Un dispositivo para medir la dispersión de modo de polarización (PMD) de un dispositivo óptico bajo prueba (DUT) que comprende:

una fuente de luz polarizada (12) para lanzar una señal de prueba óptica, con un estado de polarización y un rango de longitudes de onda, a través del DUT; un medio de despolarización de luz (14) entre la fuente de luz polarizada (12) y el dispositivo óptico, que comprende: un primer elemento birrefringente (18) con un eje propio orientado en un ángulo agudo respecto al estado de polarización de la señal de prueba óptica; y un segundo elemento birrefringente (20) con un eje propio orientado en un ángulo agudo respecto al eje propio del primer elemento birrefringente (18) y el estado de polarización de la señal de prueba óptica; de manera que el estado de polarización de la señal de prueba óptica en el dominio de longitud de onda óptica incluye una pluralidad de componentes portadoras asociadas con retardos de los elementos birrefringentes primero y segundo (18 y 20); y un medio de análisis (16) para calcular la PMD media del DUT tomando una media de la PMD de la pluralidad de componentes portadoras; caracterizado porque cada componente portadora incluye una superposición de luz polarizada circularmente, elípticamente y linealmente en diferentes longitudes de onda en el rango de longitudes de onda

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un dispositivo para medir la dispersión de modo de polarización (PMD) y en concreto a un dispositivo para medir la PMD que incluye un despolarizador con una pluralidad de elementos birrefringentes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La dispersión de modo de polarización (PMD) es un mecanismo de distorsión, como la dispersión cromática, que hace que los dispositivos ópticos, como las fibras monomodo, los conmutadores ópticos y los aislantes ópticos, distorsionen las señales de luz transmitidas, que puede resultar en la atenuación de las señales aleatorias, un aumento de la distorsión compuesta de segundo orden, y un aumento de las tasas de error. La relativa gravedad de la PMD, que es una función de la longitud de onda de la luz transmitida, ha aumentado a medida que han mejorado las técnicas para manejar la dispersión cromática, han aumentado las distancias de transmisión, y han aumentado las tasas de bits.

La PMD se debe al retardo de grupo diferencial (DGD) causado por irregularidades geométricas y otras fuentes de birrefringencia en la ruta de transmisión del dispositivo óptico. Por ejemplo, una fibra monomodo (SMF) es idealmente un medio homogéneo que soporta sólo un modo. En la práctica, soporta dos modos de propagación con polarizaciones ortogonales. Cuando una fuente de ondas luminosas transmite un pulso en una fibra SMF, la energía de pulso se resuelve sobre los principales estados de polarización (PSP) de la fibra. Los dos grupos de energía de pulso se propagan a diferentes velocidades y llegan en distintos momentos provocando el ensanchamiento de pulso y la distorsión de la señal. Cuando el núcleo de la fibra que confina la luz es asimétrico, la luz que viaja a lo largo de un eje de polarización se mueve más lentamente que la luz polarizada a lo largo del otro eje, lo que puede resultar en la dispersión del pulso, superponiéndose así con otros pulsos, o en el cambio de forma, haciéndolo así indetectable en el receptor.

Determinar la PMD de las fibras ópticas instaladas resulta útil para determinar la capacidad de las fibras para transmitir nuevos servicios de telecomunicaciones, y para el diseño y control de los compensadores de PMD.

La PMD de una fibra se caracteriza comúnmente por dos estados ortogonales específicos de polarización denominados los estados principales de polarización (PSPs) y el retardo de grupo diferencial (DGD) entre los mismos. El DGD puede describirse en una longitud de onda óptica λ por el vector de Stokes de 3 componentes, [Ω(λ)] = Δτq, donde q es un vector de Stokes unitario que apunta en la dirección del PSP más rápido, y la magnitud Δτ es el DGD. Los valores de DGD típicos encontrados en los sistemas de transmisión oscilan entre unas pocas decenas de fs y 100 ps.

Los métodos conocidos para determinar los vectores PMD incluyen la técnica de análisis propio de la matriz de Jones (JME) y el método de la matriz de Muller (MMM). Cada una de estas técnicas utiliza un láser ajustable de onda continua y un polarímetro para medir los estados de polarización de salida para dos (o tres) lanzamientos de polarización de entrada diferentes en dos frecuencias ópticas. A continuación se calcula el vector PMD para la frecuencia de punto medio. Además de determinar el vector PMD de salida, el método de la matriz de Muller determina la matriz de rotación de la fibra en cada frecuencia y por tanto puede calcularse el vector PMD de entrada. Los defectos de estas técnicas son que son algo difíciles de aplicar, especialmente en un sistema de retroalimentación, porque requieren la diferenciación de la frecuencia de los datos medidos en frecuencias ópticas plurales.

