Determinación de relaciones de señal/ruido óptico en banda en señales ópticas con estados de polarización variables en el tiempo usando extinción de polarización.

Un método para medir la relación de señal/ruido óptico de una señal óptica que contiene una pluralidad de canales de longitud de onda con estados de polarización variables en el tiempo,

que comprende:

(a) filtrar la señal óptica para formar una señal de prueba que comprende uno de los canales de longitud de onda o una frecuencia óptica seleccionada en uno de los canales de longitud de onda seleccionados;

(b) transformar el estado de polarización de la señal de prueba en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización transformados diferentes;

(c) filtrar un primer estado de polarización de los estados de polarización transformados de la señal de prueba con un filtro de polarización (26) bajo una orientación fija predeterminada;

(d) medir la potencia óptica de la señal de prueba transmitida a través del filtro de polarización (26) en cada uno de los estados de polarización transformados con el fin de determinar unas potencias de señal óptica medidas máxima y mínima; y

(e) calcular una relación de extinción de polarización a partir de las mediciones de las señales recibidas máxima y mínima con el fin de obtener una relación señal/ruido óptico para la señal de prueba; en donde el tiempo de medición del paso (d) es suficientemente corto para que el estado de polarización de la señal luminosa óptica en el canal de longitud de onda seleccionado sea sustancialmente constante durante la medición de la potencia óptica, limitando así una degradación en la relación de extinción de polarización calculada, caracterizado porque en el paso (b) comprende:

(i) modular aleatoria o seudoaleatoriamente el estado de polarización de la señal de prueba a un primer régimen; y

(ii) transformar el estado de polarización modulado de la señal de prueba en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización diferentes a un segundo régimen más lento que el primer régimen

Determinación de relaciones de senal/ruido óptico en banda en senales ópticas con estados de polarización variables en el tiempo usando extinción de polarización.

REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDADES RELACIONADAS

La presente invención reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Norteamericana numero 61/073.988, presentada el 9 de junio de 2008.

CAMPO TECNICO

La presente invención se refiere a la determinación de relaciones de senal/ruido óptico y, en particular, al uso de extinción de polarización para determinar relaciones de senal/ruido óptico en banda (OSNR) en senales ópticas que muestran variaciones lentas o rapidas en el estado de polarización.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Las senales transmitidas a traves de sistemas de comunicación por fibra óptica de larga distancia pueden degradarse severamente por ruido óptico excesivo, el cual es introducido por los amplificadores ópticos empleados para amplificar la potencia de senal a lo largo de los sistemas. Por tanto, la calidad de una senal óptica transmitida 15 se caracteriza frecuentemente por la relación senal/ruido óptico (OSNR) , que define la relación de potencia de senal que porta la senal de información deseada y el ruido óptico anadido en el sistema de comunicación. En sistemas de comunicación sin un fuerte filtrado óptico, la OSNR puede determinarse facilmente mediante analisis espectral de las senales transmitidas, el cual mide la potencia óptica de la senal portadora de información así como la densidad espectral del ruido Gaussiano introducido por amplificadores ópticos. Tfpicamente, el ruido óptico aparece como un suelo en el espectro óptico analizado y, por tanto, puede medirse facilmente a frecuencias ópticas a las que no se transmite ninguna senal de información óptica.

En sistemas de transmisión ópticos modernos con multiplexado de longitud de onda, las diversas senales transmitidas pueden estar escasamente desfasadas segun su frecuencia óptica, haciendo así muy diffcil medir el suelo de ruido óptico entre senales adyacentes del espectro óptico recibido. Ademas, las senales pueden hacerse pasar a traves de filtros ópticos de banda estrecha que reducen sustancialmente el suelo de ruido óptico a componentes de frecuencia a las cuales no se transmite ninguna senal portadora de información.

Un tecnica de anulación de polarización, que sustancialmente elimina la senal de información óptica polarizada de la senal óptica recibida, revelando así el suelo del ruido óptico no polarizado en el espectro óptico, se ha descrito en "Medición de la Relación Senal/Ruido Optico en Redes WDM Usando Extinción de Polarización" por M. Rasztovits30 Wiech y otros, Conferencia Europea de Comunicación Optica, 20-24 de septiembre de 1998, Madrid, Espana, paginas 549-550, y en las patentes norteamericanas nos. 6.813.021, expedidas el 2 de noviembre de 2004 a Chung y otros, la 7.106.443, expedida el 12 de septiembre de 2006 a Wein y otros, y 7.149.428, expedida el 12 de diciembre de 2006 a Chung y otros, las cuales se incorporan al presente documento por referencia. La tecnica descrita permite la medición de la OSNR dentro del ancho de banda de la senal de información óptica transmitida, es decir la "medición de la OSNR en banda", cuando la senal muestra un estado de polarización sustancialmente constante.

