireccional o contradireccional). La operación de barra transversal (es decir, la luz de canal en una guía de onda se acoplara con la otra y viceversa; o permanecerá en la misma guía de onda) se obtiene al ajustar localmente las BSG dentro o fuera de alineación con la longitud de onda de canal. Se apreciará que la funcionalidad de adicionador/de bajada es un aspecto interconstruido en esta modalidad. En la figura 24b, un enrutador de topología de emparrillado acepta una entrada muitiplexada en el lado izquierdo, que tiene más de la longitud de onda incidente sobre un canal en una guía de onda inferior. En cada intersección, una BSG de banda de paso acopla longitudes de onda en un canal particular a las guías de onda en una guía de onda superior, que corre verticalmente en el dibujo. El resultado es que h¡¿ (lambda de longitud de onda que entra en la guía iesima y que tiene una longitud de onda para el canal jesimoj se com(3¡na con |a radiación del mismo canal que proviene de otras entradas. La figura 24A, que tiene la misma topología a la mostrada en la figura 12, es una distribución más eficiente para obtener el mismo resultado. Compensador de dispersión-pendiente Las redes ópticas generalmente se tienden con una propiedad conocida como dispersión, especialmente cuando están involucradas distancias de transmisión grandes y altas velocidades de bitios. La dispersión surge de la dependencia de la longitud de onda del índice efectivo, que a su vez produce un espectro de retraso de grupo que depende de la longitud de onda para un tipo dado y una longitud de fibra óptica. El espectro de un pulso óptico es necesariamente finito (es decir, diferente de cero) en su anchura; por lo tanto la dispersión se dispersa como un pulso conforme se desplaza a lo largo de una fibra, debido a que sus diversos componentes de longitud de onda se desplazarán a velocidades ligeramente diferentes. La compensación de dispersión se puede obtener por "pulsaciones" de una rejilla Bragg: al modular las pulsaciones de la rejilla a lo largo de su longitud z, como se muestra en las figuras 25A - 25D. La figura 25A muestra una modalidad en la cual la rejilla pulsada se asocia con un circulador. La radiación se dirige al interior de la rejilla, se procesa y se regresa al circulador. La figura 25B muestra un diseño de fibra transmisiva. La figura 25C muestra una BSG contradireccional en la cual la rejilla que acopla las dos fibras también realiza la pulsación. La figura 25D muestra un diseño codireccional. Estos diseños producen un espectro de fase dependiente de la longitud de onda el cual puede ser adecuado para proporcionar el espectro de retraso de grupo que se desea: Tg = -d<t>/dco. El retraso para una longitud de onda ?0 de espacio libre dada entonces sigue a partir de la distancia de ida y vuelta en donde el paso local tiene ?0 como su longitud de onda Bragg: Tg(A0) = 2neefZ(Ao), en donde ?(?0) es la coordenada espacial en la cual ?(?) = Una modalidad de dispersión de la presente invención comienza al determinar la función de pulsado de entrada ideal (analógico), como se deriva del espectro de retraso de grupo t9(?0) (retraso impuesto por rejilla el cual por supuesto debe ser opuesto al de la entrada). El perfil analógico ideal después se alimenta en un filtro de cuantificación lo que produce un perfil binario que emula las características de fase que se desean. El filtro de cuantificación puede ser optimizado adicionalmente para un ruido de fase mínimo. Las modalidades de dispersión alternativas se fundamentan de manera más directa en el espectro de retraso del grupo deseado. Se apreciará que son posibles una diversidad de estos tipos de modalidades. Una modalidad incluye un circulador de tres puertos (entra de luz en el puerto i, salida en el puerto i+1, con el puerto 3 "envuelto alrededor" al puerto 1) que dirige la entrada de luz al puerto 1 a una guía de onda vía el puerto 2. Una BSG reflejante, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención en la guía de onda lleva a cabo el espectro de retraso de grupo de compensación deseado, y de esta manera dirige la luz compensada en su dispersión de regreso al puerto 2 del circulador, después de lo cual surge en el puerto 3 de salida. En las figuras 26a y 26b se muestra una modalidad alternativa que evita la necesidad de (y los costos de) un circulador que utiliza acopladores BSG codireccionales y/o contradireccionales, los cuales acoplan la luz desde una guía de onda de entrada a una o varias guías de onda subsecuentes de manera que imponen el espectro de retraso de grupo que se desea. Dependiendo de factores tales como el ancho de banda de compensación, el alcance temporal del espectro de retraso de grupo y si la compensación es de banda completa o está canalizada, la longitud de propagación dentro del dispositivo puede exceder el tamaño máximo deseado del dispositivo. En este caso, la compensación de dispersión se puede llevar a cabo sobre acoplamientos de guía de onda sucesivos, con guías de onda acopladas distribuidas en una cascada de bobinado. Se apreciará que las modalidades de los compensadores de dispersión basados en BSG ofrecen muchas ventajas tales como emular las complicadas funciones de pulsación de una manera más sencilla que los métodos actuales (los métodos actuales toman términos sucesivos en una expansión de Taylor de la características de dispersión u obtienen un "mejor ajuste" para el espectro de retraso ideal utilizando relativamente pocos parámetros de entrada). Las modalidades que utilizan dispositivos BSG de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención también pueden proporcionar compensación de dispersión adaptada individualmente a canales simultáneos múltiples, lo que proporciona una mejoría sobre las soluciones, lo que impone la misma corrección a través de todos los canales. Además, en contraste con algunos enfoques de compuerta pulsada, las modalidades que utilizan dispositivos BSG de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención se pueden diseñar para proporcionar un espectro de reflectancia en canal plano. Compensador de dispersión ajustable Se puede obtener compensación de dispersión ajustable a través de una distribución que presenta cierta similitud con una combinación de la cascada de las BSG codireccionales y contradireccionales descritas antes, y el método de ajuste de Vernier descrito antes, junto con el ecualizador de longitud de onda múltiple dinámico, también descrito antes. Con referencia a la figura 26a, la cascada de las BSG incluye "funciones de base" de retraso de grupos las cuales pueden ser ajustadas independientemente en relación una a otra para llevar a cabo el espectro de retraso de grupo que se desea. Una modalidad, que se ¡lustra en la figura 26b, utiliza dos acopladores BSG contradireccionables ajustables, cada uno ¡mplementa funciones de dispersión cuadrática Di y D2, con las formas funcionales: D1 = a^A - ? 