La invención descrita se refiere a la medición de la dispersión de modo de polarización con un método de Analizador Fijo - Transformada de Fourier (FA-FT) o un método interferométrico (INTFER), que son bien conocidos en la técnica anterior. Por lo general, para el método INTFER, una fuente de luz de banda ancha se envía a través de un DUT y a continuación a un interferómetro. A medida que se hace oscilar el brazo móvil del interferómetro, se observan unas franjas de interferencia en un detector sólo si la diferencia de retardo entre los dos brazos coincide con un retardo generado en el DUT dentro del tiempo de coherencia de la fuente de luz. Para un dispositivo de modos no acoplados, se forma un histograma de retardo con un pico central y dos lóbulos laterales trazando la envolvente de las franjas de interferencia a medida que se explora el brazo móvil del interferómetro. El pico central es la autocorrelación de la fuente, que no proporciona ninguna información referente a la PMD; sin embargo, la distancia desde cualquier lóbulo lateral hasta el pico central es una medida del DGD medio sobre el espectro de la fuente de luz. De manera alternativa, la separación entre los dos lóbulos laterales es igual a dos veces el DGD medio sobre el espectro de la fuente de luz.

El método INTFER también puede utilizarse para medir el DGD en los dispositivos de modos acoplados; sin embargo, si hay N sitios de acoplamiento de modos, habrá 2N+2-1 picos en el histograma de retardo resultante. La separación de picos adyacentes puede ser fácilmente inferior al momento de coherencia de la fuente de luz, y así los picos no son necesariamente distinguibles; por consiguiente, la envolvente del histograma de retardo resultante proviene de la adición coherente de los diversos retardos. El valor RMS DGD puede obtenerse a partir del segundo momento del histograma de retardo "con forma de Gauss". Lamentablemente, existen características no ideales del histograma de retardo que hacen que se desvíe de una verdadera forma de gaussiana, p. ej., el pico de autocorrelación y el umbral mínimo de ruido. Se han hecho intentos para corregir estas características durante el cálculo matemático, pero hasta ahora no han sido un éxito completo.

El método FA, también conocido como método de exploración de longitud de onda, mide indirectamente el DGD medio detectando la luz transmitida a través de una configuración de polarizador /DUT/polarizador como una función de la longitud de onda. La fuente de luz puede ser un láser ajustable, que requiere un único detector, o una fuente de banda ancha con un analizador de espectro óptico. A medida que el vector de polarización de salida SOUT(ω) se mueve alrededor de la esfera de Poincaré, la intensidad normalizada IN(ω) transmitida a través del polarizador de salida puede definirse como:

**(Ver fórmula)**

En la que los ángulos están en coordenadas de esfera de Poincaré, Φ es el ángulo entre Ω y el vector de Stokes que describe el eje de transmisión del polarizador de salida, y φ es el ángulo entre SOUT y Ω. φ y Φ son independientes de ω para los dispositivos de modos no acoplados. θ(ω) es el ángulo azimutal de la precesión de SOUT(ω) alrededor de Ω. Para los dispositivos de modos no acoplados, θ(ω) depende aproximadamente linealmente de ω y contiene toda la dependencia de frecuencias ópticas de IN(ω). Por consiguiente, dθ/dω y de ese modo el DGD medio (Δτ) puede determinarse contando el número de extremos, es decir, picos y valles, en la curva IN(ω) sinusoidal sobre un rango dado de frecuencias ópticas. De manera alternativa, el espectro IN(ω) puede transformarse por la transformada de Fourier (FA-FT) en el dominio temporal, resultando en un histograma de retardo muy similar a uno, que podría producirse a partir de una medición interferométrica utilizando el mismo espectro óptico de la fuente de luz.

Sin embargo, el DUT siempre muestra estados propios de polarización con un eje lento y rápido, lo cual es cierto incluso para el caso más común de fibras de acoplamiento fuerte, aunque en ese caso los ejes propios giran con la longitud de onda. Teniendo en cuenta que la luz se lanza sin ningún control sobre la orientación de su estado de polarización con respecto al eje propio de la fibra en la entrada, ni sobre la orientación del polarizador de salida con respecto al eje propio de la fibra en la salida, puede entenderse fácilmente que la medición tiene una repetibilidad pobre. La repetibilidad está directamente relacionada con el número de rotaciones del eje propio sobre el intervalo de longitud de onda del análisis. Más concretamente, la desviación estándar de las mediciones es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del producto del intervalo de longitud de onda y el...

