DISPOSITIVO DE CONEXION Y CONVERSION OPTOELECTRONICA PARA UN ENTORNO ESPACIAL.

Dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica (1) para un entorno espacial empaquetado en una carcasa metálica (2) y que comprende:

- medios de conexión eléctrica (3) de entrada/salida, para conexión con un equipo externo, y que en el interior de la carcasa están conectados con- una placa de circuito impreso (4) fijada a dicha carcasa y sobre la que están fijados al menos un canal de transmisión y un canal de recepción, comprendiendo cada canal:- de transmisión un elemento óptico transmisor (6) encapsulado conectado a fibra óptica (9), y unos elementos electrónicos (8, 8''),- de recepción un elemento óptico receptor (7) encapsulado conectado a fibra óptica (9), y unos elementos electrónicos (8,8''''),estando cada elemento óptico (6, 7) acoplado de forma alineada con el núcleo (9'') de dicha fibra óptica (9) por medio de una pieza de acoplo (18), y mediante pegado uniendo núcleo (9'') de la fibra óptica (9) con pieza de acoplo (18) y con encapsulado de cada elemento óptico (6, 7);y estando configurado cada canal de transmisión/recepción para realizar una conversión eléctrica a óptica/óptica a eléctrica, respectivamente, desde/hacia los medios de conexión eléctrica (3)

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200800910.

Solicitante: DAS PHOTONICS S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: VALENCIA.

Inventor/es: BLASCO HERREIZ,JULIAN.

Fecha de Solicitud: 2 de Abril de 2008.

Fecha de Publicación: 3 de Diciembre de 2010.

Fecha de Concesión: 23 de Noviembre de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

G02B6/42C

Clasificación PCT:

G02B6/42 FISICA. › G02 OPTICA. › G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 6/00 Guías de luz; Detalles de estructura de las disposiciones que comprenden guías de luz y otros elementos ópticos, p. ej. medios de acoplamiento. › Acoplamiento de guías de luz con elementos opto-electrónicos.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica para un entorno espacial.

Campo técnico de la invención

La presente invención tiene su campo de aplicación para sistemas en ambientes agresivos, especialmente el entorno espacial, en los que resulta ventajosa la sustitución del cableado de interconexión de cobre actual por fibra óptica y la conversión de señales digitales en ópticas y viceversa a través de módulos optoelectrónicos.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de interconexión óptica son de especial interés en aquellas aplicaciones en las que se requiere una muy alta velocidad de transferencia de datos sobre unas distancias más o menos cortas que se sitúan en torno a unos pocos metros de distancia entre un emisor y un receptor.

La aparición de la tecnología fotónica para la alta capacidad de transmisión de datos entre elementos de un mismo sistema y a cortas distancias ha surgido en los últimos años gracias a la evolución experimentada en dicha tecnología en cuanto al diseño y fabricación de estructuras nanofotónicas que permiten la creación y transporte de datos mediante señales fotónicas, es decir, de luz. Adicionalmente este tipo de tecnología presenta una serie de ventajas claras frente a los tradicionales sistemas de transferencia de datos, como son los sistemas basados en la transmisión de señales eléctricas.

El cableado entre módulos electrónicos es una de las partes más importantes dentro de cualquier sistema de comunicaciones así como de sistemas aeroespaciales en general.

Actualmente se utiliza cableado eléctrico para todas las interconexiones en entorno espacial. Sin embargo, la necesidad de mayores velocidades de transmisión ha llevado al estudio de tecnologías alternativas. Las interconexiones ópticas pueden reemplazar a las interconexiones eléctricas proporcionado velocidades mucho mayores y aportando además mejoras sustanciales en aspectos tan importantes en el entorno espacial como es la masa.

La migración de todo el cableado eléctrico existente en cualquier sistema de comunicaciones hacia un sistema óptico es factible mediante elementos optoelectrónicos compactos. El empleo de dispositivos emisores láser multimodo en primera ventana (850 nm) proporcionan elementos ópticos capaces de trabajar hasta 10 Gbps de una forma asequible posibilitando de esta manera sistemas de comunicaciones con alta tasa de transmisión. Estos sistemas se hallan en posición para suplir las carencias y sobrepasar las limitaciones de los métodos actuales de interconexión antes comentados.

