MODULACION OPTICA

Resumen

El presente trabajo aborda una revisión de la modulación termo-óptica aplicada a un interferómetro de Michelson en el cual la luz incidente se separa en la entrada en dos haces y se vuelve a combinar a la salida. Se colocó fuego en uno de los brazos del interferómetro utilizando la dependencia de temperatura que tiene el índice de refracción en materiales termo-ópticos, expresada como el coeficiente Termo-Óptico para realizar dichos procesos. El haz resultante se hizo incidir sobre una fotorresistencia que forma parte de un circuito repetidor de frecuencia, con lo cual un diodo led a la salida del circuito oscila debido a la modificación que sufre el patrón de interferencia derivado del interferómetro.

Introducción.

Los moduladores ópticos desempeñan un papel extremamente importante en la comunicación óptica, ya que las señales de información no siempre pueden ser transmitidas de manera directa por lo que debemos someterlas a un proceso de cambio que se conoce como “modulación” para una adecuada transmisión [1].

El circuito óptico más común de un modulador consiste en la combinación de un interferómetro de Mach-Zehnder con control de la temperatura en la región de la guía en canal con un electrodo metálico resistivo aplicado en uno o en ambos brazos del interferómetro, y que permite generar una diferencia de fase entre los caminos ópticos [2-6].

La literatura reporta un concepto de dispositivo que se propone para la modulación de la luz en los dispositivos de cristal fotónico a base de silicio mediante el uso de modulación de alta temperatura de un dispositivo compacto para variar la posición de la frecuencia de corte en una guía de ondas de cristal fotónico y modular la luz [7], además de una serie de termo-ópticos dispositivos moduladores de fase de baja potencia fabricados en material de SIMOX adecuado para su uso en la detección distribuida o como atenuadores ópticos variables [8].

La técnica de modulación termo-óptico ha sido recientemente desarrollado y demostrado con éxito por ejemplo para su uso en de detección de grietas de fatiga en las muestras de aluminio [9]

Por otro lado el efecto termo-óptico tiene lugar en el control activo de banda prohibida plasmónica en una losa de cristal fotónico metálico y en la actualidad, con el uso de equipos que realizan conmutación óptica, mediante este efecto, se alcanzan velocidades de conmutación que varían en un rango de entre centenas de μ seg a varios mseg. Estos dispositivos consisten básicamente en emplear calor para activar el mecanismo de conmutación [10-11].

En este trabajo se realizó de manera experimental un modulador termo-óptico, con el fin de comprobar y analizar el efecto que tiene dicho modulador sobre un haz de luz resultante de un patrón de interferencia de un interferómetro de Michelson incidente en un detector.

Marco teórico

El efecto termo-óptico es una modulación térmica del índice de refracción de un material. El índice de refracción de un material puede ser modificado como función de su coeficiente termo óptico. Este es un cambio en las propiedades del material producido por un calor de radiación.

Debido a la absorción, el material se calienta y su índice de refracción varía con la temperatura, la modificación del índice es esencialmente debida a la modificación de la densidad del material.

N=n0+δnδT∆T (1)

Donde δn/δT es el coeficiente termo-óptico y es un valor constante (para una cierta longitud de onda) que depende del material sobre el cual se aplique la variación de temperatura.

Cuando las propiedades del material sometido a estos cambios de temperatura son constantes y se conocen se puede calcular en qué medida reacciona este cuerpo a la expansión producida por la radiación de tal modo que existe la posibilidad de obtener ∆n/∆T en el intervalo de medición [12-15].

Experimento.

Un interferómetro de Michelson es utilizado para generar un patrón de interferencia, éste dispositivo consiste básicamente en una fuente láser divergente, la cual, al encontrarse un divisor de haz (portaobjetos), es separada en dos frentes de onda idénticos, propagándose en direcciones perpendiculares. Estos haces se reflejan en segundos espejos planos, volviéndose a recombinar tras el divisor de haz.

El cambio en el patrón debido al efecto termo-óptico se realizó mediante la colocación de fuego en uno de los brazos del interferómetro, entiéndase por brazo al espacio entre el divisor de haz y cada uno de los espejos.

Para hacer notar de manera más fácil la alteración en el patrón de interferencia, el haz resultante del interferómetro se hizo incidir sobre una fotorresistencia perteneciente a un circuito repetidor de frecuencia construido a partir de un amplificador operacional como comparador, que tiene a la salida un diodo led, el cual permite observar a través de su oscilación las variaciones que presentan las franjas luminosas de dicho patrón incidente.

REFERENCIAS:

[1] Martínez Pérez, Bethzabe Yaziriam, “Modulación de coherencia óptica con dispositivos electro-ópticos con aplicaciones en detección de campos eléctricos”, Universidad de las Américas Puebla, 2012.

[2] Paulo Jorge Brandão, “Moreira Óptica Integrada em Tecnologia Sol-Gel Híbrido”, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Dezembro 2005.

[3] F. J. Leonberger, "High-Speed Operation of LiNbO3 Electro-Optic Interferometric Wave-Guide Modulators", Optics Letters, vol. 5, 7, pp. 312-314, 1980.

[4] C. H. Bulmer and W. K. Burns, "Linear Interferometric Modulators in Ti-LiNbO3", Journal of Lightwave Technology, vol. 2, 4, pp. 512-521, 1984.

[5] T. R. Ranganath and S. Wang, "Ti-Diffused LiNbO3 Branched-Waveguide Modulators - Performance and Design", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE 13, 4, pp. 290-295, 1977.

[6] R. G. Walker, "High-Speed III-V Semiconductor Intensity Modulators", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE 27, 3, pp. 654-667, 1991.

[7] Mark T. Tinker and Jeong-Bong Lee, “Thermo-optic photonic crystal light modulator”, American Institute of Physics, 2005.

[8] Stewart A. Clark, “Thermo-Optic Phase Modulators in SIMOX Material”, Bookham Technology Ltd, Abingdon.

[9] Zhongyu Yan, Peter B. Nagy, “Thermo-optical modulation of ultrasonic surface waves for NDE”, Elsevier Science B.V, 2002.

[10] Fanghui Ren,”Thermo-optic modulation of plasmonic bandgap on metallic photonic crystal slab”, Appl. Phys. Lett, 2013.

[11] Ricardo Xavier Llugsi cañar, “estudio de la conmutación por etiqueta óptica”, quito, mayo 2008.

[12] Francisco Guzmán, Eddy García, “Desarrollo experimental de una compuerta óptica inversora basada en nanopartículas de oro”, México D.F., Junio 2012.

[13] Fernando Carreño, Miguel Angel Antón, “Optica física”, Pearson Educación, 2001. Pp. 164.

[14] Álvaro Rosa Escutia, “Desarrollo de una estructura interferométrica multimodo sintonizable mediante efecto termo-óptico en tecnología de fotónica de silicio”, Universidad Politécnica de Valencia.

[15] Cocorullo, G.; Rendina, I. "Thermo-optical modulation at 1.5 mu m in silicon etalon, Jan. 1992, vol.28, no.1, pp.83-85.