Sin embargo, es bien conocido por los versados en la materia que el estado de polarización de salida de una senal transmitida por una fibra óptica puede fluctuar aleatoriamente en el tiempo, dado que las fibras ópticas estandar no mantienen el estado de polarización de las senales lanzadas. La velocidad y magnitud de las fluctuaciones de la polarización introducidas en la fibra dependen del ambiente físico al cual esta expuesta la fibra, y, por tanto, pueden ser potencialmente grandes. En consecuencia, estas fluctuaciones de polarización aleatorias pueden limitar severamente las mediciones de la OSNR en banda usando el metodo de extinción de polarización u otros tipos de analisis de polarización.

Segun sistemas convencionales, las mediciones de la OSNR en banda se realizan usualmente con un aparato de 45 medición 1, el cual comprende un filtro óptico sintonizable o un analizador de espectro 2, que esta conectado a un analizador 3 de estado de polarización óptica fijo o variable, segun se muestra esquematica en la figura 1 (a) . Una formación de fotodetectores 4 esta acoplada ópticamente con las salidas del analizador 3 de estado de polarización, desde las cuales puede medirse la OSNR. El aparato 1 esta acoplado ópticamente a la fibra de transmisión 5 de una red óptica. Se aprecia por los versados en la materia que el filtro óptico sintonizable 2 puede preceder o seguir al 50 analizador 3 de estado de polarización sin afectar la funcionalidad global del aparato 1.

En un sistema alternativo ilustrado en la figura 1 (b) , un aparato de medición 10 incluye un analizador 3' de estado de polarización compuesto por un controlador 6 de polarización óptica variable, con un secuenciador 7 de exploración y un filtro o divisor 8 de polarización fija, en donde el filtro/divisor 8 de polarización sigue al controlador 6 de polarización. En esta realización, el analizador 2 de espectro/filtro sintonizable puede conectarse a la salida del 55 filtro/divisor 8 de polarización, segun se muestra en la figura 1 (b) , o puede colocarse entre el controlador 6 de polarización y el filtro 8 de polarización. Alternativamente, incluso puede preceder al controlador 6 de polarización.

Los versados en la tecnica apreciaran que la disposición preferida de estos tres elementos depende de los detalles específicos de la caracterfstica de transmisión óptica de los diversos elementos y componentes.

En el sistema ilustrado en la figura 1 (b) , el controlador 6 de polarización se ajusta de una manera predeterminada por el secuenciador 7 de exploración para transformar el estado de polarización que se hace pasar secuencialmente por el filtro 8 en una secuencia predeterminada continua e incrementalmente variable de estados de polarización de entrada óptica, que sustancialmente cubren toda la esfera de Poincare. Una formación de detectores ópticos (no mostrada) despues del analizador 2 de espectro registra entonces los niveles de potencia óptica de todos los estados de polarización sondeados en los componentes de frecuencia óptica deseada. Los niveles de senal y ruido de la senal analizada se determinan a partir de los valores maximos y mfnimos de las lecturas de potencia registradas para los diversos estados de polarización sondeados, por lo que se asume que el nivel de potencia es mfnimo cuando la senal de información polarizada es sustancialmente bloqueada (o "anulada") por el filtro/divisor 8 de polarización y sólo se deja pasar ruido no polarizado al detector óptico. De igual modo, se asumen que el nivel de potencia es maximo cuando el estado de polarización de la senal de información es sustancialmente identico al estado de polarización analizado por el filtro 8 de polarización, en cuyo caso tanto la senal entera como el ruido se dejan pasar al detector óptico. La OSNR de la senal recibida puede estimarse entonces a partir de un sencillo analisis de los niveles de potencia mfnimo y maximo medidos, segun se describe, por ejemplo, en la patente norteamericana antes referenciada numero 7.149.428 o en la publicación de solicitud de patente norteamericana US 2006/0051087, publicada el 9 de marzo de 2006, de Martin y otros, titulada "Metodo para Determinar la Relación Senal/Ruido de una Senal Optica".

