Proyectos Públicos Subvencionados

FRESH MWPSIG

Título: Generación de señal en Fotónica de Microondas por desplazamiento de frecuencia

Financiado por: AEI - MCIIN

Duración: 01/09/2021 - 31/08/2024

Resumen: Asociados a un campo de investigación multidisciplinario y vigoroso, los sistemas fotónicos se benefician de un amplio abanico de aplicación que abarca no solo desafíos interdisciplinares sino también avances técnicos. La última década ha sido testigo de la introducción de técnicas de procesamiento y generación digital, y estrategias de detección óptica coherente en sistemas de fotónica de microondas (MWP) para reflectometría, lidar, sensores de fibra óptica y radar, abriendo nuevos caminos para la implementación de sistemas de nueva generación. En este contexto, el proyecto FRESH MWPSIG representa un esfuerzo por el desarrollo de sistemas de generación de señales fotónicas compactos, robustos y versátiles para aplicaciones genéricas de metrología óptica.
Como consecuencia de la experiencia alcanzada en un proyecto anterior, los ejes de investigación propuestos engloban, por un lado, la identificación de lazos de frecuencia acústico-ópticos (AO-FSL) como candidatos a fuentes versátiles para sistemas de compresión de pulsos basados en fibra en el domino óptico coherente, debido a su diseño simple, ausencia de electrónica de gran ancho de banda y la simplificación asociada de la arquitectura del receptor coherente heredada del carácter unilateral del peine de frecuencia óptica generado. Por otro lado, el segundo eje se centra en el diseño de sistemas de metrología óptica clásicos, a saber, reflectómetros ópticos en el dominio de la frecuencia e interferómetros de baja coherencia, utilizando su integración con conceptos de MWP de conversión descendente. Aquí, el enfoque principal está en desarrollar arquitecturas novedosas que mejoren los diseños previamente demostrados en términos de simplicidad, robustez y compacidad mediante el uso de modulación electroóptica bidireccional con frecuencia escalonada.
En el primero de estos ejes, los objetivos globales son la generación de nuevas familias de formas de onda ópticas en el AO-FSL mediante la inclusión de filtros ópticos dentro del bucle, la adición de funcionalidades a nivel de sistema mediante la integración de modulación síncrona y etapas de codificación, y el desarrollo de sistemas de compresión digital coherente de pulsos utilizando detección heterodina, para su aplicación en reflectometría óptica. En el segundo de estos ejes, los objetivos son la inclusión de algunas mejoras técnicas en las configuraciones propuestas, identificadas en el proyecto anterior, y también el uso sistemático de técnicas de conversión descendente basadas en modulación electro-óptica.
Las actividades de investigación deben considerarse de carácter básico, por lo que el proyecto se presenta como un programa puramente de investigación. Sin embargo, las acciones propuestas muestran aplicaciones potenciales relacionadas con multitud de escenarios asociados al desarrollo de caracterización óptica, sensores de fibra óptica, radar y sistemas lidar para defensa, seguridad, vigilancia y monitoreo de infraestructuras críticas, recursos o desastres naturales. En este sentido, y siguiendo nuestra experiencia previa, el proyecto también se concibe con un fuerte enfoque orientado a la aplicación, donde sus principales hallazgos serán ejemplificados en escenarios seleccionados de relevancia práctica. Debido a la versatilidad de las técnicas involucradas, se prevé que las estrategias puestas en marcha en este proyecto jugarán un papel clave en los futuros sistemas de metrología óptica y generación de señales de fibra óptica.

Palabras Clave: Fotónica, compresión, pulsos, coherente, codificación, lazos, desplazamiento, frecuencia, modulación, reflectometría

Investigador Principal: Carlos R. Fernández-Pousa


IRLADAR

Título: Sistemas LADAR de altas prestaciones en el infrarrojo basados en conversión de longitud de onda de imagen

Financiado por: AEI - MCIIN

Duración: 09/2021 - 08/2024

Resumen: Este proyecto se orienta a la investigación y desarrollo de sistemas de visión activa por tiempo de vuelo empleando iluminación láser (LADAR) en nuevas regiones espectrales del infrarrojo. Se orienta tanto a la región segura para el ojo humano (eye-safe) en torno a 1550 nm, así como a la región del infrarrojo medio en torno a 3.5 micras (MWIR), donde no existen actualmente sistemas de este tipo, y que representa una zona espectral de sumo interés, dando así respuesta a una meta tecnológica en mejora de este tipo de sistemas, contemplada explícitamente en la Estrategia de Tecnología e Innovación para la Defensa (ETID 2015) dentro del Reto 8 en seguridad, protección y defensa.