1. Un dispositivo para medir la dispersión de modo de polarización (PMD) de un dispositivo óptico bajo prueba (DUT) que comprende:

una fuente de luz polarizada (12) para lanzar una señal de prueba óptica, con un estado de polarización y un rango de longitudes de onda, a través del DUT; un medio de despolarización de luz (14) entre la fuente de luz polarizada (12) y el dispositivo óptico, que comprende:

un primer elemento birrefringente (18) con un eje propio orientado en un ángulo agudo respecto al estado de polarización de la señal de prueba óptica; y un segundo elemento birrefringente (20) con un eje propio orientado en un ángulo agudo respecto al eje propio del primer elemento birrefringente (18) y el estado de polarización de la señal de prueba óptica; de manera que el estado de polarización de la señal de prueba óptica en el dominio de longitud de onda óptica incluye una pluralidad de componentes portadoras asociadas con retardos de los elementos birrefringentes primero y segundo (18 y 20); y

un medio de análisis (16) para calcular la PMD media del DUT tomando una media de la PMD de la pluralidad de componentes portadoras; caracterizado porque cada componente portadora incluye una superposición de luz polarizada circularmente, elípticamente y linealmente en diferentes longitudes de onda en el rango de longitudes de onda.

2. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la media es de una media ponderada en base a la potencia de cada portadora.

3. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la media se obtiene combinando la pluralidad de portadoras en un pico resultante, y calculando la anchura RMS del pico resultante.

4. El dispositivo según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que el medio de análisis (16) comprende una configuración de la transformada de Fourier en el eje fijo que incluye:

un polarizador (22) para analizar la señal de prueba óptica que sale del DUT; un analizador de espectro óptico (24) para generar un espectro óptico de una transmisión de polarización frente a una longitud de onda óptica de la señal de prueba óptica que sale del polarizador (22); y un ordenador (26) para efectuar una transformada de Fourier del espectro óptico y calcular la PMD media de la pluralidad de componentes portadoras.

5. El dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el medio de análisis (16) comprende una configuración interferométrica que incluye:

un interferómetro (28) para interferir las partes de la señal de prueba óptica que forman una señal transmitida; un detector (32) para medir la intensidad de la señal transmitida; y un ordenador (34) para calcular la PMD media de la pluralidad de componentes portadoras.

6. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la pluralidad de componentes portadoras comprende dos o más de:

una primera componente portadora en base a una diferencia entre las longitudes de camino óptico ordinario y extraordinario a través del primer elemento birrefringente (18); una segunda componente portadora en base a una diferencia entre las longitudes de camino ordinario y extraordinario a través del segundo elemento birrefringente (20); una tercera componente portadora en base a una diferencia entre las longitudes de camino óptico ordinario y extraordinario a través de la combinación de los elementos birrefringentes primero y segundo (18 y 20); y una cuarta componente portadora en base a una diferencia entre las longitudes de camino óptico ordinario y extraordinario a través de una diferencia entre los elementos birrefringentes primero y segundo (18 y 20);.

7. El dispositivo según la reivindicación 6, en el que las componentes portadoras primera, segunda, tercera y cuarta se encuentran dentro de los 5 ps a 30 ps de las componentes portadoras adyacentes.

8. El dispositivo según la reivindicación 6, en el que por lo menos una de las componentes portadoras se encuentra a 50 ps o más de las componentes portadoras adyacentes para medir la PMD hasta 10 ps, y por lo menos una de las componentes portadoras se encuentra dentro de 5 a 30 ps una de la otra para medir la PMD hasta 5 ps.

9. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el eje propio del primer elemento birrefringente se orienta a ± π/6 con respecto al estado de polarización de la señal de prueba óptica; y en el que el eje propio del segundo elemento birrefringente se orienta a ± π/4 respecto al eje propio del primer elemento birrefringente (18).

10. El dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende adicionalmente un tercer elemento birrefringente con un eje propio orientado en un ángulo agudo respecto al eje propio de los elementos birrefringentes primero y segundo (18 y 20) y el estado de polarización de la señal de prueba óptica proporcionando unas componentes portadoras adicionales; en el que una pluralidad de componentes portadoras se encuentran de 5 ps a 30 ps entre sí para medir las mediciones de rango bajo; y en el que una pluralidad de componentes portadoras se encuentran de 30 ps a 100 ps entre sí para medir las mediciones de rango superior.