Procedimiento y dispositivo para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una fibra óptica de varios núcleos.

Procedimiento para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una primera fibra óptica de varios núcleos

(1), comprendiendo la primera fibra óptica de varios núcleos (1), varios núcleos (1') con una separación de núcleos predeterminada y una geometría predeterminada de los núcleos (1') entre sí y siendo capaz de propagarse en cada núcleo (1') al menos un modo de ondas de señal y amplificándose cada onda de señal en una fibra óptica con efecto de amplificación bombeada ópticamente, llevándose a cabo una primera transformación de campo óptica (FT1), en la que se desacopla cada onda de señal de un correspondiente núcleo (1') de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) y aumentándose la separación espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1') entre sí frente a la separación de núcleos predeterminada de la primera fibra óptica de varios núcleos (1), y llevándose a cabo una segunda transformación de campo óptica (FT2), particularmente inversa a la primera, en la que se reduce la separación aumentada espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1') a una separación de núcleos predeterminada de una segunda fibra óptica de varios núcleos (5) y se acopla cada onda de señal en el correspondiente núcleo (5') de esta segunda fibra óptica de varios núcleos (5), superponiéndose coaxialmente entre la primera y la segunda transformación de campo óptica (FT1, FT2) cada onda de señal de cada uno de los núcleos (1') con una onda de bombeo suministrada individualmente para cada núcleo (1').

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/001079.

Solicitante: Technische Universität Dortmund.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: August-Schmidt-Str. 4 44227 Dortmund ALEMANIA.

Inventor/es: KRUMMRICH, PETER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Sistemas de transmisión que utilizan haces de radiación... > H04B10/291 (en el cual tratamiento o la amplificación se lleva a cabo sin necesidad de conversión de la señal principal del dominio óptico)

PDF original: ES-2545868_T3.pdf

 

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Procedimiento y dispositivo para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una fibra óptica de varios núcleos.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una fibra óptica de varios núcleos La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una primera fibra óptica de varios núcleos, comprendiendo la primera fibra óptica de varios núcleos, varios núcleos con una separación de núcleo predeterminada y una geometría predeterminada de los núcleos entre sí y siendo capaz de propagarse en cada núcleo al menos un modo de onda de señal y amplificándose cada onda de señal en una fibra óptica con efecto de amplificación bombeada ópticamente.

La invención se refiere por lo tanto a un procedimiento y a un dispositivo, que se utilizan en la tecnología de las comunicaciones en el caso de sistemas de transmisión ópticos, en los que se comunican informaciones como ondas de señal de luz a través de fibras ópticas entre un emisor óptico y un receptor óptico. Las fibras ópticas son en este caso todo tipo de sistemas ópticos que son adecuados para propagar una onda de señal de luz entre los extremos de una fibra óptica de este tipo en el medio conductor de luz, particularmente mediante el principio físico de la reflexión total. Este tipo de fibras ópticas también se denominan como cables de fibra óptica.

Tanto las velocidades de transmisión de datos generales alcanzables, como también las distancias superables, están limitadas. Para el aumento de las velocidades de transmisión de datos, se desarrollaron fibras ópticas con las que se transmiten en una configuración con fibras ópticas de un núcleo, ondas de señal con varias longitudes de onda diferentes y/o varios modos transversales al mismo tiempo dentro de un núcleo. En otra configuración se desarrollaron fibras ópticas de varios núcleos, en las que en cada núcleo es capaz de propagarse al menos un modo de onda de señal. En este caso, también pueden superponerse en cada uno de los núcleos varias ondas de señal con diferentes longitudes de onda según el principio de multiplexión de longitudes de onda.

Las fibras ópticas de varios núcleos presentan en este caso habitualmente una geometría hexagonal de los núcleos individuales entre sí, estando dispuestos en la configuración más sencilla seis núcleos adicionales alrededor de un núcleo central, resultando de esta manera 7 núcleos. También se conocen fibras ópticas de varios núcleos con 19, 37 o más núcleos. Con este tipo de fibras ópticas de varios núcleos pueden lograrse de esta manera velocidades de transmisión de datos generales mayores, que con fibras ópticas de un núcleo, aunque son más complejas de manejar.

