SISTEMA Y METODO DE CONFORMACION OPTICA DE HACES.

La invención incluye el uso de una fuente óptica (11, 15) capaz de generar al menos dos componentes espectrales con una separación en frecuencia,

una matriz de desfase fijo (2) con una pluralidad (N) de puertos de entrada (4) y de una pluralidad (M) de puertos de salida (5) y, integrado con dicha matriz de desfase (2), un bloque óptico pasivo (1) dotado de N puertos de salida y al menos un puerto de entrada (3, 8), adaptado para recibir todas las componentes espectrales generadas, estando cada puerto de salida del bloque óptico pasivo (1) conectado a un puerto de entrada (4) de la matriz de desfase (2). El bloque óptico pasivo (1) usa unos filtros ópticos (6, 9) para separar en dos caminos las componentes espectrales y una sub-matriz de distribución pasiva (7) para encaminar, mediante una distribución fija, las componentes espectrales hacia la matriz de desfase (2)

Sistema y método de conformación óptica de haces.

Campo técnico de la invención

La invención que se describe tiene su campo de aplicación en las comunicaciones ópticas para aquellos ámbitos (radares, satélites, aplicaciones militares, entre otros), donde se requiere un control óptico de la fase de las señales ópticas y obtener una multiplicidad de desfases progresivos, por ejemplo en el conformado óptico de haces para agrupaciones de antenas para que cada agrupación de antenas pueda ofrecer simultáneamente una pluralidad de haces fijos o móviles.

Más concretamente, la presente invención se refiere a un sistema y método de conformación óptica de haces basado en una etapa integrada de generación heterodina óptica y matrices de desfase fijo.

Antecedentes de la invención

En el campo de la conformación eléctrica de haces, se utilizan las matrices desfasadoras eléctricas fijas, tales como la matriz de Butler, Blass y Rotman, por citar algunos ejemplos.

En el dominio óptico, también se implementan matrices desfasadoras fijas que combinan las ventajas intrínsecas de las matrices desfasadoras fijas eléctricas, tales como la capacidad de generar múltiples desfases progresivos simultáneos y su mejor escalabilidad de cara a grandes agrupaciones de antenas, con las propias de trabajar en dominio óptico: bajas pérdidas, bajo peso y tamaño, inmunidad frente a interferencias electromagnéticas o el funcionamiento simultáneo con diversas portadoras ópticas (WDM). Las redes conformadoras ópticas basadas en este tipo de matrices de desfase se enmarcan dentro de los sistemas de detección remota heterodina, puesto que de otra forma no es posible trasladar al dominio eléctrico las variaciones de la fase óptica que provocan.

Un ejemplo de red conformadora de haces basada en generación heterodina óptica y que usa matrices ópticas de elementos desfasadores/retardadores es el descrito en la solicitud de patente WO 03/079101. En esta red la señal eléctrica deseada se obtiene al introducir dos señales ópticas en un elemento conversor opto-electrónico, que son separadas en frecuencia el mismo valor que la frecuencia deseada.

El proceso de separación en dos caminos físicos distintos de las componentes espectrales ópticas se conoce como batido heterodino y se realiza básicamente mediante el siguiente principio de operación:

Una de las dos señales ópticas atraviesa un elemento conmutador y una matriz de desfase fijo (por ejemplo una matriz de Butler), obteniéndose tantas réplicas de esta señal como puertos de salida de la matriz y con un perfil de desfases determinados (entendido como la diferencia de fase relativa entre las señales). La otra señal se lleva por un camino adyacente hacia la parte de salida, donde se divide en tantas réplicas como puertos de salida tiene la matriz de desfase, conservando un desfase relativo nulo entre estas réplicas. En la etapa de salida se combinan una a una las réplicas de los dos caminos. Cada una de las señales ópticas son detectadas por un detector opto-electrónico (fotodiodo) y convertidas a señal eléctrica. La fase de estas señales se corresponde con la diferencia de fase de las señales ópticas combinadas.

Si bien en la citada WO 03/079101 se exponen multitud de variantes del sistema de conformación, en común requieren:

- un camino de referencia para que entregue una de las dos componentes espectrales, una vez separadas las señales en una sub-matriz de distribución pasiva, hacia una etapa de salida; y

- la mencionada etapa de salida, que incluye un divisor sin desfase de la señal del camino de referencia y tantos acopladores ópticos como número de puertos de la matriz de desfase fijo.

