Método de medida y de monitorización en tiempo real de dispersión cromática basada en control de fase y detección de ceros.

Sistema de medida de la dispersión cromática: un emisor (1), que proporciona señal de test (2) inyectada al dispositivo bajo medida (DUT) (3), y un punto de monitorización (5) donde recoge la señal de salida o respuesta del DUT (4). Señal de test, (2), con un espectro compuesto de portadora, una o varias bandas laterales de modulación a distancias múltiplos de una frecuencia de modulación, en el emisor se impone y controla el retardo de fase entre la frecuencia portadora y las bandas de modulación. A la salida del DUT (4), dicho retardo de fase relativo se ha modificado por la dispersión. El valor del retardo de fase relativo impuesto en (2) cuando a causa de la interferencia entre bandas se producen mínimos de potencia detectada en la envolvente a la frecuencia de modulación y/o algunos de sus armónicos en (4), se usa para calcular el valor del coeficiente dispersión D.

TECNICA DE MEDIDA Y DE MONITORIZACIÓN EN TIEMPO REAL DE DISPERSIÓN CROMÁTICA BASADA EN CONTROL DE FASE Y DETECCIÓN DE CEROS

SECTOR DE LA TÉCNICA

Sistemas de medida y monitorización de dispersión cromática. Comunicaciones ópticas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La caracterización precisa de la dispersión cromática es desde hace tiempo un tema que ha preocupado a los investigadores; a la industria en diferentes ámbitos y aplicaciones, en general, y a los sistemas de transmisión y en especial a los basados en fibra óptica, en particular. La dispersión es el fenómeno según el cual diferentes componentes de una señal u onda electromagnética experimentan diferente retardo al atravesar un medio o dispositivo. La dispersión se denomina intermodal o modal cuando las componentes de la onda que sufren diferente retardo corresponden a la energía que se acopla a cada uno de los modos de propagación posibles en la estructura. En ese caso la diferencia de retardo es debida a la diferencia de constantes de fase y por tanto de velocidades de propagación asociadas a cada modo. Hablamos en cambio de dispersión intramodal o cromática cuando son las diferentes componentes espectrales de la energía acoplada a un mismo modo de propagación las que experimentan diferente retardo. Este tipo de dispersión es también conocida con el nombre de dispersión de retardo de grupo o dispersión de la velocidad de grupo, Group Velocity Dispersion, GVD, ver “Fiber Optic Communication Systems” de Govind P. Agrawal, de la Editorial John Wiley and Sons.

Para transmitir información suelen usarse estructuras monomodales, que únicamente permiten la propagación de un modo a las frecuencias de interés, y es sobre todo entonces cuando tiene relevancia la técnica de medida y caracterización que aquí se presenta.

Interpretando lo anterior, describiremos aquí el dispositivo dispersivo a caracterizar, Device

Under Test, (DUT) mediante un retardo de fase () φωdependiente de la frecuencia y consideraremos que el espectro de la señal de salida del DUT, Xout () ω, en función del

espectro de la señal de entrada, Xin () ω, puede expresarse

X () =X () () ωA ωexp (φ () ω) (1)

ω j

out in

Donde buscando el caso más general, se ha considerado también el efecto del DUT sobre el espectro de amplitud mediante la función A () ω. Para simplificar las explicaciones, se considerará que en la banda de frecuencias de interés el espectro de amplitud de la función de transferencia del DUT es prácticamente constante () constante , y sólo en algunos casos

A ω≈

concretos se tratará el caso en que esta aproximación no pueda hacerse. Si la variación de φω en el margen de frecuencias de interés no es muy rápida puede

()

considerarse un desarrollo en serie de Taylor alrededor de una frecuencia central o frecuencia portadora ωotal que:

() ≈−oph τ −Δωτ+λo 2 D 2φω ωg Δω (2)

4πc

Donde se han utilizado las definiciones de retardo de fase τph () o / , retardo de grupo