Todas las fibras ópticas presentan una atenuación, de manera que para la superación de distancias muy grandes, tienen que utilizarse amplificadores. En el caso de fibras ópticas de un núcleo, es conocido utilizar fibras ópticas de un núcleo con efecto de amplificación bombeadas ópticamente, cuyo núcleo presenta propiedades de amplificación con efecto láser o con efecto Raman.

Las fibras ópticas con efecto láser son por ejemplo, aquellas con una dotación de erbio en las ondas de señal de luz utilizadas habitualmente en el rango de longitud de onda de alrededor de 1550 nm, que pueden manejarse con ondas de luz de bombeo de 980 nm y/o 1480 nm. Para este propósito es conocido acoplar una onda de luz de bombeo producida por ejemplo, por un diodo láser junto con la onda de señal que ha de amplificarse, en un fibra óptica con efecto de amplificación de este tipo.

Esto se lleva a cabo por ejemplo, mediante elementos de fibra óptica con los que pueden trasmitirse las ondas que inicialmente se propagan respectivamente en fibras ópticas de un núcleo separadas, al núcleo de una fibra óptica de un núcleo con efecto de amplificación entonces común. Este tipo de elementos pueden estar configurados como los llamados acopladores por fusión o como disposiciones de haz libre microóptico. Con estos elementos ya puede lograrse con rendimientos de bombeo reducidos una inversión de ocupación con efecto láser.

Para el propósito de la amplificación de ondas de señal en fibras ópticas de varios núcleos, no existen técnicas establecidas. En este caso existe el problema significante, de lograr por ejemplo, la suficiente inversión de ocupación en el caso de fibras ópticas con efecto láser mediante bombeo óptico, que depende del principio de la conducción de ondas de bombeo en la fibra de varios núcleos.

Se ha propuesto un principio en el que se acopla una onda de bombeo en un revestimiento interior con efecto de amplificación, de una fibra óptica de varios núcleos de doble revestimiento (double-cladding) . En el caso de este principio se requieren no obstante, rendimientos de bombeo considerablemente mayores por cada núcleo, que en el caso de la amplificación en una fibra óptica de un núcleo. Podría alcanzarse por el contrario una inversión de ocupación suficiente, cuando por ejemplo, en cada uno de los núcleos de una fibra óptica de varios núcleos pudiese acoplarse una onda de bombeo, y este correspondiente núcleo fuese con efecto de amplificación, es decir, fuese con efecto láser o con efecto Raman. No existen no obstante hasta ahora, técnicas para el acoplamiento de ondas de bombeo en cada uno de los núcleos de una fibra óptica de varios núcleos.

Del documento US-A-2011/032604 se conoce un procedimiento de amplificación según el estado de la técnica.

Es por lo tanto tarea de la invención, poner a disposición un procedimiento y un dispositivo, con los que pueda lograrse una amplificación con una alta eficiencia de ondas de señal que se propagan en fibras ópticas de varios núcleos. Es también particularmente una tarea de la invención, descubrir una posibilidad de acoplar ondas de bombeo en cada núcleo de un fibra óptica de varios núcleos con efecto de amplificación, configurándose en cada uno respectivamente los núcleos con efecto amplificación, dado que debido a ello resultarían con fibras ópticas de un núcleo condiciones de amplificación comparables.

Según el procedimiento según la invención, esta tarea se soluciona debido a que en el procedimiento conforme al orden nombrado inicialmente, se lleva a cabo una primera transformación de campo óptica, en la que se desacopla cada onda de señal de un correspondiente núcleo de la primera fibra óptica de varios núcleos y se amplía la separación espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos entre sí frente a la distancia de núcleo predeterminada de la primera fibra óptica de varios núcleos y se lleva a cabo una segunda transformación de campo óptica, particularmente inversa a la primera, en la que se reduce la separación ampliada espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos a una separación de núcleo predeterminada de una segunda fibra óptica de varios núcleos y cada onda de señal se acopla en el correspondiente núcleo de esta segunda fibra óptica de varios núcleos, superponiéndose coaxialmente entre la primera y la segunda transformación de campo óptica cada onda de señal de cada uno de los núcleos con una onda de bombeo suministrada individualmente para cada núcleo.