Atendiendo al estado de la técnica en sistemas ópticos, existen varias alternativas tecnológicas para llevar a cabo un sistema de interconexión óptica para la transmisión de datos como el tipo de fibra empleado (monomodo, multimodo, array de fibra, microestructurada...) o la configuración y número de canales (4 a 4, 2 a 1...).

Ejemplos de módulo de conversión optoelectrónica aplicada a fibra óptica se encuentra en los documentos de patente estadounidenses US-7331720 y US-A-2008/050123. En estos casos se trata de conversores optoelectrónicos que no son viables para el entorno espacial, por los siguientes motivos:

- No son adecuados, en cuanto a masa y volumen, para un entorno espacial.

- Tampoco son aptos para reducir la radiación electromagnética radiada o la incidente al sistema desde el exterior.

- No están adecuados a los protocolos empleados en entorno espacial.

- No emplean materiales, procesos o partes adecuados a ambientes espaciales como, por ejemplo, con bajos niveles de desgasificación o libre de burbujas de aire; y no utilizan interfaces eléctricos del tipo conector calificado (se entiende por "calificado para el espacio o para el entorno espacial" el haber pasado las pruebas según la normativa de las agencias espaciales ESA o NASA, tales como resistencia al vacío, vibraciones, temperatura, etc.); ni soldadura ni pegado mediante resinas de algunos de los componentes adecuados para espacio. Además, materializan el empaquetado del módulo mediante materiales plásticos.

En base a estos aspectos, las invenciones descritas en dichos documentos están destinadas a sistemas de comunicaciones convencionales, por lo que no superarían el conjunto de pruebas de calificación de acuerdo a la normativa actual de las agencias espaciales ESA y NASA para obtener la seguridad de que es válida para trabajar en dicho entorno espacio.

Las ventajas que la transmisión de señales ópticas presenta frente a la transmisión tradicional de señales eléctricas son, principalmente:

- Mayor capacidad de miniaturización, con la consiguiente reducción en masa que ello conlleva, viéndose reflejado nuevamente en una mayor eficiencia en aquellos sistemas en los que la masa y el volumen son críticos (nuevamente en sistemas embarcados). Los sistemas eléctricos conllevan el uso de cables de cobre, más pesados y voluminosos frente a la fibra óptica utilizada por los sistemas de interconexión óptica.

- Mayor capacidad de transferencia de datos, puesto que las señales fotónicas sufren menores pérdidas de propagación que las señales eléctricas, no siendo tan necesario el empleo de técnicas de protección de errores en similares condiciones lo que permite un mayor aprovechamiento del ancho de banda. Además dado que la configuración se puede hacer eliminando y activando los elementos deseados sería posible un total control tanto de la potencia emitida como de la conformación de este haz óptico.

- Aumento del número de líneas de transmisión de datos, ya que al ocupar menor espacio y volumen se puede introducir un mayor número de líneas de transmisión comparado con los sistemas basados en señales eléctricas. El cableado optoelectrónico proporciona la suficiente escalabilidad como para ir adaptándose a las nuevas necesidades surgidas de los futuros sistemas de comunicaciones. El medio de transmisión no es el elemento limitante en la tecnología, sino la propia electrónica y sistemas ópticos.

- Reducción de interferencias electromagnéticas (EM), puesto que se elimina la existencia de interferencias causadas por la transmisión de señales de naturaleza eléctrica a través de los cables de cobre. Cualquier tipo de cableado optoelectrónico es prácticamente inmune a interferencias de esta índole, por lo cual no es necesario apantallar de ninguna manera la fibra óptica frente a esta radiación, disminuyendo coste y masa. La inmunidad frente a esta interferencia comprende tanto la incidente al dispositivo como la radiada por el mismo. En los documentos de patente anteriormente citados no sería posible una reducción de las EM puesto que el empaquetado de todo el sistema optoelectrónico se realiza mediante un empaquetado plástico no protegido frente a EM.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica según la reivindicación 1. Realizaciones preferidas del dispositivo se definen en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención trata de solventar la problemática anteriormente expuesta, empleando un enfoque de diseño encaminado a su aplicación en entornos agresivos, como es el entorno espacial; como se ha indicado anteriormente, los diseños presentados en el estado de la técnica no son adecuados ni aptos en lo que se refiere a los protocolos a utilizar en las comunicaciones ni en los aspectos constructivos empleados en ambiente espacial.

