Modelado y simulación de moduladores electro-ópticos para el estudio de su influencia en instrumentación del Fondo Cósmico de Microondas

Abstract

RESUMEN: La caracterización de la polarización del fondo cósmico de microondas se trata de un tema de gran interés en la cosmología actual, ya que permite obtener valores de los diversos parámetros cosmológicos y, lo más importante, detectar las ondas gravitacionales primigenias. Sin embargo, su intensidad es muy pequeña, lo que hace necesario el desarrollo de instrumentación con una gran resolución y sensibilidad. Para solventar este problema se ha propuesto el uso de polarímetros conectados a moduladores electro-ópticos que conviertan la frecuencia de la señal de microondas en la de un láser infrarrojo cercano con longitud de onda de 1550 nm. Posteriormente, las señales resultantes se hacen pasar por un sistema óptico 4f (instrumentos de imagen directa) o 6f (interferometría de imagen sintetizada) y se detectan en una cámara infrarroja. Los interferometros de imagen sintetizada no requieren del uso de telescopios, por lo que el número de receptores y, por tanto, la sensibilidad no quedan limitados por el área del plano focal. Esto es de especial importancia a bajas frecuencias (10-20 GHz) donde el tamaño de las antenas acopladas a los polarímetros es mayor. en este trabajo se van a modelar y simular dos moduladores electro-ópticos: uno fabricado en tecnología fotónica integrada de InP y otro comercial de LiNbO3, con el fin de caracterizar su comportamiento y su influencia en los polarímetros anteriormente citados. Los resultados obtenidos muestran aquellas características del modulador comercial que son más adecuadas para la aplicación concreta a la que se refiere este trabajo.

ABSTRACT:The characterization of the polarization of the cosmic microwave background is a very interesting topic in actual cosmology, since it allows to obtain values of the different cosmological parameters and, most importantly, to detect the primordial gravitational waves. However, its intensity is very small making so necessary to develope instrumentation with a high resolution and sensitivity. To solve this problem, it has been proposed the use of polarimeters connected to electro-optical modulators that convert the frequency of the microwave signal into the one of a near infrared laser with a wavelength of 1550 nm. The resulting signals are passed then through an 4f optical system (direct imaging instruments) or 6f optical system (synthesized imaging instruments) and are detected in an infrared camera. Synthesized imaging interferometers do not require the use of telescopes, and because of that, the number of receivers and the sensitivity are not limited by the focal plane area. This is particularly relevant at low frequencies (10-20 GHz) where the size of the polarimeter coupled antennas is higher. In this work, two electro-optical modulators will be modeled and simulated: one fabricated with InP integrated photonic technology and another in commercial LiNbO3 technology, in order to characterize its influence in the previously mentioned polarimeters. The archived results show that commercual modulator characteristics are more suitable for the particular application of this work.