Con un dispositivo según la invención se soluciona análogamente la tarea debido a que el dispositivo comprende un primer elemento óptico transformador de campo, mediante el cual puede desacoplarse cada onda de señal de un correspondiente núcleo de la primera fibra óptica de varios núcleos y mediante el cual puede ampliarse la separación espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos entre sí frente a la separación de núcleo predeterminada de la primera fibra óptica de varios núcleos, y comprende un segundo elemento óptico transformador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una primera fibra óptica de varios núcleos (1) , comprendiendo la primera fibra óptica de varios núcleos (1) , varios núcleos (1) con una separación de núcleos predeterminada y una geometría predeterminada de los núcleos (1) entre sí y siendo capaz de propagarse en cada núcleo (1) al menos un modo de ondas de señal y amplificándose cada onda de señal en una fibra óptica con efecto de amplificación bombeada ópticamente, llevándose a cabo una primera transformación de campo óptica (FT1) , en la que se desacopla cada onda de señal de un correspondiente núcleo (1) de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) y aumentándose la separación espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1) entre sí frente a la separación de núcleos predeterminada de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) , y llevándose a cabo una segunda transformación de campo óptica (FT2) , particularmente inversa a la primera, en la que se reduce la separación aumentada espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1) a una separación de núcleos predeterminada de una segunda fibra óptica de varios núcleos (5) y se acopla cada onda de señal en el correspondiente núcleo (5) de esta segunda fibra óptica de varios núcleos (5) , superponiéndose coaxialmente entre la primera y la segunda transformación de campo óptica (FT1, FT2) cada onda de señal de cada uno de los núcleos (1) con una onda de bombeo suministrada individualmente para cada núcleo (1)

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en el caso de una superposición paralela coaxial entre la onda de señal y de bombeo, la segunda fibra óptica de varios núcleos (5) o una fibra óptica de varios núcleos que le sucede, se configura como fibra óptica de varios núcleos ópticamente bombeada con núcleos (5) con efecto de amplificación, particularmente con núcleos dopados con erbio con efecto láser o con núcleos con efecto Raman o en el caso de una superposición antiparalela coaxial, la primera fibra óptica de varios núcleos (1) o una fibra óptica de varios núcleos dispuesta antes de ésta se configura como fibra óptica de varios núcleos ópticamente bombeada con núcleos con efecto de amplificación, particularmente se configura con núcleos con efecto Raman o con núcleos dopados con erbio con efecto láser.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el caso de la primera transformación de campo (FT1) , cada onda de señal de un correspondiente núcleo (1) de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) se transfiere a respectivamente una única fibra óptica de un núcleo (2b) asociada al correspondiente núcleo (1) , correspondiéndose particularmente la disposición geométrica de las fibras ópticas de un núcleo (2b) individuales entre sí con la disposición geométrica de los núcleos (1) de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) y transfiriéndose en el caso de la segunda transformación de campo (FT2) cada onda de señal que se propaga en una fibra óptica de un núcleo (2b) desde la fibra óptica de un núcleo (2b) a un núcleo asociado (5) de la segunda fibra óptica de varios núcleos (5) , correspondiéndose particularmente la disposición geométrica de las fibras ópticas de un núcleo (2b) entre sí, con la disposición geométrica de los núcleos (5) de la segunda fibra óptica de varios núcleos (5) .

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que entre la primera y la segunda transformación de campo (FT1, FT2) , cada onda de señal de una fibra óptica de un núcleo (2b) se superpone en una fibra óptica de un núcleo (7a) con una onda de bombeo, que se suministra con una fibra óptica de un núcleo (6) , particularmente mediante un correspondiente acoplador por fusión (7) o un correspondiente acoplador de haz libre microóptico.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que entre la primera y la segunda transformación de campo (FT1, FT2) , cada onda de señal de cada una de las fibras ópticas de un núcleo (2b) se superpone coaxialmente en el caso de una propagación de campo libre, con una onda de bombeo que se propaga en el campo libre, particularmente mediante un espejo dicroico (4) , desacoplándose tras la primera transformación de campo (FT1) , cada onda de señal de cada fibra óptica de un núcleo (2b) , de la fibra óptica de un núcleo (2b) y paralelizándose y acoplándose antes de la segunda transformación de campo (FT2) , cada onda de señal paralelizada en una fibra óptica de un núcleo (2b) asociada.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que se pone a disposición una cantidad de ondas de bombeo correspondiente a la cantidad de núcleos de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) mediante respectivamente una fibra óptica de un núcleo (6) , siendo idéntica la geometría de las fibras ópticas de un núcleo (2b, 6) de las ondas de señal y de las ondas de bombeo.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que las ondas de bombeo se superponen mediante reflexión en un elemento óptico que es atravesado por las ondas de señal en transmisión, particularmente un espejo dicroico, con las ondas de señal o las ondas de señal se superponen en reflexión en un elemento óptico atravesado por las ondas de bombeo en transmisión, con las ondas de bombeo, particularmente en dependencia de la atenuación de inserción de las ondas transmitidas en el elemento óptico.