Un objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo de interconexión y conversión optoelectrónica para realizar una sustitución del cableado tradicional de cobre mediante enlace de fibra óptica.

Para ello, el dispositivo de la invención que se propone presenta un empaquetado mediante metal, lo que reduce completamente las interferencias entre el interior y el exterior así como entre diversas partes internas al propio dispositivo.

La presente invención proporciona un dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica que es compatible y transparente a los sistemas electrónicos comparándolo con los actuales sistemas de interconexión eléctrica mediante cableado en entorno espacial.

...

Reivindicaciones:

1. Dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica (1) para un entorno espacial empaquetado en una carcasa metálica (2) y que comprende:

- medios de conexión eléctrica (3) de entrada/salida, para conexión con un equipo externo, y que en el interior de la carcasa están conectados con

- una placa de circuito impreso (4) fijada a dicha carcasa y sobre la que están fijados al menos un canal de transmisión y al menos un canal de recepción, comprendiendo:

- cada canal de transmisión un elemento óptico transmisor (6) encapsulado conectado a un cable de fibra óptica (9), y una serie de elementos electrónicos (8, 8'),

- cada canal de recepción un elemento óptico receptor (7) encapsulado conectado a un cable de fibra óptica (9), y una serie de elementos electrónicos (8, 8''),

estando cada elemento óptico (6, 7) acoplado de forma alineada con el núcleo (9') de dicha fibra óptica (9) por medio de una pieza de acoplo (18), y mediante pegado uniendo núcleo (9') de la fibra óptica (9) con pieza de acoplo (18) y con encapsulado de cada elemento óptico (6, 7);

y estando configurado cada canal de transmisión o recepción para realizar una conversión eléctrica a óptica u óptica a eléctrica, respectivamente, desde o hacia los medios de conexión eléctrica (3).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicha pieza de acoplo (18) es una pieza cilíndrica hueca.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho pegado entre núcleo de fibra óptica-pieza de acoplo-encapsulado de elementos ópticos está realizado mediante un adhesivo con bajo índice de desgasificación compatible para ambientes con baja presión.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento óptico transmisor (6) es un emisor láser.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento óptico receptor (7) es un fotodiodo.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha carcasa metálica es una caja metálica formada por una tapa superior (2') y una tapa inferior (2'').

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que dichas tapa superior e inferior están unidas entre sí por medios de fijación.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que dichos medios de fijación (15, 17) están configurados para atravesar y fijar la placa de circuito impreso (4).

9. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que dichas tapa superior e inferior están unidas entre sí y con dichos medios de conexión eléctrica (6) mediante medios de fijación (13, 14) con dicho equipo externo.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en el que dichas tapas superior e inferior están realizadas mediante fresado sobre una pieza de aluminio.

11. Dispositivo según cualquier de las reivindicaciones 6-10, en el que la carcasa metálica comprende unas paredes metálicas (16) fresadas en la tapa superior formando unos huecos o bañeras para aislar entre sí los elementos ópticos (5, 6) de dichos al menos un canal de transmisión y al menos un canal de recepción.

12. Dispositivo según cualquier de las reivindicaciones 6-11, en el que la carcasa metálica comprende unos tabiques metálicos (16') fresados en la tapa inferior formando unos huecos o bañeras para aislar entre sí los elementos electrónicos (8, 8', 8'').

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de conexión eléctrica (6) están formados por un conector Sub-D con un determinado número de pines.

14. Dispositivo según cualquiera de la reivindicaciones 1-13, en el que dichos medios de conexión eléctrica (6) están formados por un conector micro-D.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el empaquetado metálico comprende una pasivación para prevenir la corrosión.

16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos ópticos están fijados a la placa de circuito impreso por pegado mediante un adhesivo con bajo índice de desgasificación.

17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos electrónicos están unidos a la placa de circuito impreso mediante soldadura.

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pieza de acoplo está fabricada en zirconio.

19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho equipo externo es otro dispositivo de conexión y conversión optoelectrónica.

20. Cable de conexión y conversión optoelectrónica para un entorno espacial que comprende dos dispositivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, interconectados por fibra óptica.

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