2 + Ci y D2 = a2(A - ?2)2 + C2) en donde las longitudes de onda centrales Ai y ?2 se pueden desplazar independientemente a través de un mecanismo de ajuste tal como el indicado en lo anterior. Si las BSG se encuentran en cascada y se diseñan con a2 = -a-i, la dispersión resultante es: Dnet = Di + D2 = [2ai(A2 + K,)} ?+[( - A22) + (d - C2)], la cual se puede rescribir en términos de ?? = A2 - Ai: Dnet = [2a-i(AA)j ?+[(2?? + ??) (2K, - ??) + (d - C2)] De esta manera, se puede ajusfar la pendiente de dispersión 2a-i(AA) según se desee mediante la selección apropiada de ??, y se establece la intersección al ajusfar apropiadamente Ai. Este enfoque se puede aplicar a ordenes arbitrariamente altos de dispersión mediante la utilización de las funciones de base de dispersión del siguiente orden más elevado. Láser de superrejilla de retroal ¡mentación variable (ajustable y/o de longitud de onda múltiple) Con referencia a las figuras 27a-27c, se muestran modalidades de láseres de superrejilla de retroalimentación variable. En estas modalidades, la BSG programable se combina con un medio de ganancia óptico para producir un láser ajustable con operación de longitud de onda única o longitud de onda múltiple. En la figura 27A, dos BSG programables pueden crear resonancia en una o más longitudes de onda. En la figura 27B una BSG programable realiza la función de rejilla dentro del medio de ganancia y puede controlar el espectro de salida y también su distribución de energía. En la figura 27C, las BSG programables pueden cambiar la longitud de onda y también el ángulo, de manera que se puede controlar la longitud de onda y también la fase de la radiación de salida. Se apreciará que cualquier configuración que utilice rejillas como elementos de retroalimentación, que incluyen pero que no se limiten a DBR, DFB, alfa-láser y configuraciones de oscilador de anillo, se pueden retroajustar al sustituir parte o la totalidad de uno o de varios elementos de difracción correspondientes en el diseño tradicional con las BSG programables, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. Para una modalidad de láser de longitud de onda único, el dispositivo basado en BSG puede controlar la posición de la línea láser, su anchura de línea y/o su fuerza. Además, se puede combinar con el monitoreo de los parámetros anteriores (directa o indirectamente, por ejemplo a través de la temperatura, corriente o voltaje) para formar un sistema de retroalimentación para controlar uno o más de estos mismos parámetros. El diseño de las BSG (o "programa") se puede alterar en una configuración que de otra manera es similar para producir un láser de longitud de onda múltiple, ofreciendo control independiente para cada uno de las diversas longitudes de onda de láser o la selección de una longitud de onda única. Los canales de transmisión láser se pueden ajustar, agregar y someter a bajada o descenso independientemente, y se puede equilibrar según se desee la energía de salida relativa. Como se describe en lo anterior, se puede agregar un monitor para formar un bucle de retroalimentación para controlar cualquiera de estos parámetros. Combinador de haz (inversión de divisor de haz) Un combinador de haz como modalidad, de la manera en que se muestra en las figuras 28A - 28B, acepta la entrada de una o más fuentes y las dirige a una salida común. En la figura 28A los acopladores BSG sucesivos agregan energía en una o más longitudes de onda a la energía que fluye desde la izquierda a la derecha en la guía de onda horizontal. En la figura 28B, una BSG bidimensional acepta tres entradas y dirige la radiación hacia fuera, a lo largo de la guía de onda. Las aplicaciones incluyen combinar la energía de láseres múltiples (denominado "combinador de energía" en este contexto) como lo hace, por ejemplo, con amplificadores Raman para obtener suficiente energía de bombeo. Sería especialmente atractivo en este caso integrar tal dispositivo directamente con una distribución de láser semiconductor; la BSG es muy adecuada para este propósito. Son posibles una diversidad de modalidades, que incluyen cierta combinación de uno o más acopladores BSG y superrejillas 2D para combinar haces múltiples (posiblemente de la misma longitud de onda) en uno. En el caso de la superrejilla 2D, esto corresponde esencialmente a la inversión de la división de una entrada en haces de salida múltiples. Aislador/circulador de longitud de onda múltiple/banda ancha Los aisladores ópticos son dispositivos que bloquean el paso de una o más longitudes de onda a lo largo de una guía de onda, en una o ambas direcciones. Se utilizan para suprimir la retroreflexión, diafonía y/o bandas de longitud de onda no deseada (por ejemplo longitudes de onda de bombeo). Un circulador es un dispositivo de puerto N el cual enruta la entrada de luz en el puerto ¡ al puerto (i + 1 ) con entrada al puerto N "envuelto alrededor" al puerto 1 y con frecuencia se utiliza junto con dispositivos ópticos con una salida que surge del puerto de entrada (por ejemplo ciertas modalidades de líneas de retraso óptico, compensadores de dispersión y enrutadores lambda). Las figuras 29A y 29B-29C muestran esquemas de una modalidad de aislador basado en BSG y un circulador de guía de onda acoplado de 4 puertos, respectivamente. Ambos aisladores y circuladores utilizan algún medio de subvertir la simetría de tiempo inverso: es decir, la luz que se aproxima al dispositivo desde una dirección se trata de manera diferente a la luz que se aproxima desde la dirección opuesta. Esto se obtiene típicamente utilizando materiales magnetoópticos y/u ópticamente activos (tal como un rotador Faraday) junto con elementos birrefringentes y/o polarizantes. Por ejemplo, la figura 29A muestra un aislador en el cual, la radiación que entra desde la izquierda pasa a través de un polarizador, y después a través de un rotador Faraday que hace girar la polarización en 45 grados, la cual pasa a través de un segundo polarizador. La radiación que entra desde la izquierda se polariza, se hace girar por el rotador y después se bloquea por el segundo polarizador. La figura 29B muestra un ejemplo de un circulador, en el cual la radiación que entra desde la derecha en el puerto 1 se hace girar por el rotador (por ejemplo 45 grados) se refleja de regreso desde el puerto 3, se hace girar nuevamente y pasa a través del divisor al puerto 2. La figura 29C muestra un ejemplo de un rotador que se puede utilizar con el aparato anterior o con otros aparatos. La radiación entra desde la izquierda sobre la guía de onda superior, se acopla a la guía de onda inferior por un acoplador BSG en presencia de un material Faraday y por lo tanto también se hace girar en polarización. Las superrejillas, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se pueden combinar con materiales magnetoópticos y/o elementos polarizantes para producir aisladores y circuladores que ofrecen una operación selectiva de longitud de onda sobre canales preseleccionados, o sobre una o varias bandas amplias de