Dr. Carlos Rivera, Director Ejecutivo de Waptel
Uno de los bloques básicos de cualquier sistema de comunicaciones es el modulador, cuya funcionalidad puede estar directamente integrada en la fuente o realizarse externamente. En general, los sistemas de comunicaciones ópticas de banda ancha emplean moduladores electro-ópticos externos para mejorar sus prestaciones. Una de las razones es que la modulación directa supone que la información que se desea transmitir, codificada en una señal eléctrica, actúa sobre la fuente directamente, de tal forma que el propio proceso de modulación involucra cambios en el índice de refracción del material activo como consecuencia de las variaciones dinámicas de la densidad de carga y la ganancia, resultando en un ensanchamiento espectral asociado al propio desplazamiento dinámico en la longitud de onda del láser. Este fenómeno se une a otras distorsiones introducidas por los procesos de interacción entre las poblaciones de fotones y electrones que participan en la generación de la señal láser modulada, como las oscilaciones de relajación, y que redundan en limitar la máxima velocidad de transmisión para este esquema de operación. Por otra parte, los moduladores electro-ópticos externos poseen capacidades intrínsecas que los hacen útiles como componentes individuales para desarrollar aplicaciones en diversos campos que incluyen sensores electromagnéticos, osciladores optoelectrónicos, y, en general, sistemas de procesado y computación fotónica avanzados.
Típicamente, los moduladores electro-ópticos se implementan en plataformas integradas para incrementar la interacción de la luz con el medio activo. Esta integración favorece, al mismo tiempo, el diseño de estructuras y circuitos más complejos con funcionalidad añadida. Sin embargo, el propio diseño práctico de las guías de onda y las estructuras integradas conlleva dificultades en la realización de un acoplo eficiente con el exterior, especialmente con fibra óptica, tanto por diferencias geométricas como por desajuste modal. Aunque se conocen técnicas para mejorar la eficiencia en el acoplo, existe un coste asociado que puede dificultar su adopción en algunas aplicaciones. Independientemente de lo anterior, los moduladores electro-ópticos pueden basarse en fenómenos de tipo refractivo o producidos por cambios en la absorción por aplicación de un campo eléctrico. Cada solución tecnológica tiene sus ventajas e inconvenientes. En particular, los semiconductores III-V poseen propiedades ventajosas para el desarrollo de moduladores basados en electroabsorción, siendo la mejor opción tecnológica en su conjunto y en la actualidad para este tipo de estructuras. Los resultados publicados apuntan en este caso a anchos de banda superiores a 50GHz usando estructuras en guía onda compactas (≤100µm) con voltajes de operación de pocos voltios compatibles con las señales de radiofrecuencia generadas por los controladores, e incluso de anchos de banda del orden de 100GHz para estructuras en guía onda de tipo distribuido con tamaños en el rango de 200µm. Dado el amplio mercado existente y la complejidad de fabricación de los dispositivos, los productos comerciales se han orientado a cubrir básicamente los mercados con mayor demanda en el área de transceptores de consumo. La implementación integrada con acoplo de borde es la opción seleccionada.
Figura 1. Diseños básicos de dispositivos para realizar moduladores de electroabsorción para operación vertical
Sin embargo, existen otras aplicaciones donde una solución con acoplo vertical natural es más adecuada, principalmente para la realización de enlaces ópticos inalámbricos o para algunos tipos de procesado fotónico. Las estructuras de tipo estratificado con operación vertical poseen además un potencial similar en términos de ancho de banda al de las estructuras en guía onda compactas de parámetros concentrados. WAPTEL ha desarrollado una tecnología propia para la fabricación de moduladores de electroabsorción basados en estructuras de pozos cuánticos con operación vertical. Esta tecnología está disponible en plataformas de InP y GaAs para su uso en distintas bandas espectrales que cubren desde 850nm hasta 1600nm, existiendo también una línea de trabajo con una plataforma de GaN para bandas de operación a longitudes de onda en el visible y ultravioleta cercano. Dependiendo de la aplicación final, WAPTEL ofrece distintos diseños de dispositivos (véanse algunos ejemplos en la Figura 1), optimizados para operación en entornos ambientales exigentes o para distintas relaciones entre ancho de banda y consumo. La Figura 2 muestra algunos moduladores de electroabsorción de gran área de primera generación fabricados por WAPTEL planteados para comunicaciones asimétricas de propósito general.
Figura 2. Moduladores de electroabsorción de área grande fabricados
Las estructuras básicas de los dispositivos se complementan para implementar las interconexiones con el exterior y pasivar las superficies, pudiendo utilizarse tecnologías de tipo coplanar para funcionamiento a alta frecuencia.