Este nuevo proyecto es continuación y aprovechamiento práctico de resultados de otros proyectos previos financiados por el Plan Nacional, orientados a la investigación de sistemas de conversión en longitud de onda de imágenes a nivel más básico en distintas zonas infrarrojas, y al estudio de aspectos clave para su utilidad práctica, como la resolución en las imágenes convertidas, el campo angular de visión, su potencial compacidad y miniaturización. En el proyecto anterior TEC2017-88899-C2-1-R, se dieron los primeros pasos básicos en su adaptación a sistemas de visión activa por tiempo de vuelo.

Con la experiencia acumulada, en este proyecto se aborda el llevar estos sistemas a sus potenciales rendimientos teóricos, ahondando en los aspectos limitantes detectados, y optimizando compromisos entre resolución en la imagen y eficiencia cuántica de conversión para alcanzar elevadas prestaciones en la práctica, persiguiendo como resultado un sistema de nivel de madurez tecnológica TRL6 en la región eye-safe, apto para transferencia de tecnología, y un nivel TRL4 en la región MWIR. Las técnicas a emplear se basan en procesos ópticos no lineales de suma de frecuencias de la imagen original infrarroja con un haz láser en un cristal no lineal, dando como resultado una nueva imagen en la región espectral del visible e infrarrojo cercano, donde existen detectores de Silicio como CCD o CMOS, EMCCD y cámaras intensificadas de elevadas prestaciones. Se demostrará el primer sistema LADAR en el MWIR a nivel internacional.

A nivel más básico, tiene también como objetivo aumentar la resolución y campo angular de visión en las imágenes convertidas mediante el aumento de aceptancia angular en procesos de suma de frecuencias en cristales no lineales que contienen estructuras de dominios ferroeléctricos similares al PPLN, que sea compatible con altas eficiencias de conversión, dado que en general, cuando se emplea una única longitud de onda de iluminación y de bombeo del proceso SFM hay compromisos entre resolución y eficiencia. Se aborda eliminar estos compromisos mediante el uso de una combinación novedosa de múltiples longitudes de onda de iluminación, múltiples ondas de bombeo del proceso SFM, y distribuciones estratégicas novedosas de dominios ferroeléctricos en cristales no lineales microestructurados como el LiNbO3 o el KTP.

Palabras Clave: Fotónica, láseres, óptica no lineal, sistemas de visión

Investigador Principal: Juan Capmany, Adrián José Torregrosa


DEMOSPACE

Título: Modelado avanzado y caracterización de nuevos componentes de Alta frecuencia en guía de onda y tecnología planar para las aplicaciones espaciales emergentes

Financiado por: Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 3 años

Resumen: Actualmente, los sistemas y aplicaciones de comunicación satélite europeos más relevantes soportan un gran número de servicios de la moderna Sociedad Digital. Entre ellos destacamos el sistema de navegación global GALILEO, programas meteorológicos y de observación de la Tierra como COPERNICUS, nano-satélites para misiones científicas y grandes constelaciones de pequeños satélites para implementar el próximo "Internet por Satélite", así como grandes satélites de telecomunicaciones en órbita geoestacionaria. Gracias a estas cargas útiles satelitales, muchas aplicaciones civiles y militares (transmisión de TV/video, transmisión de datos a alta velocidad, comunicaciones fijas y móviles de banda ancha, pronósticos meteorológicos) y una amplia variedad de sectores se están beneficiando a nivel mundial.

Con el objetivo de mantener el crecimiento de estas aplicaciones, todos los programas satelitales citados están desarrollando sus evoluciones futuras: segunda generación de GALILEO, nueva generación de satélites meteorológicos (METEOSAT y METOP), próximaserie de misiones SENTINEL, próxima generación de pequeñas plataformas para las constelaciones Starlink y OneWeb, y nuevas grandes plataformas espaciales multihaz, que operan en los rangos de frecuencia de onda milimétrica y submilimétrica. Todos ellos necesitarán cargas de comunicación más avanzadas basadas en equipos novedosos (componentes pasivos y antenas) con requisitos más estrictos.

En estrecho contacto con los principales agentes espaciales (incluida la Agencia Espacial Europea, así como las industrias multinacionales y españolas, que han expresado su apoyo a este proyecto), se han identificado las necesidades de las futuras cargas satelitales como: dispositivos más compactos que manejan mayores niveles de potencia para aplicaciones de baja frecuencia (1-2 GHz) (futuros satélites GALILEO y METEOSAT), implementación de guías de onda más ligeras (compatibles con tecnología plana) para banda C (4-8 GHz) y banda X (8-12 GHz), dispositivos de futura generación para satélites de observación de la Tierra y plataformas pequeñas, componentes de mayor ancho de banda (filtros y multiplexores) y su diseño integrado con células radiantes para nuevos satélites multihaz, que ya funcionan en la banda Ka (20-30 GHz) y muy pronto también en las bandas Q/V (40-75 GHz). Además, también deben abordarse soluciones tecnológicas para las cargas de comunicación más modernas, que utilizan frecuencias más altas (banda W, entre 75 y 110 GHz).