longitudes de onda. Materiales de separación de banda fotónicos BSG Un avance importante en la teoría óptica en las últimas décadas es el concepto de la separación de banda fotónica (PBG). La toma de conciencia de que la modulación periódica bidimensional o tridimensional de un índice de refracción de un material puede generar intervalos de longitud de onda ópticos en los cuales no se puede propagar la luz sin importar la dirección, ha demostrado ser fructífero en su aplicación. Las aplicaciones incluyen láseres de micro-punto, vueltas abruptas de guía de onda, filtros ópticos con Q elevada y acopladores ópticos selectivos de longitud de onda. No obstante, la PBG es esencialmente una extensión bidimensional o tridimensional de la rejilla Bragg. El concepto de BSG, como una extensión de la rejilla Bragg dentro del espacio de longitud de onda se puede combinar con la PBG para crear un conjunto completamente nuevo de materiales ópticos. Una característica altamente ventajosa de los materiales BSG-PBG bien puede ser su separación de los contrastes de índice de refracción elevados necesarios por los materiales PBG convencionales. Constituido como una retícula periódica de características de índice de refracción, las PBG convencionales muestran periodicidad diferente en direcciones diferentes. Por lo tanto, cada dirección está caracterizada por una rejilla Bragg efectiva diferente, y cada una a su vez está asociada con una separación de banda particular - una gama de longitudes de ondas prohibidas de propagación en esa dirección como consecuencia de la rejilla. La anchura de esta separación de longitud de onda es directamente proporcional a la fuerza de la rejilla efectiva, que a su vez corresponde al contraste de índice de refracción de las PBG. No obstante, para prohibir la propagación para una longitud de onda particular para todas direcciones, y de esta manera conformar la separación de banda "completa" la cual define la PBG, la totalidad de las separaciones de longitud de onda individuales deben superponerse a la longitud de onda en cuestión, y de esta manera, como lo saben aquellos expertos en la técnica, se impone un contraste de índice de refracción mínimo para la PBG. Las figuras 37A - 37B muestran (figura 37 A) una distribución hexagonal de puntos que representan regiones de índice de refracción diferentes. La figura 37B muestra un hexágono correspondiente en el espacio de número de onda. Aquellos expertos en la técnica tendrán conocimiento de que los materiales habituales que muestran el efecto de PBG tienen una distribución geométrica regular que produce un contorno en el espacio de número de onda. Por ejemplo, en la figura 37B, la distribución hexagonal de los puntos en la figura 37A se refleja en un hexágono en el espacio k. Con el fin de suprimir la propagación de radiación (de cierta longitud de onda representada por el círculo con líneas discontinuas) en todas direcciones, por lo tanto, el espesor del hexágono en el espacio k debe ser tal que el círculo que representa la longitud de onda relevante se pueda inscribir dentro del hexágono de separación de banda. Este requerimiento impone un requerimiento de una supresión de separación de banda no necesaria. Por ejemplo, las regiones en las esquinas exteriores del hexágono en la figura 37B no son necesarias, dado que la línea discontinua está en las esquinas interiores. De manera similar, las regiones en los centros de los lados no son necesarios debido a que la línea discontinua se encuentra en el borde exterior en dicha área. A diferencia de las PBG convencionales, las BSG no se limitan a una retícula periódica y su variación direccional implicada en la periodicidad. En vez de esto, una BSG bidimensional o tridimensional se puede diseñar para que muestre una banda casi arbitraria de periodicidad efectiva en cualquier dirección. Esto corresponde directamente a un control de la BSG unidimensional sobre su espectro de difracción. Esta libertad de diseño elimina el hecho de confiar en el contraste del índice de refracción de la rejilla para engrosar las separaciones de banda individuales hasta que se superponen. En vez de esto, el patrón de cambio de índice se puede ajustar geométricamente para reforzar los patrones de índice de refracción de las separaciones de banda que provocan superposición en el primer lugar. Cualquier fuerza adicional proporcionada por el contraste de índice disponible después se puede aplicar para someter más longitudes de onda al efecto de las PBG. Las figuras 38A a 38B muestran una distribución no periódica de pixeles (figura 38A) que proporcionan la supresión de transmisión en un intervalo de longitud de onda particular en cualquier dirección, en un uso más económico de recursos. La dependencia angular del patrón de pixeles se establece de manera que la línea discontinua (la misma línea discontinua que en las figuras 37A - 37B) se une por un margen uniforme más pequeño. Si se desea, el margen en la figura 38B se puede incrementar para cubrir un intervalo de longitud de onda mayor. De esta manera, para una técnica dada de modulación de índice (por ejemplo implantación de ión), un material BSG-PBG puede excluir un intervalo de longitud de onda más grande en comparación con los materiales PBG convencionales. Además, los materiales nuevos de acuerdo con la invención pueden excluir, en la misma área, radiación en un primer intervalo de longitud de onda y manipular la radiación en uno o más intervalos de longitud de onda diferentes - por ejemplo, excluyendo la radiación de bombeo mientras desvían, enfocan, etc., radiación en una banda de longitud de onda generada. La reducción notable en el contraste de índice de refracción necesario proporcionado por la síntesis de las BSG-PBG en realidad puede resolver un reto práctico mayor en la fabricación de PBG. No obstante, esta reducción tiene cierto costo: una rejilla de contraste menor también implica una longitud de interacción requerida más grande a través de la cual la rejilla afecta a la luz. Esto también es válido para la PBG, no obstante, y aunque el efecto puede ser una consideración importante para ciertas aplicaciones, se puede mitigar, superar o incluso se puede demostrar que es benéfico para muchas otras. La BSG puede hacer más que simplemente mejorar la materialización de la implementación de PBG. Por ejemplo, la BSG habilita materiales que muestran varias separaciones de banda fotónica, que provienen directamente de la capacidad de emular varias rejillas superpuestas las cuales inspiran nuestras primeras exploraciones. Tales materiales pueden ser útiles en muchas aplicaciones, principalmente aquellas que utilizan varias longitudes de onda ópticas, tales como sistemas con longitudes de onda separadas tanto de bombeo como de señal, así como convertidores de longitud de onda. De manera más general, la BSG permite un control completo sobre la estructura de banda óptica, que incluye la anchura y la posición de las separaciones de banda así