=−φω ωo

, y coeficiente de dispersión D =∂τg / ∂λ ω Δ=− o, ver “Fiber Optic

, y ωωωτg =−φ/ ω

∂∂

ω

o o

Communication Systems” de Govind P. Agrawal, de la Editorial John Wiley and Sons, o también por ejemplo “Fiber optic Test and Measurement” de Dennis Derickson en la editorial Prentice Hall. Cabe destacar que aunque para la descripción de las bases de la técnica objeto de esta invención se utilizarán las definiciones y parámetros típicos del ámbito de conocimiento de la transmisión de señales ópticas y las comunicaciones ópticas en general, la técnica podría adaptarse sin dificultad a otros ámbitos y aplicaciones usando equivalencias y paralelismos obvios. Según lo explicado, la dispersión cromática establece un retardo de fase entre diferentes componentes frecuenciales y es este retardo el que debe medirse. Pueden usarse técnicas interferométricas, ver por ejemplo M. Froggat et al. “Interferometric measurement of dispersion in optical components” in Proceedings of the Optical Fiber Conference 2002, pp. 252-253, que aunque son adecuadas para la caracterización precisa de dispositivos, requieren montajes experimentales complicados, de difícil operación y muy sensibles a cambios ambientales.

También es posible medir el retardo y/o el ensanchamiento que sufre un pulso al propagarse, ver en “Fiber optic Test and Measurement” de Dennis Derickson en la editorial Prentice Hall, pero también resulta complicado y poco preciso en el laboratorio por el hecho de que a un pulso estrecho que podría permitir medidas de retardo y/o ensanchamiento precisas, le corresponde un ancho de banda elevado en el que probablemente la dispersión no pueda considerarse constante. Entre los métodos más populares para la medida de la dispersión cromática a frecuencias ópticas, se encuentran los que usan como señal de test a inyectar al DUT la frecuencia de medida de interés, frecuencia portadora, ωo, modulada mediante una señal de frecuencia muy

inferior ω2 fm , de manera que el espectro resultante está compuesto básicamente por la

Δ=π portadora y dos bandas laterales de modulación a ωo±Δω. A la salida del DUT,

caracterizado por (1) , considerando () constante , y usando (2) , el equivalente paso bajo

A ω≈

de la señal de test puede expresarse

( 2 f 2

EDUT =+m exp j λomD +jo } cos (ω (t −τg ) )

1 π θΔ (3)

c

Donde m es el índice de modulación, cla velocidad de la luz en el vacío, λo =2πωc / o , la longitud de onda portadora y θo el desfase entre bandas y portadora previo a la introducción de la señal de test en el DUT . En general m ≤1.

En un medidor de envolvente o un detector de ley cuadrática como los que son típicos en comunicaciones ópticas puede obtenerse la envolvente de esta señal de respuesta del DUT, cuya componente a la frecuencia de modulación normalizada a su valor máximo se expresa

e =cos (πλo 2 fm 2 D +θ}cos (Δω (t −τ) ) (4)

d o g

c

Tanto la fase de esta señal referida a la señal de modulación, como su amplitud, contienen información sobre el valor de la dispersión en el DUT y pueden utilizarse para la caracterización de la dispersión cromática.

La medida, en un analizador de redes vectorial por ejemplo, del cambio de fase que sufre la envolvente modulada sobre la portadora se usa en el método que se considera estándar para la caracterización precisa de dispositivos en un entorno de laboratorio, método de modulación y cambio de fase, ‘Modulation Phase Shift Method’, MPSM, ver S. Ryu, Y. Horiuchi y K. Mochizuki, “Novel Chromatic Dispersion Measurement Method over Continous Gigahertz Tuning Range”, J. of Lightwave Technol., Vol. 7, No. 8, 1989; registrado con No. de patente US4984884. Esta medida da de forma aproximada el valor del retardo de grupo a la frecuencia portadora multiplicado por la frecuencia angular de modulación. Variando la frecuencia portadora mediante un láser sintonizable es posible obtener el espectro de retardo de grupo del DUT cuya derivada es el valor del coeficiente D. Este método es robusto, preciso, estable y susceptible de automatización y forma la base de dispositivos de medida de dispersión cromática comerciales en entornos de laboratorio.

Otros métodos de medida y monitorización de la dispersión cromática se basan en el desvanecimiento (‘fading’) de la amplitud de la envolvente detectada a la frecuencia con que se modula, ya sea en fase o amplitud, la portadora...

1. Método de medida de la dispersión cromática que incluye un emisor donde se genera una señal de test que se inyecta al dispositivo bajo medida (DUT) y un punto de monitorización donde se recoge la señal de respuesta del DUT, caracterizado porque la señal de test está compuesta por un tono a la frecuencia portadora de interés en la medida y por una o varias bandas de modulación y porque la diferencia de fase entre las bandas de modulación y la portadora en esta señal de test se fija y se controla en el emisor.

2. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 1 caracterizado porque se aplica a la monitorización de la dispersión cromática en un sistema de comunicaciones que incluye un emisor en el que se añade a la señal de información o datos la señal de test que se transmite conjuntamente, y un punto remoto de monitorización en que la señal de test es extraída y utilizada en la medida de monitorización,

3. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 1 caracterizado porque la señal de test se genera a partir de una señal óptica portadora que se inyecta sobre una configuración interferométrica de tipo Mach-Zehnder en la cual al menos en una de sus ramas o en las dos se sitúa un sistema de modulación de la fase óptica y porque un tono puro de radiofrecuencia y una señal continua o lentamente variante de polarización se aplican únicamente sobre uno de dichos sistemas de modulación de fase, ya sea las dos señales en el mismo, o en diferente modulador.

4. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 2 caracterizado porque la señal de test se genera mediante una configuración interferométrica Mach-Zehnder en que un acoplador previo a la modulación externa de los datos sobre la portadora desvía un porcentaje de dicha portadora hacia uno de los brazos de la configuración interferométrica en que se sitúa un modulador de fase que a) incorpora una modulación de fase mediante un tono puro en radiofrecuencia con cancelación de portadora óptica y b) añade una fase adicional mediante una tensión, bien continua,

bien lentamente variante; y porque dicha señal modulada en fase en uno de los brazos de la configuración interferométrica se añade a la señal modulada con los datos proveniente del otro brazo de la configuración interferométrica, en otro acoplador.

5. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 1 caracterizado porque el coeficiente de dispersión se calcula a partir del valor de la fase entre bandas y portadora impuesto en la señal de test cuando se mide un cero (mínimo) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

6. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 2 caracterizado porque el coeficiente de dispersión se calcula a partir del valor de la fase entre bandas y portadora impuesto en la señal de test cuando se mide un cero (mínimo) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

7. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 3 caracterizado porque para calcular el valor del coeficiente de dispersión se usa el valor de la tensión continua o lentamente variante de polarización en el emisor necesario para detectar un cero (mínimo) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

8. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 4 caracterizado porque para calcular el valor del coeficiente de dispersión se usa el valor de la tensión continua o lentamente variante de polarización en el emisor necesario para detectar un cero (mínimo) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

9. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 1 caracterizado porque la diferencia de fase entre las bandas de modulación y la portadora en la señal de test se hace variar periódicamente.

10. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 2 caracterizado porque la diferencia de fase entre las bandas de modulación y la portadora en la señal de test se hace variar periódicamente

11. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 3 caracterizado porque la tensión continua o lentamente variante de polarización en el emisor se hace variar periódicamente

12. Método de medida de la dispersión cromáticasegún reivindicación 4 caracterizado porque la tensión continua o lentamente variante de polarización en el emisor se hace variar periódicamente

13. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 9 caracterizado porque la dispersión se determina a partir de la diferencia de instantes de tiempo en que se producen ceros (mínimos) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

14. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 10 caracterizado porque la dispersión se determina a partir de la diferencia de instantes de tiempo en que se producen ceros (mínimos) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

15. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 11 caracterizado porque la dispersión se determina a partir de la diferencia de instantes de tiempo en que se producen ceros (mínimos) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

16. Método de medida de la dispersión cromática según reivindicación 12 caracterizado porque la dispersión se determina a partir de la diferencia de instantes de tiempo en que se producen ceros (mínimos) de potencia de la envolvente a la frecuencia de modulación y/o a armónicos de la misma en el punto de monitorización.

ES 2 388 233 Al

FIGURAS

(2) (4)

fmfm fmfm f

fo

T2

Figura 1

Figura 2

OFTCTNA ESºAAOLA DE ºATENTES Y MARCASº

N.O solicitud: º ESºAAAº

Fecha de presentación de la solicitud: º3. 7.ººº

3º Fecha de prioridad:

TNFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNTCA

Int. Cl. H04B10118 (ºººº.ºº) TNFORME DEL ESTADO DE LA TECNTCA

3. pagina 7, linea 37; figuras º, º. A º, º, ºººº A ES ºººººººAº (UNTTERSTTAT ºOLTTECNTCA DE CATALUNYA) ºº.ºº. ººº4, todo el documento. A US º3º 3º ºº Bº (KTM, K. et al.) º7. ºº. ºº, º, º, ºººº todo el documento. A Eº º34º º47 Aº (KOKUSAT DENSHTN DENWA CO., LTD.) º3.ºº.º ººº, º, º, ºººº todo el documento. A US º3º º7 A (OZEKT, T. et al.) º4. ºº.º Categoria de los documentos citados x: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro4s de la misma categoria A: refleja el estado de la tecnica O: referido a divulgación no escrita º: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado despues de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado º para todas las reivindicaciones º para las reivindicaciones nO: Fecha de realización del informe º7.ºº.º Examinador O. Gonzalez ºeaalba Pagina º44