8. Dispositivo para la amplificación de ondas de señal ópticas guiadas en una primera fibra óptica de varios núcleos (1) , en el que la primera fibra óptica de varios núcleos (1) comprende varios núcleos (1) con una separación de núcleos predeterminada y una geometría predeterminada de los núcleos (1) ente sí, y pudiendo propagarse en cada núcleo (1) al menos un modo de onda de señal y con el que puede amplificarse cada onda de señal en una fibra óptica con efecto de amplificación ópticamente bombeada, comprendiendo un primer elemento óptico transformador

de campo (2) mediante el cual puede desacoplarse cada onda de señal de un correspondiente núcleo (1) de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) y con el que puede ampliarse la separación espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1) entre sí, frente a la separación de núcleos predeterminada de la primera fibra óptica de varios núcleos (1) , y comprendiendo un segundo elemento óptico de transformación de campo (2) , que funciona particularmente a la inversa con respecto al primero, con el que puede reducirse la separación ampliada espacial de las ondas de señal de diferentes núcleos (1) a una separación de núcleos predeterminada de una segunda fibra óptica de varios núcleos (5) y con el que puede acoplarse cada onda de señal en el correspondiente núcleo (5) de esta segunda fibra óptica de varios núcleos (5) , superponiéndose coaxialmente entre el primero y el segundo elemento óptico transformador de campo (2, 2) , cada onda de señal de cada uno de los núcleos (1) con una onda de bombeo suministrada individualmente para cada núcleo (1) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por que un elemento óptico transformador de campo (2, 2) está configurado como fibra óptica de transición, en la que un extremo (2a, 2a) se corresponde con una fibra óptica de varios núcleos y el otro extremo se corresponde con varias fibras ópticas de un núcleo (2b, 2b) , estando asociada cada fibra óptica de un núcleo (2b, 2b) exactamente a un núcleo (1) de la fibra óptica de varios núcleos (1) y correspondiéndose la disposición geométrica de las varias fibras ópticas de un núcleo (2b, 2b) con aquella disposición geométrica de los varios núcleos (1, 5) de la primera y/o segunda fibra óptica de varios núcleos (1, 5) .

10. Dispositivo según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que se proporciona un suministro de ondas de bombeo con una cantidad de fibras ópticas de un núcleo (6) , que se corresponde con la cantidad de los núcleos (1, 5) de las fibras ópticas de varios núcleos (1, 5) , correspondiéndose la geometría de las fibras ópticas de un núcleo

(6) con aquella de las fibras ópticas de un núcleo (2b, 2b) , con las que se guían las ondas de señal.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores 8 a 10, caracterizado por que las ondas de señal y las ondas de bombeo están paralelizadas con un campo de lente (3, 3) y estando superpuestas las ondas paralelizadas en un recorrido de propagación libre entre el primero y el segundo elemento de transformación de campo (2, 2) mediante un elemento de combinación de haces (4) , teniendo las lentes (3, 3) de cada uno de los campos de lente, una geometría idéntica, que se corresponde con la geometría de la fibra óptica de un núcleo (2b, 2b, 6) .

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por que en el recorrido de propagación libre hay dispuesto al menos un elemento óptico adicional, particularmente un componente de haz libre microóptico, particularmente un aislador óptico o un espejo parcialmente transparente o un dispositivo para la medición del rendimiento o un dispositivo para llevar a cabo otra función que no influya en la superposición de haces.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores 8 a 12, caracterizado por que las ondas de bombeo se producen con una cantidad de fuentes de luz de bombeo, que es inferior a la cantidad de las fibras ópticas de un núcleo (6) del suministro de ondas de bombeo, particularmente estando descompuesta la luz de una fuente de luz de bombeo ópticamente, en particular por fibras ópticas, para la configuración de al menos dos ondas de luz de bombeo de una fuente de luz de bombeo.