Todas las variantes del sistema de conformación óptica que se recogen en WO 03/079101 presentan los siguientes inconvenientes:

- Debido a que el funcionamiento se basa en generación heterodina óptica, es necesario mantener la coherencia de las señales ópticas (primero separadas y luego juntadas), es decir, se precisa que los caminos que recorren las dos componentes espectrales sean lo más iguales posibles y no presenten variaciones aleatorias. Si se pierde la coherencia (porque los caminos recorridos son distintos o fluctúan, como por ejemplo en las fibras óptica estándar), las señales de salida se convierten en aleatorias y ruidosas, por lo que el sistema deja de funcionar.

- Para mantener tal coherencia, todos los caminos ópticos deben estar implementados en un mismo chip de óptica integrada (un cristal compacto de semiconductor con guías de onda ópticas), o bien, si el sistema se implementa de manera no integrada, es necesario establecer con una muy alta precisión un lazo de enganche de fase óptica.

En particular, en el caso de tener todos los caminos ópticos integrados en un mismo chip, se tiene la limitación de la resolución de los procesos de fabricación que hace que, aún implementando todo el sistema de forma integrada, haya una incertidumbre muy elevada en cuanto a la fase de las señales ópticas dentro del mismo, debido principalmente a la complejidad del sistema. Cabe recordar que el principal objetivo del sistema es conseguir desfases precisos de las señales de salida de cara a apuntar el haz radiado por una antena de agrupación en una dirección determinada del espacio. Por consiguiente, el sistema de conformado se ve limitado de forma práctica a pocos puertos de salida.

En caso de implementar el sistema de manera no integrada (por ejemplo, pasivo. Estos filtros pueden tener una respuesta periódica de manera que realicen la misma funcionalidad para diversas parejas de componentes espectrales en distintas frecuencias

- Una sub-matriz de distribución pasiva configurada para encaminar, mediante una distribución predeterminada y fija, las componentes espectrales ya separadas por un puerto de salida hacia la matriz de desfase fijo. La sub-matriz de distribución pasiva tiene tantos puertos de salida, que constituyen los puertos de salida del bloque óptico pasivo, como puertos de entrada tiene la matriz de desfase fijo (i.e., N) y el número de puertos de entrada es el doble (i.e., 2N), estando cada puerto de entrada de la sub-matriz de distribución pasiva (que es una sub-matriz 2NxN) conectado a un filtro óptico de las N parejas que hay en dicho el bloque óptico pasivo.

En una posible realización del sistema, los filtros ópticos están configurados por parejas de una misma forma, es decir, para filtrar un mismo par de frecuencias. Todas las N parejas de filtros son iguales en este caso. Cada pareja está formada-por-un- primer filtro óptico configurado para entregar una primera portadora óptica a un puerto de entrada de la sub-matriz de distribución pasiva (hacia un primer camino) y un segundo filtro óptico configurado para entregar una segunda portadora óptica a otro puerto de entrada de la sub-matriz de distribución pasiva (hacia un segundo camino).

Este caso de N parejas de filtros en el bloque óptico pasivo idénticamente configuradas corresponde al uso de una fuente óptica generando portadoras ópticas a frecuencias fijas. Conectado a la salida de esa fuente óptica, el sistema adicionalmente puede comprender un elemento de conmutación óptica dotado de una entrada por donde recibe la señal óptica de entrada procedente de la fuente y la conmuta con todas sus componentes espectrales hacia una pluralidad (N) de salidas. Cada salida del elemento conmutador óptico está conectada a un puerto de entrada del bloque óptico pasivo.

Otra opción de realización del sistema es fabricar el bloque óptico pasivo con un solo puerto de entrada y conectarlo directamente a la fuente óptica. En tal caso, se usa una fuente óptica sintonizable para cambiar la longitud de onda de las portadoras ópticas (componentes espectrales de la o las señales ópticas) generadas para conformar la señal óptica de entrada y que se inyecta con todas sus componentes espectrales al bloque óptico pasivo, a través de su único puerto de entrada. Si se sintoniza la frecuencia óptica de la fuente, los filtros ópticos de dicho bloque óptico pasivo están configurados a diferentes pares de frecuencias.

A la salida del conjunto integrado, el sistema puede comprender adicionalmente una pluralidad (N) de convertidores opto-electrónicos (por ejemplo, fotodetectores), capaces de generar una pluralidad (N) de señales eléctricas, a partir de cada par de componentes espectrales. Cada convertidor opto-electrónico se conecta a un puerto de salida (5) de la matriz de desfase fijo...

1. Sistema de conformación óptica de haces, que comprendiendo: