COMPENSADOR DE DISPERSIÓN Y NO LINEAL PARA FIBRA ÓPTICA DE DISTRIBUCIÓN.

Compensador de dispersión y no lineal para fibra óptica de distribución REFERENCIA A UNA SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reivindica los beneficios de la solicitud provisional americana titulada compensador de dispersión y no lineal para fibra óptica de distribución, solicitud 60/810,440 presentada el 2 de junio de 2006, la integridad de la cual se incorpora a este documento como referencia. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema para controlar la duración de impulsos distribuidos a través de una fibra óptica. 2. Descripción de la tecnología conocida Los impulsos ópticos extremadamente cortos en la gama de los femtosegundos generados por una fuente óptica son transferidos a un generador de terahercios por medio de un cable de fibra óptica. Un transmisor de terahercios comprende un material que, cuando se ilumina con un impulso óptico corto, genera una radiación electromagnética en la gama de los terahercios (de 10 GHz hasta 50THz). Estos materiales quedan dentro principalmente de dos grandes categorías: generadores de teraherciosfoto conductores y generadores ópticos no lineales. En la primera categoría, los fotones que inciden generan transportadores eléctricos, tanto agujeros como electrones, los cuales son entonces acelerados por un potencial de tensión en el interior del material que tanto se aplica exteriormente como está presente interiormente debido a los potenciales superficiales en los semiconductores o causado por las movilidades que difieren de los agujeros y los electrones, referido como el efecto Dember. Este movimiento de la carga a su vez genera un campo electromagnético que normalmente consta de un ciclo individual o medio ciclo de radiación en la gama de los terahercios. La segunda categoría de los generadores de terahercios consisten en materiales que utilizan procedimientos ópticos no lineales para generar una radiación de terahercios. Estos materiales tienen una susceptibilidad no lineal, (2) , (3) o (4) que causa el impulso óptico de entrada para generar un estado de polarización descrito por la ecuación: PNL = (i) (E) i . En donde PNLes el estado de polarización no lineal del material y E es el campo eléctrico del impulso óptico incidente. Típicamente, la no linealidad de segundo orden (2) , se utiliza haciendo la amplitud de polarización inducida proporcional al cuadrado de la amplitud del campo eléctrico del impulso láser. Este procedimiento es conocido por una serie de nombres para describir los diversos procesos físicos que tienen lugar. Algunos de los efectos conocidos que ocurren son el efecto inverso de Franz-Keldysh, rectificación óptica de campo eléctrico inducido, el efecto Stark, y la radiación Cherenkov. Estos efectos de aquí en adelante serán referidos colectivamente como rectificación óptica puesto que la literatura científica generalmente acepta este término para comprender todos estos efectos. A fin de distribuir con éxito impulsos sub 100 femtosegundos de alto contraste desde un láser al generador óptico utilizando una fibra óptica, la dispersión de la fibra óptica se debe compensar. La dispersión es el alargamiento en la duración de un impulso de luz a medida que viaja en la longitud de una fibra óptica debido a diferentes longitudes de onda o colores de luz que viajan a diferentes velocidades a través de la fibra. Este fenómeno resulta a partir de la dependencia de la frecuencia del índice de refracción del silicio utilizado en las fibras ópticas y la geometría de la fibra. El origen físico del índice de refracción y su consiguiente naturaleza que depende de la frecuencia son resonancias en la estructura del material. La mayor parte de los materiales ópticos tienen una fuerte absorción resonante en la parte ultravioleta del espectro y otra en los infrarrojos medios que conduce a una dispersión de la velocidad de grupo ("GVD") siendo positiva en la parte ultravioleta y visible del espectro y negativa en la parte cerca del infrarrojo del espectro. La dispersión de la velocidad de grupo se refiere a la segunda derivada del índice de refracción con respecto a la longitud de onda. Una dispersión de la velocidad de grupo positiva es la condición en la que paquetes de luz de longitud de onda más larga viajarán más rápido a través de la fibra óptica que los paquetes de luz de longitud de onda más corta. Una dispersión de la velocidad del grupo negativa es la condición opuesta, los paquetes de luz de longitud de onda más corta viajarán más rápidos a través de la fibra óptica que los paquetes de luz de longitud de onda más larga. Además de la compensación de la dispersión, a energías ópticas más elevadas se debe controlar la automodulación de fase en la fibra. La automodulación de fase ("SPM") es un efecto causado por el incremento del índice de refracción con la intensidad de la luz en la fibra óptica y en otros materiales. Cuando la fibra está transportando un impulso óptico, la automodulación de fase depende de la energía del impulso y del perfil temporal. Generalmente, pero no siempre, el efecto de la automodulación de fase es incrementar el ancho de banda del impulso. La automodulación de fase complica el problema de la compensación de la dispersión. En la presencia de la 2   automodulación de fase, la gestión de la dispersión deja de ser un fenómeno simple lineal, sino que se convierte en no lineal y la intensidad del impulso y la forma en cada punto del sistema se tienen que tener en cuenta. Esto es especialmente cierto en el caso en el que el sistema de fibras de distribución tiene su compensación de la dispersión antes de la fibra de distribución, como describe J. V. Rudd en la patente americana US Nº 6,320,191. Por lo tanto, generalmente es preferible hacer mínimos los efectos de la automodulación de fase en el sistema. En este caso, la automodulación de fase realmente disminuye el ancho de banda óptica, limitando de ese modo la duración del impulso mínimo al final de la fibra de distribución. Este efecto se convierte en más pronunciado a medida que aumenta la energía óptica y presenta límites prácticos en cuánta energía óptica puede ser distribuida a través de la fibra. Típicamente, para una fibra mono modo, este efecto limita la energía óptica distribuida a unos pocos milivatios (a 80 MHz de frecuencia de repetición) antes de que el ancho de banda empiece a degradarse de forma evidente. Alternativamente, es posible utilizar los efectos del ensanchamiento espectral de la automodulación de fase para sacar partido ya que esto hace posible la compresión del impulso global; esto es, es posible obtener impulsos de salida más cortos que los impulsos de entrada si la dispersión se ajusta apropiadamente para comprimir óptimamente el ancho de banda adicional debido a la automodulación de fase. Adicionalmente, la sensibilidad de polarización es una característica de las antenas foto conductoras que se tiene que tener en cuenta y corregir para un comportamiento óptimo. La responsividad y la foto corriente de corriente continua de una antena foto conductora (tanto para el transmisor como para el receptor) depende de la polarización del impulso láser incidente y puede tener una relación de contraste de polarización de hasta el 30%. La polarización distribuida por la fibra óptica depende de la polarización de la fuente de láser y la birrefringencia de la fibra. Las fibras con una birrefringencia inferior tienen un mezclado más rápido de los estados de polarización, a menos que se incluya un control de la polarización para asegurarse de que la luz es transportada a lo largo del eje lento. Las fibras con una birrefringencia más elevada causan menos mezclado de polarización, pero a menos que la polarización esté controlada, la energía del impulso que viaja en los ejes rápido y lento llega al transmisor de terahercios en momentos diferentes. Los procedimientos de control de la polarización incluyen la utilización de teclas en los conectores, la utilización de placas de onda giratorias en las terminaciones de la fibra y la utilización de procedimientos activos o manuales para generar birrefringencia de tensión. La elección de una fuente de láser de impulso ultracorto ("USPL") tiene una relación sustancial en el tamaño y el peso del sistema. Los láseres de titanio zafiro(Ti:sapphire) mientras se utilizan comúnmente para la generación y detección de terahercios, son grandes, pesados y requieren refrigeración con agua. Esto es debido a la naturaleza ineficaz, de múltiples etapas de los láseres de titanio zafiro, los cuales requieren bombeode diodo de un láser de estado sólido, seguido por el desdoblamiento de la frecuencia y finalmente el bombeo del cristal de titanio zafiro con la luz de frecuencia doble. Unos ahorros significantes en el tamaño y en... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para compensar la dispersión en un sistema de terahercios, el sistema comprendiendo: una fibra óptica configurada para transmitir un impulso óptico; un compensador ópticamente acoplado a la fibra óptica, el compensador configurado para compensar una dispersión del impulso óptico causada cuando el impulso óptico se propaga a través de la fibra óptica; un dispositivo de terahercios ópticamente inducido provisto de una antena, el dispositivo de terahercios ópticamente inducido acoplado ópticamente al compensador, por lo que el dispositivo de terahercios está configurado para transmitir o recibir radiación de terahercios a través de la antena; en el que el dispositivo de terahercios ópticamente inducido es un receptor de terahercios, en el que la antena está ópticamente acoplada al compensador para el muestreo del campo eléctrico formado en la antena desde la radiación de terahercios recibida; en el que compensador es una fibra de cristal fotónico, la fibra de cristal fotónico siendo un compensador fijo y el compensador adicionalmente comprende un conversador ajustable conjuntamente con el compensador fijo. 2. El sistema de la reivindicación 1 en el que la fibra óptica es una fibra óptica mono modo de un tipo normal o que mantiene la polarización. 3. El sistema de la reivindicación 1 en el que la fibra óptica es una fibra óptica de área modal grande. 4. El sistema de la reivindicación 1 en el que el receptor de terahercios adicionalmente comprende un medio de conmutación óptica, en el que el medio de conmutación óptica es un elemento foto conductor. 5. El sistema de la reivindicación 1 en el que la antena es una antena dedipolo o de dipolo replegado. 6. El sistema de la reivindicación 1 en el que el receptor de terahercios está ópticamente acoplado al compensador a través de una lente. 7. El sistema de la reivindicación 1 en el que el receptor de terahercios está ópticamente acoplado al compensador a través de un contacto directo. 8. El sistema de la reivindicación 1 adicionalmente comprendiendo un láser de modo bloqueado dopado con iterbio o dopado con neodimio ópticamente acoplado a la fibra óptica, el láser de modo bloqueado dopado con iterbio o dopado con neodimio configurado para producir el impulso óptico. 9. El sistema de la reivindicación 1 en el que el dispositivo de terahercios ópticamente inducido es también un transmisor de terahercios, en el que la antena está ópticamente acoplada al compensador para la generación de una radiación de terahercios. 10. El sistema de la reivindicación 9 en el que la fibra óptica es una fibra óptica mono modo o de un tipo normal o que mantiene la polarización. 11. El sistema de la reivindicación 9 en el que la fibra óptica es una fibra óptica de área modal grande. 12. El sistema de la reivindicación 9 en el que el transmisor de terahercios adicionalmente comprende un medio de conmutación óptica, en el que el medio de conmutación óptica es un elemento foto conductor. 13. El sistema de la reivindicación 9 en el que la antena es una es una antena de dipolo o de dipolo replegado. 14. El sistema de la reivindicación 9 en el que el transmisor de terahercios está ópticamente acoplado al compensador a través de una lente. 15. El sistema de la reivindicación 9 en el que el transmisor de terahercios está ópticamente acoplado al compensador a través de un contacto directo. 16. El sistema de la reivindicación 9 adicionalmente comprendiendo un láser de modo bloqueado dopado con iterbio o dopado con neodimio ópticamente acoplado a la fibra óptica, el láser de modo bloqueado dopado con iterbio o dopado con neodimio configurado para producir el impulso óptico. 8   9     11   12   13   14