como la densidad óptica de los estados y la relación de dispersión. ¦ La figura 39 muestra una sección transversal de una celda solar de alta eficiencia u otro fotodetector utilizando un material PBG, de acuerdo con la invención. El sustrato 39-10 es un material convencional que muestra el efecto fotoeléctrico, por ejemplo silicio. La capa 39-20 es un material que habitualmente permite la propagación de la luz de la longitud de onda relevante. De acuerdo con la invención, se ha impreso un patrón BSG-PBG sobre el material 39-20, de manera que se suprime la propagación en la dirección transversal indicada por la flecha 39-17. La radiación que de otra manera se propagaría transversalmente después se dispersa por el patrón BSG-PBG y se desplaza hacia arriba de manera preferencial dispersándose con un componente vertical (por ejemplo, de acuerdo con la flecha 39-15). De esta manera se absorbe una fracción mayor de radiación incidente por el material fotoeléctrico 39-10. La figura 40 muestra una distribución de material PBG 40.1 distribuido en un patrón habitual. Dos puntos del patrón, 40-2 se han retirado, estableciendo un par de láseres de micropunto (la radiación de bombeo convencional se omite por claridad). Dado que se pueden distribuir muchos láseres de micropunto según se desee en cualquier distribución geométrica que se desee. La figura 41 muestra una vista superior de un material BSG-PBG 41- 5 que excluye radiación en un intervalo de longitud de onda relevante. El patrón BSG no se extiende a la guía de onda 41-10, la cual por lo tanto permite el pasaje de radiación en dicho intervalo de longitud de onda. Una curva que tiene un radio de curvatura R, menor que el límite convencional, al que se hace referencia como valor de referencia, se ha formado en la guía de onda. Aquellos expertos en la técnica tendrán conocimiento de que un material convencional puede tener una cantidad excesiva de dispersión cuando pasa a través de una curva con un radio de curvatura menor que el valor de referencia. El material BSG-PBG permite la formación de una guía de onda con pérdidas reducidas. La figura 42 ¡lustra un par de guías de onda 42-10 y 42-12 formadas en un material 42-5 BSG-PBG. Como una característica opcional, el área 42-25 entre las dos guías de onda se ha proporcionado con un material 42- 25 BSG-PBG que tiene una longitud de atenuación más grande a la longitud de onda que es transmitida por las guías de onda 42-10 y 42-12. De esta manera se facilita el acoplamiento entre las guías de onda. El material diferente no es necesario, y se puede utilizar el mismo material, con una separación apropiada entre las guías de onda (o el material BSG-PBG puede omitirse entre las guías de onda). Como una opción adicional, el suministro general de PBG puede ser suministrado y se puede colocar una PBG entre las guías de onda 42-10 y 42-12. El material entre las dos guías de onda se puede fabricar para permitir el acoplamiento entre las guías de onda, por ejemplo al estructurar el patrón de PBG de manera tal que no se permite la propagación paralela a las guías de onda, pero que permita la propagación (es decir, el acoplamiento) entre las guías de onda. Lo anterior es un ejemplo de un material PBG direccional que significa un material que tiene un patrón de pixel que suprime la propagación dentro de una banda de longitud de onda en direcciones seleccionadas. La figura 43 ilustra una vista superior de una unidad que utiliza un efecto no lineal. El rectángulo 43-05 representa un área de un material que muestra un efecto no lineal y que también sea impreso con un patrón PBG que suprime la propagación en longitudes de onda ?-?, ?2 y ?3. En el ejemplo que se ilustra, ?? y K2 son longitudes de onda de bombeo, que se propagan a lo largo de guías de onda 43-10 y 43-15, respectivamente, y ?3 es la longitud de onda de salida de la interacción no lineal relevante, que se propaga a lo largo de la guía de onda 43-20 de salida. La sección inicial de la guia de onda 43-20 es una guía de onda opcional en este dispositivo que puede ser utilizada, por ejemplo, para suministrar radiación de entrada en K3 a lo cual se agregará el resultado de la interacción no lineal. La radiación en ?? y ?2 se combina en el área de superposición para generar radiación en ?3, como se conoce en la técnica. El patrón de PBG fuera de las guías de onda confina la radiación. Dentro de la sección 43-12 de la guía de onda 43-20, un patrón 43.26 de pixel enfoca la radiación de salida a un punto, como se muestra. La sección 43-25 de la guía de onda 43-20 refleja la radiación en la longitud de onda de salida, de manera que se dirige según se requiere (hacia arriba en el dibujo) y no se desperdicia. Si se desea, o si se requiere por recursos limitados, el patrón de la PBG a la izquierda, indicado por 43-07, se puede ajustar para confinar la radiación de ?? y el patrón de la derecha, indicado por 43-06, se puede establecer para confinar la radiación de ?2, en donde la radiación ?3 se confina únicamente por el patrón en el área 43-12. De esta manera, las capacidades (limitadas) del patrón PBG se puede revertir para uso únicamente cuando se requiere. Debe entenderse que la descripción precedente es únicamente ilustrativa de la invención. Varias alternativas y modificaciones se pueden diseñar por aquellos expertos en la técnica sin apartarse de la invención. En consecuencia, la presente invención se pretende que abarque la totalidad de tales alternativas, modificaciones y variaciones las cuales se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Un dispositivo óptico que comprende por lo menos dos guías de onda en por lo menos una capa de propagación de material de rejilla, la primera de las guías de onda está adaptada para transportar radiación de entrada desde un primer puerto de entrada a radiación de salida que sale desde un primer puerto de salida, y la segunda de las guías de onda transporta radiación de entrada desde un segundo puerto de entrada a radiación de salida que sale desde un segundo puerto de salida, y una superrejilla (binaria) unidimensional o bidimensional en una capa de modulación de material de rejilla para acoplar la radiación de entrada que se propaga desde uno del primero y segundo puertos de entrada a lo largo de una guía de onda correspondiente a la otra de la primera y segunda guías de onda. 2. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensional acopla radiación que entra en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección a la segunda guía de onda que se desplaza en una segunda dirección sustancialmente paralela a la primera dirección. 3. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensional acopla radiación de entrada en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección la segunda guía de onda, desplazándose en una segunda dirección sustancialmente opuesta a la primera dirección. 4. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la primera y segunda guías de onda son simétricas y la superrejilla unidimensional o bidimensional comprende una porción central entre la primera y segunda guías de onda que tienen un primer patrón de valores alto y bajo de índice de refracción y una primera y segunda porciones externas que tienen un segundo patrón de valores alto y bajo de índice de refracción que tienen el sentido opuesto al primer patrón, por lo que la superrejilla unidimensional o bidimensional suprime el reflejo de regreso en la primera y segunda guías de onda. 5. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la superrejilla bidimensional comprende una distribución de medios controlables, que responden a un conjunto de señales de control, para alterar el valor de índice de refracción modal en pixeles correspondientes en la distribución, en por lo menos dos modos que incluyen un primer modo en el cual el dispositivo acopla radiación de entrada en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección a la segunda guía de onda que se desplaza en una segunda dirección sustancialmente paralela a la primera dirección, y un segundo modo en el cual el dispositivo acopla radiación de entrada en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección a una segunda guía de onda que se desplaza en una segunda dirección sustancialmente opuesta a la primera dirección. 6. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensional comprende una distribución de medios controlables que responden a un conjunto de señales de control que están adaptadas para conmutar radiación de cualquiera de N longitudes de onda diferentes entre la primera y segunda guías de onda en el primero y segundo modos, en respuesta a los valores correspondientes de la señal de control, por lo que el dispositivo puede ser controlado para que pase radiación en cualquiera de una de N longitudes de onda desde cualquiera de los puertos de entrada a cualquiera de los puertos de salida y de esta manera formar un acoplador 2x2 de superrejilla que depende de la longitud de onda. 7. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensional comprende una distribución de medios controlables, que responden a un conjunto de señales de control, para alterar el índice de valor de refracción en los pixeles correspondientes en la distribución, en por lo menos dos modos que incluyen un primer modo en el cual el dispositivo acopla radiación de entrada en la primera guía de onda a la segunda guía de onda, y un segundo modo en el cual el dispositivo acopla la radiación de entrada en la segunda guía de onda a la primera guía de onda. 8. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensional comprende una distribución de un medio controlable que responde a un conjunto de señales de control que están adaptadas para cambiar la radiación de cualquiera de N longitudes de onda diferentes entre la primera y segunda guía de onda en el primero y segundo modos, en respuesta a valores correspondientes de la señal de control por lo que el dispositivo se puede controlar para hacer pasar radiación en cualquiera de N longitudes de onda desde cualquiera de los puertos de entrada a cualquiera de los puertos de salida, y de esta manera formar un acoplador 2x2 de superrejilla dependiente de longitud de onda. 9.- Un sistema NxM para dirigir de manera controlable la radiación de una longitud de onda seleccionada desde cualquiera de N puertos de entrada a cualquiera de M puertos de salida, que comprende un conjunto de acopladores de superrejilla dependientes de longitud de onda distribuidos para aceptar radiación que entra en un intervalo de longitud de onda de entrada y para acoplar radiación que entra en cualquiera de los N puertos de entrada a cualquiera de los M puertos de salida, que comprende una primera hilera de N/2 acopladores de entrada, una hilera final de M/2 acopladores y un conjunto de acopladores de mezclado intermedios que acoplan radiación desde uno o más acopladores en una hilera precedente a uno o más acopladores en la siguiente hilera. 10.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la superrejilla unidimensional o bidimensíonal comprende una distribución de un medio controlable que responde a un conjunto de señales de control que están adaptadas para cambiar radiación de cualquiera de N longitudes de onda diferentes entre la primera y segunda guías de onda en respuesta a valores correspondientes de la señal de control, por lo que el dispositivo puede ser controlado para pasar radiación en cualquiera de las N longitudes de onda desde cualquiera de los puertos de entrada a cualquiera de los puertos de salida, y de esta manera formar un acoplador de barra transversal de superrejilla dependiente de la longitud de onda. 11.- Un dispositivo para recibir radiación óptica de N longitudes de onda de entrada y dividirla en N canales físicamente separados, que comprende: un canal de entrada, un conjunto de acopladores de superrejilla dependientes de longitud de onda conectados en serie al canal de entrada, cada uno del conjunto de acopladores está adaptado para acoplar radiación en una banda de radiación desde el canal de entrada a un canal de salida. 12.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque cada uno de los acopladores procesa uno solo de los canales N de radiación. 13. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque al menos parte de los acopladores procesan una gama de canales de radiación y los acopladores siguientes completan el proceso de separación de cada uno de los N canales. 14. - Un dispositivo para recibir radiación óptica de N longitudes de onda de entrada y dividirla en N canales físicamente separados, que comprende: un canal de entrada, una superrejilla dependiente de longitud de onda bidimensional adaptada para reflejar radiación de longitudes de onda diferentes y dirigir la radiación desviada hacia un conjunto de canales de salida. 15.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la superrejilla dependiente de longitud de onda unidimensional o bidimensional desvía la radiación alejándola de la dirección de entrada de desplazamiento en ángulos que dependen de la longitud de onda y enfoca dicha radiación en un conjunto de guías de onda para cada canal de longitud de onda. 16. - Un dispositivo para procesar radiación óptica en un conjunto de longitudes de onda que comprende un conjunto de guías de onda que tiene por lo menos un puerto de entrada y por lo menos un puerto de salida, en el cual un haz de entrada de radiación que se desplaza sobre una guía de onda de entrada pasa a través de por lo menos una longitud de onda dependiente del acoplador de superrejilla que acopla una banda de longitud de onda seleccionada dentro o fuera de la guía de onda de entrada, de manera que el haz óptico remanente en la guía de onda de entrada tiene un intervalo de longitud de onda que se ha agregado a, o que se ha restado por la banda de longitud de onda seleccionada. 17. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el acoplador de supercompuerta dependiente de longitud de onda agrega radiación desde un segundo puerto de entrada al haz de entrada. 18. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el acoplador de superrejilla dependiente de longitud de onda sustrae o resta radiación en un intervalo de sustracción de longitud de onda del haz de entrada. 19. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque se conectan en serie por lo menos dos acopladores de superrejilla, con un primer acoplador de superrejilla que controla un primer intervalo de longitud de onda, y un segundo acoplador de superrejilla que controla un segundo intervalo de longitud de onda. 20. - Un dispositivo para monitorear la fuerza de radiación en una guía de onda, que comprende: una guía de onda de entrada que contiene radiación en un intervalo de longitud de onda seleccionado; y una longitud de onda que depende del acoplador de superrejilla dependiente que intersepta la radiación y que desvía una porción de la radiación fuera de la guía de onda y sobre un medidor de radiación que responde a la energía de radiación que incide sobre el mismo, por lo que la magnitud de la radiación desviada es una medida de la magnitud de radiación que se desplaza en la guía de onda. 21 - Un dispositivo óptico para alterar el espectro de energía que entra de un haz que entran y convertir el haz que entra en un haz que sale que tiene un espectro de energía que sale, que comprende: un conjunto de N módulos de separación de energía sensibles a la longitud de onda controlables para extraer una cantidad controlable de energía en un intervalo de longitud de onda desde el haz que entra, por lo que el espectro de energía que entra se convierte al espectro de energía que sale al restar la energía de los intervalos de longitud de onda seleccionados. 22. - Un amplificador óptico que comprende un medio de ganancia para recibir un haz de entrada que tiene un espectro de energía de entrada e incrementar la energía del mismo, por lo que se forma un haz de salida que tiene un espectro de energía de salida; que comprende una unidad de control de energía para eliminar una cantidad controlable de energía en por lo menos un intervalo de longitud de onda desde el haz que entra, por lo que el espectro de energía de entrada se puede ajustar de manera que el espectro de energía de salida tiene un perfil deseado. 23. - Una distribución de guías de onda distribuidas en un emparrillado que comprende un conjunto de guías de onda de entrada para recibir unidades multiplexadas que comprenden por lo menos una longitud de onda que cruza un conjunto de guías de onda de salida, cada una de las guías de onda de entrada tiene una serie de acopladores de superrejilla dependientes de la longitud de onda en donde cada una acopla radiación de un intervalo de longitud de onda de salida seleccionado a una guía de onda de salida correspondiente, por lo que la radiación que entra con un número de longitudes de onda sobre las guías de onda de entrada se clasifica en un conjunto de guías de onda de salida, cada una tiene un intervalo de longitud de onda de salida. 24. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque por lo menos parte de los intervalos de longitud de onda de salida cubren un canal de longitud de una onda único. 25. - Un dispositivo óptico para recibir un haz de entrada que tiene un espectro de retraso de grupo dependiente de longitud de onda de entrada y aplicar un espectro de retraso de grupo de compensación, por lo que se genera un haz de salida, dicho dispositivo comprende: un puerto de entrada para recibir el haz de entrada; por lo menos una supercompuerta dependiente de la longitud de onda para imponer un retraso dependiente de la longitud de onda de compensación sobre la radiación que se desplaza a través del mismo; y un puerto de salida. 26. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el puerto de entrada se conecta a un circulador óptico que acopla radiación de entrada a una superrejilla reflejante que refleja radiación de regreso dentro del circulador con el retraso dependiente de longitud de onda impreso sobre el mismo. 27. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el puerto de entrada es un primer extremo de una primera guía de onda que tiene una superrejilla transmisora que pasa radiación a través de la misma y un segundo extremo de la primera guía de onda con un retraso dependiente de la longitud de onda impreso sobre el mismo. 28. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el puerto de entrada se conecta a una superrejilla reflejante que acopla radiación de entrada en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección a una segunda guía de onda y que se desplaza en una segunda dirección sustancialmente opuesta a la primera dirección con el retraso dependiente de longitud de onda impreso sobre el mismo. 29. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el puerto de entrada se conecta a una superrejilla transmisora que acopla radiación de entrada en la primera guía de onda que se desplaza en una primera dirección a una segunda guía de onda que se desplaza en una segunda dirección sustancialmente paralela a la primera dirección con un retraso dependiente de la longitud de onda impreso sobre el mismo. 30. - Un dispositivo óptico que comprende un puerto de entrada para recibir radiación incidente y dirigir la radiación sobre una distribución de pixeles que comprende una superrejilla, cada pixel tiene un índice de refracción modal que se selecciona de un conjunto de valores de índice, la distribución de pixeles procesa de manera colectiva la radiación incidente y dirige por lo menos un haz de radiación de salida a por lo menos un puerto de salida, en el cual por lo menos parte de la distribución de pixeles se conecta a un medio de control para ajusfar controlablemente el valor del índice de refracción modal de los pixeles correspondientes en respuesta a una señal de control, de manera que el proceso aplicado a la radiación incidente se puede determinar por las señales de control aplicadas al medio de control. 31. - Un láser que comprende un medio de ganancia, un medio de bombeo para establecer una inversión en el medio de ganancia y un medio para resonar radiación óptica en el medio de ganancia, en el cual: el medio para radiación resonante en el medio de ganancia comprende por lo menos un arreglo de pixeles que comprende una superrejilla, cada pixel tiene un índice modal de refracción que se selecciona de un conjunto de valores de índice, el arreglo de pixeles procesa colectivamente la radiación incidente, en el cual por lo menos parte del arreglo de pixeles se conecta a un medio de control para ajustar controlablemente el valor de índice de refracción de los pixeles correspondientes en respuesta a una señal de control, de manera que el proceso aplicado a la radiación incidente se puede determinar por las señales de control aplicadas al medio de control. 32. - El láser de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque la superrejilla resuena radiación en por lo menos dos intervalos de longitud de onda con una pérdida respectiva establecida por las señales de control, por lo que se establece un espectro de energía determinado por las señales de control. 33. - El láser de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque la superrejilla se localiza fuera del medio de ganancia. 34. - El láser de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque la superrejilla se localiza dentro del medio de ganancia. 35. - El láser de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque la superrejilla se localiza dentro del medio de ganancia y la superrejilla dirige radiación de longitudes de onda diferentes a lo largo de trayectorias diferentes a través del medio de ganancia, por lo que se establece una longitud dependiente de la longitud de onda a través del resonador. 36. - Un dispositivo para recibir radiación óptica de por lo menos dos longitudes de onda de entrada sobre por lo menos uno de los canales separados físicamente y combinarla en un canal de salida único, dicho dispositivo comprende: por lo menos dos canales de entrada; una superrejilla dependiente de longitud de onda unidimensional o bidimensional adaptada para reflejar radiación de longitudes de onda diferentes y dirigir la radiación desviada hacia el canal de salida. 37. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque la superrejilla dependiente de longitud de onda unidimensional o bidimensional desvía la radiación alejándola de las direcciones de entrada de desplazamiento en ángulos que dependen de la longitud de onda y enfoca dicha radiación dentro de la guía de onda para el canal de longitud de onda de salida. 38.- Un dispositivo óptico que comprende un puerto de entrada y por lo menos un puerto de salida conectado por un medio óptico asimétrico que tiene una atenuación diferente en direcciones opuestas y que comprende además una superrejilla que acopla radiación dentro de una banda de paso desde el puerto de entrada al puerto de salida. 39. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque la superrejilla acopla radiación que se desplaza en una primera dirección desde una primera guía de onda a radiación que se desplaza en la primera dirección en una segunda guía de onda. 40. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque la superrejilla acopla radiación que se desplaza en una primera dirección en una guía de onda de entrada a radiación que se desplaza en una segunda dirección opuesta a la primera dirección en una guía de onda de salida. 41. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque la guía de onda de entrada y la guía de onda de salida son las mismas. 42. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque la guía de onda de entrada y la guía de onda de salida están físicamente separadas. 43. - Un dispositivo óptico que comprende por lo menos un puerto de entrada y por lo menos un puerto de salida conectados por un medio óptico asimétrico que tiene atenuación diferente en direcciones opuestas, que comprende además una superrejilla que acopla radiación dentro de una banda de paso desde un puerto de entrada al siguiente puerto en secuencia. 44. - Un dispositivo óptico que comprende un puerto de entrada y un puerto de salida colocados a lo largo de un eje óptico y conectados por una superrejilla que acopla radiación dentro de una banda de paso desde el puerto de entrada al puerto de salida, que comprende además un conjunto de pixeles laterales que se extienden en dos direcciones laterales que representan un perfil analógico que forma un conjunto de diseño de frentes de onda. 45. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado además porque el conjunto de pixeles de la superrejilla son controlados por un medio controlable, que responde a un conjunto de señales de control, para alterar el valor de índice de refracción en los pixeles correspondientes en la distribución. 46. - Un dispositivo óptico tridimensional que comprende por lo menos una guía de onda en una primera capa de propagación de material de rejilla para transportar radiación de entrada desde un primer puerto de entrada a radiación de salida que sale desde un primer puerto de salida, y una superrejilla bidimensional en una capa de modulación del material de rejilla para acoplar la radiación de entrada que se propaga desde el primer puerto fuera de la primera capa de propagación a por lo menos otra capa de propagación colocada a lo largo de un tercer eje dimensional en un lugar diferente desde la primera capa de propagación y que tiene pixeles cuantificados formados en el mismo por procesamiento de la radiación; y un medio para dirigir radiación procesada hacia el primer puerto de salida. 47. - Un material que comprende una capa de material que se propaga ópticamente en un plano de referencia que transmita radiación en un intervalo de longitud de onda, el material está impreso con un patrón de cambio de índice de refracción de manera que la propagación en el plano de referencia se suprime, el patrón de cambio de índice de refracción está digitalizado desde un índice analógico de perfil de refracción. 48.- El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque el patrón de cambio de índice de refracción se modifica para permitir la propagación de radiación en el intervalo de longitud de onda dentro de un área limitada y en una dirección limitada. 49.- El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque se coloca sobre un sustrato de material fotoeléctrico, por lo que la propagación de radiación que incide sobre el material fotoeléctrico se facilita en comparación con la propagación de radiación que no incide sobre el material fotoeléctrico. 50.- El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque es capaz de acción láser con una longitud de onda láser y tiene por lo menos un área localizada que permite la propagación de radiación y la longitud de onda láser, por lo que la emisión estimulada en ia longitud de onda láser se confina resonar dentro del área localizada. 51.- El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque contiene una guía de onda que, dentro de la cual está ausente un cambio en el patrón de índice de refracción, de manera tal que la radiación se propaga dentro de las guías de onda, material en el cual la guía de onda sigue una curva que tiene un radio de curvatura menor que el valor de referencia. 52. - El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque contiene dos guías de onda con una región de separación entre ellas, la región de separación tiene la capacidad de propagar radiación dentro de por lo menos una longitud de atenuación. 53. - El material de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado además porque la región de separación tiene un patrón de cambio de índice de refracción que permite la propagación con una longitud de atenuación mayor que la separación entre las guías de onda. 54. - El material de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque el material soporta una interacción no lineal entre dos longitudes de onda de entrada que genera radiación de una longitud de onda de entrada y el cambio de patrón de índice de refracción suprime la propagación de las dos longitudes de onda de entrada y la longitud de onda de salida; y se forma por lo menos una guía de onda en el material para la propagación de las longitudes de onda de entrada y de salida. 55. - Un método para formar una superrejilla bidimensional en una capa de modulación de un material de rejilla para convertir radiación de entrada que se propaga desde una fuente de entrada a través de una capa de propagación de material de rejilla a radiación de salida que sale de la rejilla en por lo menos una trayectoria de salida, el método comprende las etapas de: generar un perfil de índice de la refracción analógico bidimensional en la capa de modulación que implementa una función de transferencia en relación a campos electromagnéticos característicos de la radiación de entrada y la radiación de salida; digitalizar el perfil de índice de refracción analógico para generar un arreglo de pixeles en la capa de modulación que tienen valores digitalizados de índice de refracción mediante la utilización de una técnica bidimensional que conserva la información de Fourier dentro de una o más regiones de la representación de frecuencia espacial bidimensional del perfil de índice de refracción analógico bidimensional; e imponer el arreglo de pixeles que representan el perfil de índice de refracción digitalizado sobre la capa de modulación. 56. - El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque comprende las etapas de seleccionar una retícula de muestreo bidimensional de pixeles de retícula; establecer una longitud y anchura totales del dispositivo; en el cual la etapa de digitalización incluye establecer un valor para el índice de refracción en cada pixel de retícula de la retícula de muestreado total. 57. - El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque la etapa de digitalización incluye calcular un perfil de índice muestreado intermediario en donde el valor en cada punto de muestra del perfil de índice muestreado es igual al valor para el índice de refracción del perfil de índice de refracción analógico en un punto correspondiente en la retícula de muestreado. 58. - El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque la etapa de: convertir las especificaciones de reflectancia de la función de transferencia al dominio de Fourier; especificar parámetros de rejilla en el dominio de Fourier; y convertir los parámetros de rejilla al dominio espacial, por lo que se determina el perfil analógico en el dominio espacial. 59. - El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque comprende especificar fases de componentes del perfil de índice de refracción analógico de manera tal que se minimice el valor máximo del índice de refracción del perfil de índice de refracción analógico. 60. - Un método para formar una superrejilla unidimensional efectiva en una capa de modulación de material de rejilla para convertir la radiación de entrada que se propaga a lo largo de un eje desde una fuente de entrada a través de una capa de propagación de material de rejilla a radiación de salida que sale de la rejilla sobre el eje, el método comprende las etapas de: generar un perfil de índice de refracción analógico bidimensional en la capa de modulación que implementa una función de transferencia en relación a los campos electromagnéticos característicos de la radiación de entrada y la radiación de salida; digitalizar el perfil de índice de refracción analógico para generar una distribución de pixeles en la capa de modulación que tienen valores de índice de refracción digitalizados mediante la utilización de una técnica bidimensional que mantiene los componentes de Fourier dentro de una o más de las regiones de la representación de frecuencia espacial bidimensional del perfil de índice de refracción analógico tridimensional; e imponer el arreglo de pixeles que representan el perfil de índice de refracción digitalizado sobre una porción de la capa de modulación que se extiende lateralmente desde el eje por una distancia lateral. 61.- Un método para formar una superrejilla tridimensional en un volumen de modulación de material de rejilla para convertir la radiación de entrada que se propaga desde una fuente de entrada a través del material de rejilla a radiación de salida que sale de la rejilla sobre por lo menos una trayectoria de salida, el método que comprende las etapas de: generar un perfil de índice de refracción analógico tridimensional en el volumen de modulación que implementa una función de transferencia en relación a los campos electromagnéticos característicos de la radiación de entrada y la radiación de salida; digitalizar el perfil de índice de refracción analógico para generar una distribución de pixeles en la capa de modulación que tienen valores de índice de refracción digitalizados mediante la utilización de una técnica tridimensional que conserva la información de Fourier dentro de una o más de las regiones de la representación de frecuencia espacial tridimensional del perfil de índice de refracción analógico bidimensional; e imponer la distribución de pixeles que representan el perfil de índice de refracción digitalizado sobre la capa de modulación. 62.- Un método para formar una superrejilla unidimensional, bidimensional o tridimensional en una capa de modulación de material de rejilla para convertir la radiación de entrada que se propaga desde una fuente de entrada a través de una capa de propagación del material de rejilla a radiación de salida que sale de la rejilla sobre por lo menos una trayectoria de salida, el método que comprende las etapas de: generar un perfil p de índice de refracción analógico unidimensional en la capa de modulación que implementa una función de transferencia en relación a los campos electromagnéticos característicos de la radiación de entrada y la radiación de salida; generar una función H de filtro que selecciona los intervalos de frecuencia espacial en los cuales se conserva la información espectral y asignar ponderaciones a las mismas; resolver el problema de optimización representado por: en donde X es un vector que contiene los valores de índice de refracción de las superrejillas binarias, V es un vector de los multiplicadores de Lagrange, L determina el tipo de norma para la optimización y n aj0 y naito> son los valores de índice de refracción bajo y alto de las superrejillas binarias, respectivamente; por lo que se calcula el perfil de índice de refracción de superrejilla binaria, X, en la capa de modulación que convierte la radiación de entrada en radiación de salida; e imponer la distribución de pixeles que representan el perfil de índice de refracción digitalizado sobre la capa de modulación, por lo que la radiación de entrada se convierte a radiación de salida.