El objetivo principal del proyecto es abordar los desafíos identificados mediante el diseño de nuevos componentes pasivos y antenas para los sistemas de comunicación satelital de próxima generación, incluida la fabricación de prototipos y verificación experimental. Para este fin, este subproyecto tendrá como objetivos particulares el modelado avanzado y la validación de los nuevos componentes de alta frecuencia que se propongan para las citadas aplicaciones espaciales, haciendo hincapié en sus prestaciones en potencia (efectos de autocalentamiento y de descarga por corona y/o multipactor). Ello incluye el estudio multifísico y la validación de estructuras en tecnología planar, híbridas (Substrate Integrated Waveguide), guía de onda y de la prometedora gap waveguide. Asimismo, desde este subproyecto también se abordará el diseño de componentes (especialmente filtros y diplexores) de altas prestaciones en cuanto a respuesta eléctrica y tamaño.

Palabras Clave: Circuitos Pasivos, Antenas, Tecnologías de Alta Frecuencia, Diseño y Técnicas de Fabricación, Efectos de Alta Potencia, Carga Útil de Satélite, Seguridad- Defensa, Sociedad Digital- Internet por Satélite

Investigador Principal: Stephan Marini y Miguel Ángel Sánchez Soriano(UA)


FRESH MIPFOS

Título: Desplazamiento de frecuencia en Fotónica de Microondas para sensores de fibra óptica

Financiado por: Ministerio de Economía y Competitividad

Duración: 1/1/2018 - 31/12/2020.

Resumen: El proyecto FRESH MIPFOS tiene como objetivo el desarrollo de sistemas y técnicas basadas en el uso de métodos de Desplazamiento de Frecuencia (Frequency-Shifting, FS) en Fotónica de Microondas (Microwave Photonics, MWP) para su uso como unidades de interrogación estables y compactas en sensores de fibra óptica cuasi-distribuidos de tipo interferométrico o reflectométrico, aunando las capacidades de procesado MWP y la ventaja en sensibilidad de la detección óptica a bajos anchos de banda. Alimentadas por la continua mejora de las tecnologías fotónicas en bandas de transmisión óptica, las técnicas de desplazamiento de frecuencia o de conversión ascendente y descendente de frecuencia representa un productivo contexto para el transporte, procesado, medida y filtrado de señales de radio-frecuencia después de su modulación sobre una portadora ótpica estructurada y subsiguiente conversión descendente de frecuencia.

Dentro de este contexto, FRESH MIPFOS se basa en un enfoque inverso, centrándose en las posibilidades de manipulación y caracterización de señal óptica proporcionadas por componentes de desplazamiento de frecuencia controlados por radio-frecuencia. Como aplicación primaria del proyecto, se explotarán subsistemas FS de MWP para proporcionar mejoras sustanciales en términos de flexibilidad y desempeño de unidades de interrogación de sensores de fibra, desarrollando nuevas soluciones para sistemas interferométricos, reflectométricos y de tipo radar sin sacrificar su simplicidad global. En particular, el proyecto se enfoca hacia tres objetivos principales.

Primero, a la introducción de técnicas MWP de modulación y detección para la mejora de sistemas de interrogación estándar de tipo interferometría FS con posibles rangos del orden de km. Segundo, al desarrollo novedoso de interferometría láser o de baja coherencia en camino común basado conversión ascendente y descendente y propagación dispersiva, con sustanciales mejoras sobre aproximaciones previas relacionadas. A este respecto, las mejoras propuestas están asociadas con el rango de desplazamiento, sensibilidad y estabilidad, en este caso debidas de la geometría de camino común.

Finalmente, el proyecto se orienta al desarrollo de una fuente láser compacta de realimentación con desplazamiento de frecuencia e inyección de onda continua, para su uso en sistemas ópticos de interrogación de tipo radar de onda continua y frecuencia modulada. El conjunto de aplicaciones, que evoluciona de demonstraciones previas donde se ha detectado la necesidades de mejora propuestas, está particularmente adaptado a escenarios de sensado local o remoto en entornos rigorosos o incontrolados. Los sensores empleados son estándar de tipo reflectométrico o interferométrico cuasi-ditribuido basados en tecnología madura de grado comercial. Los sistemas desarrollados dentro del proyecto pueden ser aplicados por tanto de forma inmediata a redes de sensores de fibra óptica. Debido a la versatilidad de las técnicas propuestas, se pretenden implementar aplicaciones adicionales, abriendo la posibilidad de usar arquitecturas o subsistemas FRESH MIPFOS concretos como alternativas compactas de fibra a técnicas de metrología o de generación de señal, con aplicación sistemas de seguridad y defensa.