NO de solicitud:

Documentación minima buscada (sistema de clasificación seguido de los simbolos de clasificación) Hº4B, G ººM, G º Bases de datos electrónicas consultadas durante la busqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, terminos de

busqueda utilizados) TNTENES, EºODOC, WºT, TNSºEC

Tnforme del Estado de la Tecnica agina º44

OPINION ESCRITA

NO de solicitud: ººººººººº

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: º7.ºº.º

Declaración

Novedad (Art. .1 LP 11/198 ) Reivindicaciones 3 ºº, ºSI Reivindicaciones , º, 7, NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 ) Reivindicaciones , º, SI Reivindicaciones º4, 7, NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y tecnico de la solicitud (Articulo 3 º.º Ley º4ººº º) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Tnforme del Estado de la Tecnica agina 344

OPINION ESCRITA

NO de solicitud: ººººººººº

1. Documentos considerados.

A co ntinuación se r elacionan l os doc umentos pertenecientes al est ado de la t ecnica t omados en c onsideración para l a realización de esta opinión.

2. Declaración motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

Se considera que la invención definida en las reivindicaciones º, º, 7 y de la presente Solicitud carece de novedad por haber sido divulgada identicamente en el estado de la tecnica.

En efecto, en el documento Dºº, citado en el Tnforme sobre el Estado de la Tecnica (TET) con la categoria x para dichas reivindicaciones y considerado el antecedente mas próximo al objeto en ellas definido, se describe un metodo con el mismo propósito de medir la dispersión cromatica (o retardo de grupo ver resumen de Dº º) a una frecuencia portadora de interes (portadora óptica fija) , en el que un emisor (conjunto formado por las referencias º3 y 4 ºFigura º) genera una seaal de ensayo que se inyecta el dispositivo bajo medida o DUT (fibra óptica o red de Bragg) , y la seaal de respuesta del DUT ( ºº) es recogida en un p unto de monitorización ( º4) , de t al manera que la seaal de ensayo esta compuesta por un tono a la frecuencia portadora de interes (seaal óptica portadora) en la medida y por una o varias bandas de modulación (sendas bandas laterales a ambos lados de la portadora pagina 3, linea º7) , y la diferencia de fases entre las bandas de modulación y la portadora en esta seaal de medida se fija y se controla en el emisor (en la ecuación (º) de Dº puede encontrarse una expresión para dicha diferencia de fases que depende de un parametro que, segun la linea ºº d el texto subsiguiente, se impone por el nivel de continua EB aplicado a una de las ramas del modulador) . El metodo de D coincide, por tanto, tanto en su propósito como en las caracteristicas esenciales que lo hacen posible, con la primera reivindicación de esta Solicitud, hasta el punto de qu e pu ede e xpresarse con un a r edacción si milar. D icha r eivindicación ca rece, p or t anto, de n ovedad segun el Articulo º de la vigente Ley de ºatentes.

Y un razonamiento similar puede hacerse para las restantes reivindicaciones º, 7 y º, que tambien carecen de novedad con respecto a D .

Se considera, ademas, que la invención definida en las reivindicaciones 3 y 4 carece de actividad inventiva por poder ser deducida del estado de l a tecnica de un m odo evidente por un exp erto en la materia. Asi, por ejemplo, con respecto a l a reivindicación 3, el interfer6metro que se emplea en el metodo de Dºº tiene una misma configuración en dos ramas con un sistema de modulación en el que se aplica un tono puro de radiofrecuencia (barrido electrico frecuencial ºreferencia en la Figura º) y una seaal continua o lentamente variable de polarización (fuente de tensión 3) , con la sola diferencia, no esencial y meramente alternativa, de que no se especifica que dicha modulación sea una m odulación de fase. Y otro tanto puede afirmarse d e l a r eivindicación 4 co n r especto a D ºº, d ocumento que afecta, por t anto a l a act ividad i nventiva d e am bas reivindicaciones segun el Articulo º Lº .

Tnforme del Estado de la Tecnica agina 444