Para el analisis antes descrito de las caracterfsticas de polarización de la senal de información óptica recibida, el estado de polarización de la senal de información óptica debera ser sustancialmente constante durante el perfodo de tiempo necesario para ciclar el controlador 6 de polarización a traves de la secuencia deseada de transformaciones de polarización, incluyendo el tiempo necesario para medir los niveles de potencia óptica en la formación de detectores. Si el estado de polarización de entrada de la senal de información óptica cambia sustancialmente durante el periodo de tiempo de la medición de la OSNR, el controlador 6 de polarización puede no ser capaz de transformar el estado de polarización de la senal de información en dos estados de polarización deseados, es decir, uno que es bloqueado sustancialmente por el filtro 8 de polarización y el otro que es hecho pasar a traves del filtro 8 con atenuación mfnima. Si ninguno de los diversos estados de polarización... [Seguir leyendo]

1. Un metodo para medir la relación de senal/ruido óptico de una senal óptica que contiene una pluralidad de canales de longitud de onda con estados de polarización variables en el tiempo, que comprende:

(a) filtrar la senal óptica para formar una senal de prueba que comprende uno de los canales de longitud de onda o una frecuencia óptica seleccionada en uno de los canales de longitud de onda seleccionados;

(b) transformar el estado de polarización de la senal de prueba en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización transformados diferentes;

(c) filtrar un primer estado de polarización de los estados de polarización transformados de la senal de prueba con un filtro de polarización (26) bajo una orientación fija predeterminada;

(d) medir la potencia óptica de la senal de prueba transmitida a traves del filtro de polarización (26) en cada uno de los estados de polarización transformados con el fin de determinar unas potencias de senal óptica medidas maxima y mfnima; y

(e) calcular una relación de extinción de polarización a partir de las mediciones de las senales recibidas maxima y mfnima con el fin de obtener una relación senal/ruido óptico para la senal de prueba;

en donde el tiempo de medición del paso (d) es suficientemente corto para que el estado de polarización de la senal luminosa óptica en el canal de longitud de onda seleccionado sea sustancialmente constante durante la medición de la potencia óptica, limitando así una degradación en la relación de extinción de polarización calculada, caracterizado porque en el paso (b) comprende:

(i) modular aleatoria o seudoaleatoriamente el estado de polarización de la senal de prueba a un primer regimen; y

(ii) transformar el estado de polarización modulado de la senal de prueba en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización diferentes a un segundo regimen mas lento que el primer regimen.

2. El metodo segun la reivindicación 1, en el que la secuencia de estados de polarización transformados generada en el paso (b) cubre sustancialmente toda la esfera de Poincare.

3. El metodo segun la reivindicación 1, en el que la secuencia de estados de polarización transformados generada en el paso (b) esta compuesta por estados de polarización estadfsticamente independiente en los que cualesquiera dos estados de polarización sucesivos no estan correlacionados.

4. El metodo segun la reivindicación 1, en el que los estados de polarización generados en el paso (b) son diferentes para cada calculo en el paso (e) , en el que se calcula una relación senal/ruido óptico para la senal luminosa en el canal de longitud de onda seleccionado.

5. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el paso (c) comprende dividir la senal de prueba en un par de estados de polarización ortogonales predeterminados, y en el que el paso (d) comprende medir potencias ópticas en ambos estados depolarización ortogonales.

6. Un metodo para medir la relación senal/ruido óptico de una senal óptica que contiene una pluralidad de canales de longitud de onda que tienen estados de polarización variables en el tiempo, que comprende:

(a) transformar el estado de polarización de la senal en una secuencia aleatoria o seudoaleatorias de estados de polarización transformados diferentes;

(b) filtrar un primer estado de polarización del estado de polarización transformado de la senal con un filtro de polarización (26) bajo una orientación fija predeterminada;

(c) filtrar la senal procedente del filtro de polarización para formar una senal de prueba que comprenda uno de los canales de longitud de onda o una frecuencia óptica seleccionada en uno de los canales de longitud de onda seleccionado;

(d) medir la potencia óptica de la senal de prueba transmitida a traves del filtro de polarización (26) en cada uno de los estados de polarización transformados con el fin de determinar unas potencias de senal óptica medidas maxima y mfnima; y

(e) calcular una relación de extinción de polarización a partir de las mediciones de las senales recibidas maxima y mfnima con el fin de obtener una relación de senal/ruido óptico para la senal de prueba;

en el que el tiempo de medición del paso (d) es suficientemente corto para que el estado de polarización de la senal luminosa óptica en el canal de la longitud de onda seleccionado sea sustancialmente constante

durante la medición de la potencia óptica, limitando así una degradación en la relación de extinción de polarización calculada, caracterizado porque el paso (a) comprende:

i) modular aleatoria o seudoaleatoriamente el estado de polarización de la senal de prueba a un primer regimen; y ii) transformar el estado de polarización modulado de la senal de prueba en la secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización diferentes a un segundo regimen mas lento que el primer regimen.

7. Un metodo para medir la relación de senal/ruido óptico de una senal óptica que contiene una pluralidad de canales de longitud de onda que tienen estados de polarización variables en el tiempo, que comprende:

(a) transformar el estado de polarización de la senal en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización transformados diferentes;

(b) filtrar la senal con estados de polarización transformados para formar una senal de prueba que comprenda uno de los canales de longitud de onda o una frecuencia óptica seleccionada en uno de los canales de longitud de onda seleccionados;

(c) filtrar un primer estado de polarización de los estados de polarización transformados de la senal de prueba con un filtro de polarización (26) bajo una orientación fija predeterminada.

(d) medir la potencia óptica de la senal de prueba transmitida a traves del filtro de polarización (26) en cada uno de los estados de polarización transformados con el fin de determinar unas potencias de senal óptica medidas maxima y mfnima; y

(e) calcular una relación de extinción de polarización a partir de las mediciones de las senales recibidas maxima y mfnima con el fin de obtener una relación de senal/ruido óptico para la senal de prueba;

en el que el tiempo de medición del paso (d) es suficientemente corto para que el estado de polarización de la senal luminosa óptica en el canal de longitud de onda seleccionado sea sustancialmente constante durante la medición de la potencia óptica, limitando así una degradación en la relación de extinción de polarización calculada, caracterizado porque el paso (a) comprende:

i) modular aleatoria o seudoaleatoriamente el estado de polarización de la senal de prueba a un primer regimen; y ii) transformar el estado de polarización modulado de la senal de prueba en la secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización diferentes a un segundo regimen mas lento que el primer regimen.

8. Un aparato para medir la relación senal/ruido óptico de una senal óptica que contiene una pluralidad de canales de longitud de onda, los cuales tienen estados de polarización variables en el tiempo, que comprende:

un filtro óptico (27) para seleccionar una senal de prueba que comprende uno de los canales de longitud de onda en la senal óptica o un rango de frecuencia óptica en uno de los canales de longitud de onda;

un codificador de polarización (22) para modular aleatoria o seudoaleatoriamente el estado de polarización de la senal de prueba a un primer regimen;

un controlador de polarización óptica ajustable (23) para transformar el estado de polarización de la senal de prueba en una secuencia aleatoria o seudoaleatoria de estados de polarización sustancialmente diferentes a un segundo regimen que es mas lento que el primer regimen;

un filtro de polarización óptica (26) puede filtrar un primer estado de polarización de los estados de polarización transformados de la senal de prueba;

un detector óptico (28) para medir la potencia óptica en la senal de prueba transmitida a traves del filtro (26) de polarización óptica cuando el controlador (23) de polarización es variado mediante la secuencia de ajustes con el fin de determinar unas potencias de senal óptica medidas maxima y mfnima; y un procesador de senal (29) para determinar unas potencias ópticas medidas maxima y mfnima y para calcular una relación de extinción de polarización a partir de las mediciones de las senales recibidas maxima y mfnima con el fin de obtener una relación senal/ruido para la senal de prueba.

9. El aparato segun la reivindicación 8, en el que dicho primer regimen es suficientemente lento para que el estado de polarización no cambie significativamente durante la medición de la potencia de senal óptica, limitando así una

degradación en la determinación de la relación de extinción de la polarización debido a los estados de polarización variables en el tiempo.

10. El aparato segun la reivindicación 8, en el que dicho codificador (22) de polarización y dicho controlador (23) de polarización estan adaptados para ser detenidos durante la medición de la potencia de senal óptica, limitado así una

degradación en la determinación de la relación de extinción de la polarización debido a estados de polarización variables en el tiempo.

11. El aparato segun la reivindicación 8, 9 o 10, en el que dicho controlador (23) de polarización comprende una cascada de dos placas de cuarto de onda giratorias (125 y 126) , y en el que las orientaciones angulares de las dos placas de cuarto de onda estan adaptadas para ser variadas aleatoria o seudoaleatoriamente y de manera independiente en un rango de al menos 180°.

12. El aparato segun la reivindicación 8, en el que la secuencia de estados de polarización transformados generada en el controlador (23) de polarización óptica ajustable puede cubrir toda la esfera de Poincare.

13. El aparato segun la reivindicación 8, en el que la secuencia de estados de polarización transformados que se van a generar en el controlador (23) de polarización óptica esta compuesta por estados de polarización

estadfsticamente independientes en los que cualesquiera dos estados de polarización sucesivos no esta correlacionados.

14. El aparato segun la reivindicación 8, en el que los estados de polarización que se van a generar en el controlador (23) de polarización óptica son diferentes para cada calculo del procesador (29) de senal en el que se va a calcular una relación senal/ruido óptico para la senal luminosa en el canal de longitud de onda seleccionado.

15. El aparato segun la reivindicación 8, en el que el filtro (26) de polarización óptica esta adaptado para dividir la senal de prueba en unos estados de polarización ortogonales primero y segundo para medir potencias ópticas en ambos estados de polarización ortogonales primero y segundo.