Palabras Clave: Fotónica de Microondas, Desplazamiento de frecuencia, Conversión de frecuencia, Láser, Sensores de Fibra Óptica.

Investigador Principal: Carlos R. Fernández-Pousa


EQC2018_004288_P

Título: Laboratorio Reconfigurable de Comunicaciones y Redes 5G and Beyond

Financiado por: Ministerio de Ciencia e Innovación. Subprograma Estatal de Infraestructuras Científicas y Técnicas, y Equipamiento

Duración: 3 años

Investigador Principal: J. Gozalvez


ENGINE

Título: Redes y Comunicaciones 5G and Beyond para Servicios Críticos adaptados a Demanda en Vehículos Autónomos y Fábricas Conectados

Financiado por: Ministerio de Economía, Industria y Competitividad

Duración: 3 años y 9 meses

Investigador Principal: J. Gozalvez, M. Sepulcre


IMACONRG

Título: Sistemas de conversión en longitud de onda de imágenes para aplicaciones range-gated

Financiado por: AEI - MCIIN

Duración: 01/2018 - 06/2021

Resumen: El objetivo global de este proyecto coordinado es realizar I+D en sistemas de conversión de longitud de onda de imágenes bidimensionales, orientado principalmente a su empleo en sistemas LADAR y sistemas de visión nocturna con iluminación auxiliar.

Como objetivos generales se plantean el investigar y desarrollar sistemas activos basados en óptica no lineal, mediante SFM con un láser local. Aunque no de manera exclusiva, la orientación principal será convertir imágenes con espectro original en la región eye-safe del espectro, con longitudes de onda en torno 1550 nm. En cuanto a los convertidores activos de imagen, obtener dispositivos miniaturizados con muy alta resolución, que operen en entornos reales más allá del laboratorio. Aunque se mantiene el interés en otras bandas adicionales como MIR y THz, y se continúa con esta actividad, las características operativas novedosas, de mayor interés que las espectrales, tal y como se ha explicado, se implementan, en la región eye-safe en torno a 1550 nm, dado su interés particular, como ejemplo trasladable a otras bandas.

Palabras Clave: Fotónica, sistemas de visión, óptica, óptica no lineal, up-conversion, range-gating, sensores de imagen, LADAR

Investigador Principal: Juan Capmany, Adrián José Torregrosa


TransAID

Título: Transition Areas for Infrastructure-Assisted Driving

Financiado por: Comisión Europea, Programa Marco H2020. H2020-ART-2016-2017 (Topic: ART-05-2016)

Duración: 3 años

Investigador Principal: J. Gozalvez


AUTOWARE

Título: Wireless Autonomous, Reliable and Resilient ProductIon Operation ARchitecture for Cognitive Manufacturing

Financiado por: Comisión Europea, Programa Marco H2020. H2020-IND-CE-2016-17 (Topic: FOF-11-2016)

Duración: 3 años

Investigador Principal: J. Gozalvez


WMA-NANOTICS

Título: Nanoestructuras cuánticas semiconductoras como clave para futuras tecnologías: de la nanofotónica a la nanoplasmónica.

Financiado por: Ministerio de Economía y Competitividad

Duración: Enero 2011 - diciembre 2014

Resumen: En este proyecto proponemos plasmar el conocimiento adquirido por los grupos participantes para el desarrollo de algunos dispositivos clave para tecnologías futuras en telecomunicaciones y sensores, en su mayoría basados en puntos cuánticos ycombinando conceptos de nanofotónica y de nanoplasmónica. También se plantea el uso de puntos cuánticos semiconductores como emisores de luz clásicos (agrupaciones de muchos de ellos) y cuánticos (de forma aislada).

Estos desarrollos suponen, además, seguir avanzando en nanoestructuras semiconductoras y metálicas, en nuevos conceptos de estructuras fotónicas y plasmónicas, en fabricación de dispositivos, en su caracterización y usos, no tanto para su optimización, sino también para la propuesta de nuevos dispositivos a medio-largo plazo y su integración en chips III-V y/o de Silicio (en el caso de usar tecnologías híbridas combinando puntos cuánticos y materiales orgánicos como los polímeros). Es por ello que el presente proyecto coordinado agrupa investigadores de reconocido prestigio en todas estas áreas de especialización: simulación/diseño, nanoestructuras cuánticas semiconductoras, nanopartículas, caracterización estructural y óptica, nuevos conceptos de nanofotónica y nanoplasmónica, polímeros y resinas litográficas para fotónica orgánica, telecomunicaciones, desarrollo de sensores, etc.

Los conceptos de nanofotónica basados en guías dieléctricas o estructuras de cristal fotónico tienen el inconveniente de ocupar un espacio demasiado grande en comparación a los dispositivos electrónicos. Para paliar y solventar este problema también proponemos iniciar líneas de trabajo basadas en conceptos de nanoplasmónica, por su potencial reducción de los dispositivos a dimensiones muy por debajo de la longitud de onda de la luz (del orden de la centena de nm). Tanto unos conceptos (nanofotónica) como los otros (nanoplasmónica) pueden usarse para el desarrollo de dispositivos de luz clásica o de muchos fotones y de luz cuántica o fotones únicos. Sin embargo, otras muchas aplicaciones no tienen porqué tener las restricciones aludidas, típicas de chips para computación o memoria, por lo que los conceptos de nanofotónica resultarían de interés, por ejemplo en el campo de la Fotónica de Microondas, los sensores y dispositivos lab-on-a-chip, que son otros de los campos de aplicación que se propone en este proyecto. En este campo también resultará de gran interés el desarrollo de dispositivos fotónicos con tecnología orgánica (polímeros) o híbrida (combinando polímeros con puntos cuánticos y/o nanoestructuras metálicas) sobre substratos cualesquiera, semiconductores III-V o incluso compatibles C-MOS (silicio).

El proyecto, de forma global, está apoyado por varios EPO (se anexan al final de este documento), además de haberse adjuntado como apoyos parciales a varios subproyectos. SUPROYECTO 05: WMA-NANOTICS El objetivo principipal del subproyecto WMA-NANOTICS es el uso de técnicas de fotónica de microondas para la carcterización de dispositivos cuánticos de semiconductor y, de igual forma, emplear dichos dispositivos en aplicaciones de telecomunicaciones, sensores y procesado fotónico. Los objetivos concretos de este subproyecto abordan tanto temáticas clásicas como dispositivos cuánticos.
1) Caracterización de láseres de nanoestructuras semiconductoras en microcavidades y evaluación de su funcionamiento en sistemas de comunicaciones ópticas
2) Implementación de un sistema de modulación de fase para la caracterización de fotones en interferometría HBT y diseño de nuevas aplicaciones de la modulación electro-óptica de estados cuánticos
3) Caracterización de nuevos subsistemas de fotónica de microondas, en especial de desplazadores de fase, basados en puntos cuánticos
4) Caracterización de dispositivos poliméricos guiados y de fibra con nanoestrucutras dopantes (T4.1 y T5.2.2).
5) Identificar aplicaciones de procesado de señal fotónica implementables en los nuevos dispositivos guiados creados en este proyecto
6) Nuevas formas de interrogación de sensores mediante técnicas de fotónica de microondas y fuentes de banda ancha

Estos objetivos se llevarán a partir de la experiencia inicial del grupo en varias áreas de investigación. En particular, el objetivo 1 se basa en la experiencia en evaluación de láseres y en el diseño de sistemas de comunicaciones ópticas; el objetivo 2, en la modelización de dispositivos de modulación electro-óptica de estados cuánticos; los objetivos restantes se basan en la experiencia adquirida en evaluación y diseño de dispositivos y sistemas de fotónica de microondas (objetivos 3 y 4), diseño de sistemas de procesado de señal (objetivo 5), y en el emplo de fuentes de banda ancha (objetivo 6). Este conjunto de acciones permitirán abordar aplicaciones mutidisciplinares, tanto de orden clásico como cuántico, de dispositvos basados en estructuras cuánticas semiconductoras desde la perspectiva de su integración con técnicas y sistemas basados en fotónica de microondas.

Investigador Principal: Carlos R. Fernández-Pousa


Convenios con Empresas

NEXVISION1.21A

Título: Contrato de Asistencia Técnica y Asesoramiento Técnico entre UMH y NEXVISION SAS

Financiado por: NEXVISION SAS

Duración: 11/2021 - 12/2021

Resumen: Contrato de Asistencia Técnica y Asesoramiento en el campo de la física óptica y láser para los estudios preliminares de imágenes de la gama "iLIDAR" de NEXVISION

Investigador Principal: A. J. Torregrosa


Proyectos Colaboración Interuniversitaria