MÉTODO Y SISTEMA QUE PERMITEN TRANSMITIR SEÑALES CON IMPULSOS ÓPTICOS ENRIQUECIDOS ESPECTRALMENTE.

Un sistema de comunicaciones multicanal, que comprende: primero y segundo láseres cada uno seleccionado de entre el grupo constituido por un láser de diodos directamente modulado (61),

un láser de diodos de onda continua (91) y un láser de modo bloqueado (101), presentando dichos primeros y segundos láseres primeras y segundas salidas, respectivamente; primeros y segundos moduladores (64, 97, 105) acoplados a dichos primeros y segundos láseres, respectivamente y dispuestos para modular primeras y segundas salidas de dichos primeros y segundos láseres en primeras y segundas series de impulsos de datos barridos, caracterizados por espectros de frecuencias que son sustancialmente más anchos que los espectros con limitación de la Transformada de Fourier; un primer multiplexor por división de longitud de onda (112), que presenta primeras y segundas entradas y una salida, estando dichas primeras y segundas entradas de dicho multiplexor ópticamente conectadas a dichas primeras y segundas salidas de dichos primeros y segundos láseres, respectivamente; un primer intervalo de fibra de transmisión óptica de dispersión compensada (113), que presenta un primer extremo ópticamente conectado a dicha salida de dicho multiplexor; una primera unidad de compensación de la dispersión (114) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicho primer intervalo y que presenta una entrada ópticamente conectada a un segundo extremo de dicho primer intervalo; un segundo intervalo de dicha fibra de transmisión óptica de dispersión compensada (113) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicha primera unidad de compensación de la dispersión y que presenta un primer extremo conectado, por medios ópticos, a una salida de dicha primera unidad de compensación de la dispersión; una segunda unidad de compensación de la dispersión (114) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicho segundo intervalo y que presenta una entrada ópticamente conectada a un segundo extremo de dicho segundo intervalo; un demultiplexor por división de longitud de onda (115) que presenta una entrada y primeras y segundas salidas, estando dicha entrada de dicho demultiplexor conectada, por medios ópticos, a una salida de dicha segunda unidad de compensación de la dispersión; primeros y segundos receptores ópticos ópticamente conectados a dichas primeras y segundas salidas, respectivamente, de dicho demultiplexor (115) a una distancia en o más allá de una zona de propagación libre de errores desde dichos primeros y segundos láseres, en donde dichos espectros de frecuencias se agotan cuando dichas primeras y segundas series de impulsos se propagan a través de dicha zona de propagación libre de errores, mientras que las formas temporales de dichas primeras y segundas series de impulsos permanecen sustancialmente invariables

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método y sistema de transmisión óptica para red de comunicación de fibra óptica y más en particular, a un método de transmisión de fibra óptica de Multiplexión por División de Longitud de Onda (WDM) y sistema para transmitir señales de impulsos de corta duración.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la historia del desarrollo comercial de las redes de fibras, la tendencia dominante fue reducir al mínimo la anchura espectral de las señales transmitidas. Hubo al menos dos motivaciones para tener como objetivo la minimización espectral: reducir la dispersión de la señal dentro de la línea de transmisión y simplificar el equipo para la transmisión de la señal en el formato de No Retorno a Cero (NRZ).

La mayor parte de los sistemas de transmisión WDM modernos operan con una velocidad de transmisión de datos de 2,5 Gb/s (OC-48) y utilizan la fibra monomodo estándar (SMF) con una dispersión cromática D de aproximadamente 17 ps/nm por km. En estos sistemas, la distancia de transmisión está limitada a aproximadamente 600 km y no requiere compensación de la dispersión. Para los sistemas de WDM de más altas tasas de bits (10 y 40 Gbits/s) y un alcance similar, se requiere una compensación de la dispersión. El desarrollo de medios de compensación de la dispersión, tales como fibras compensadoras de la dispersión o redes de difracción de fibras, elimina el indeseable impedimento de la dispersión lineal [A.H. Gnauck y R.M. Jonson, “Compensación de la dispersión para sistemas de fibra óptica”, Capítulo 7 en Optical Fiber Communication Systems, Vol IIIA, Ed. I.P. Kaminow y T.L. Koch, Academic Press, San Diego, 1997].

El rendimiento de los sistemas de dispersión compensada, con amplificación óptica periódica, está limitado por la acumulación de ruido de emisión espontáneo y la falta de linealidad de las fibras. Para optimizar el rendimiento del sistema de formato NRZ, es preciso conseguir un excelente equilibrio entre la maximización de la relación señal a ruido óptica y la minimización de los efectos no lineales, tales como la modulación de autofase (SPM), la modulación de fases cruzadas (XPM) y la mezcla de cuatro ondas (FWM). La potencia convencional, por canal individual, a la entrada de cada intervalo de fibras es aproximadamente 1 mW (0 dBm) que da lugar a una distancia de propagación máxima de varios centenares de kilómetros. Para la transmisión de canal único, y para la transmisión multicanal en WDM en fibras sin dispersión desplazada, la modulación SPM es el efecto no lineal dominante. Una señal óptica que se propaga en la fibra experimenta un desplazamiento de fase dependiente de la intensidad NL(t,z) dado por [G.P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Capítulo 4, Academic Press, San Diego, 1989]:

**(Ver fórmula)**

donde γ es el coeficiente no lineal de la fibra, P es la potencia óptica y z es la longitud de propagación efectiva. Puesto que la intensidad de la señal depende del tiempo, se obtienen nuevas componentes espectrales (frecuencia):

**(Ver fórmula)**

Cuando se acoplan con la dispersión, estas nuevas componentes espectrales interfieren con las componentes originales y distorsionan la forma temporal de la señal. El flujo de datos de NRZ es una configuración temporal complicada, en la que cada bit individual se distorsiona de forma distinta que los demás bits y por lo tanto, no se puede reestablecer globalmente. Como resultado, los sistemas de transmisión de formato NRZ están diseñados para funcionar en el régimen lineal con un pequeño desplazamiento de fase no lineal, NL(t,z)<<1. En general, la utilización del formato NRZ y la minimización del contenido espectral limita todavía más el desarrollo de la tecnología de la transmisión.

Se desarrollaron varios métodos para resolver el problema de la distorsión no lineal, todos ellos basados en la transmisión de impulsos ópticos de corta duración o la utilización de un formato de retorno a cero (RZ). La importante ventaja del formato RZ es que la distorsión causada por SPM es independiente de la configuración. En el formato RZ, cada bit único que representa un ‘1' es un impulso único idéntico a los demás impulsos. Si un impulso único es compensado para la distorsión de SPM, en tal caso el flujo de datos total será compensado de forma automática.

En retrospectiva, el primer método de compensación de la distorsión no lineal fue la propagación de solitonos ópticos

[L.F. Mollenauer, J.P. Gordon y P.V. Mamyshev, “Solitons in High Bit-Rate, Lon-Distance Transmission”, Capítulo 12 en Optical Fiber Communication Systems, vol. IIIA, Ed. I.P. Kaminow y T.L. Koch, Academic Press, San Diego, 1997]. Para crear un solitono óptico, un impulso óptico limitado por la Transformada de Fourier, que presenta una potencia máxima de varios dBm, se propaga en la fibra óptica con una pequeña dispersión positiva. La idea general de la propagación de solitonos es que la forma del impulso resulta afectada por la dispersión cromática y la no linealidad en una manera que estos dos factores se contra-equilibren entre sí. Para un determinado margen de duración de los impulsos y de la potencia óptica, la forma del impulso se mantiene constante a lo largo de la fibra. La tendencia del impulso a expandirse, debido a la dispersión lineal, se compensa por la contracción debida a la modulación de autofase, de modo que el impulso se mantenga intacto durante su propagación. Dicho de otro modo, el efecto combinado de la dispersión lineal y SPM, en la propagación de los impulsos, se compensa continuamente en cada punto en la fibra. Utilizando la tecnología de transmisión de solitonos, los impulsos de luz limitados por la Transformada de Fourier de duración aproximada de 10 a 30 ps y la potencia máxima de varios dBm se puede propagar a lo largo de los intervalos de fibras de muchos miles de kilómetros sin degradación de la forma significativa.

El equilibrio entre las contribuciones lineales y no lineales, sin embargo, se podría mantener solamente dentro de determinados márgenes de potencia de impulsos y de la dispersión (D<-~1 ps/nm por km). El requisito de baja dispersión limita la aplicabilidad de la transmisión de solitonos a tipos especiales de fibra tal como fibras de dispersión desplazada (DSF), en donde la longitud de onda de dispersión 0 es de 1,5 micrones. El requisito de margen de potencia significa que los amplificadores ópticos en línea deben estar espaciados mucho más próximos que la longitud de intervalo habitual para las redes de larga distancia terrestres comerciales. Una complicación adicional es causada por la fluctuación de retardos de solitonos (conocida como el efecto de Gordon-Haus) inducida por el acoplamiento de solitonos con el ruido del amplificador acumulado. Sistemas de filtrado especiales se desarrollaron para reducir la fluctuación de retardos y permitir una propagación extra larga de las señales. Sin embargo, estos sistemas suelen ser demasiado complicados para su desarrollo en sistemas de transmisión comerciales. Como resultado, la transmisión de solitonos, aunque haya sido estudiada durante casi 20 años, no ha encontrado aplicaciones comerciales.

En los últimos años, se ha desarrollado un nuevo método para la transmisión de RZ, denominado como solitonos gestionados por la dispersión o cuasi-solitonos (M. Suzuki et al., Electronics Lett., Vol 31, p 2027, 1995; J.H.B. Nijhof et al., Opt Lett., Vol 23, p. 1674, 1998; F. Favre et al, Jour. Lightwave Tech., vol 17, p. 1032, 1999). Según este método, la dispersión no lineal se compensa dentro de cada intervalo de fibra en una línea de transmisión de fibra con amplificación óptica periódica, en lugar de compensarse continuamente, en cada punto de la fibra, como en la transmisión de solitonos estándar. Está basado en un fenómeno básico de propagación de impulsos con barridos de frecuencias lineales en medios de soporte no lineales: cuando el barrido lineal y el barrido inducido por no linealidad del impulso están en la misma dirección aumenta el ancho de banda espectral del impulso; cuando están en las direcciones opuestas, disminuye el ancho de banda espectral. Si la dispersión lineal de los medios de soporte cambia de signo, periódicamente, en una forma adecuadamente diseñada, el contenido espectral del impulso de propagación y su forma variarían también periódicamente. Utilizando una pre-dispersión adecuada y la disposición de fibras de dispersiones positivas y negativas, que suelen referirse... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de comunicaciones multicanal, que comprende:

primero y segundo láseres cada uno seleccionado de entre el grupo constituido por un láser de diodos directamente modulado (61), un láser de diodos de onda continua (91) y un láser de modo bloqueado (101), presentando dichos primeros y segundos láseres primeras y segundas salidas, respectivamente;

primeros y segundos moduladores (64, 97, 105) acoplados a dichos primeros y segundos láseres, respectivamente y dispuestos para modular primeras y segundas salidas de dichos primeros y segundos láseres en primeras y segundas series de impulsos de datos barridos, caracterizados por espectros de frecuencias que son sustancialmente más anchos que los espectros con limitación de la Transformada de Fourier;

un primer multiplexor por división de longitud de onda (112), que presenta primeras y segundas entradas y una salida, estando dichas primeras y segundas entradas de dicho multiplexor ópticamente conectadas a dichas primeras y segundas salidas de dichos primeros y segundos láseres, respectivamente;

un primer intervalo de fibra de transmisión óptica de dispersión compensada (113), que presenta un primer extremo ópticamente conectado a dicha salida de dicho multiplexor;

una primera unidad de compensación de la dispersión (114) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicho primer intervalo y que presenta una entrada ópticamente conectada a un segundo extremo de dicho primer intervalo;

un segundo intervalo de dicha fibra de transmisión óptica de dispersión compensada (113) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicha primera unidad de compensación de la dispersión y que presenta un primer extremo conectado, por medios ópticos, a una salida de dicha primera unidad de compensación de la dispersión;

una segunda unidad de compensación de la dispersión (114) caracterizada por una dispersión opuesta a la de dicho segundo intervalo y que presenta una entrada ópticamente conectada a un segundo extremo de dicho segundo intervalo;

un demultiplexor por división de longitud de onda (115) que presenta una entrada y primeras y segundas salidas, estando dicha entrada de dicho demultiplexor conectada, por medios ópticos, a una salida de dicha segunda unidad de compensación de la dispersión;

primeros y segundos receptores ópticos ópticamente conectados a dichas primeras y segundas salidas, respectivamente, de dicho demultiplexor (115) a una distancia en o más allá de una zona de propagación libre de errores desde dichos primeros y segundos láseres, en donde dichos espectros de frecuencias se agotan cuando dichas primeras y segundas series de impulsos se propagan a través de dicha zona de propagación libre de errores, mientras que las formas temporales de dichas primeras y segundas series de impulsos permanecen sustancialmente invariables.

2. El sistema, según la reivindicación 1, en donde dichas primeras y segundas unidades de compensación de la dispersión son primeras y segundas redes de difracción de Bragg, respectivamente.