Amplificador de fibra óptica multimodo y método de amplificación de señales ópticas.

Un aparato para amplificar señales ópticas que comprende:

una fibra (51) multimodo para recibir una señal óptica de entrada desde una fuente de señal óptica y formaruna trayectoria de señal a través de dicho aparato;

al menos un sensor (66) de señal de entrada para medir la intensidad de dicha señal óptica de entrada a lolargo de dicha trayectoria de señal;

una unidad (80, 90) de amplificación multimodo después de dicho al menos un sensor de señal de entradapara recibir dicha señal óptica de entrada desde dicha fibra y para amplificar y filtrar dicha señal óptica deentrada, en el que dicha unidad de amplificación incluye una pluralidad de etapas de amplificaciónacopladas sucesivamente unas a las otras, y en el que cada etapa incluye:

un elemento (82, 92) de ganancia para amplificar una señal óptica recibida por esa etapa; yun filtro (84, 94) de ruido acoplado a dicho elemento de ganancia para filtrar el ruido desde dichaseñal óptica amplificada por dicho elemento de ganancia;

un limitador (52) acoplado a dicha unidad de amplificación para recibir y atenuar dicha señal ópticaamplificada desde una etapa final de entre dichas etapas de amplificación para producir una señalatenuada;

un filtro (54) de banda acoplado a dicho limitador para filtrar dicha señal atenuada y proporcionar una señalamplificada resultante dentro de una banda deseada;

al menos un sensor (68) de señal de salida para medir la intensidad de dicha señal amplificada resultante; yun microcontrolador (60) para controlar colectivamente dicho limitador, dicha unidad de amplificación ydicho filtro de banda según al menos dichas intensidades de señal medidas para controlar la amplificaciónde dicha señal óptica.

Amplificador de fibra óptica multimodo y método de amplificación de señales ópticas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo técnico La presente invención se refiere a sistemas de comunicaciones ópticas. En particular, la presente invención se refiere a un amplificador de fibra óptica multimodo que emplea un ajuste dinámico de la ganancia para producir señales ópticas amplificadas con ruido reducido y en los niveles deseados para prevenir la saturación de un detector óptico. El amplificador de la presente invención se utiliza, preferiblemente, dentro de una unidad de recepción para un sistema de comunicaciones ópticas.

2. Debate sobre la técnica relacionada Los sistemas de comunicación ópticas transmiten información en forma de señales ópticas a través del medio ambiente entre las unidades de comunicación óptica. Típicamente, las señales transmitidas hacen frente a condiciones atmosféricas y de otro tipo. Generalmente, una unidad de comunicación óptica emplea una óptica de gran tamaño para enfocar las señales ópticas recibidas directamente sobre un detector para la detección de la señal. Sin embargo, algunas unidades de comunicación pueden utilizar un amplificador para amplificar las señales ópticas recibidas y permitir la detección de señales más débiles.

Los amplificadores ópticos para amplificar las señales ópticas dentro de los sistemas de comunicación óptica se han implementado, generalmente, en base a fibras monomodo. Estos tipos de amplificadores tienden a tener un ruido reducido. Básicamente, una fibra óptica es, típicamente, cilíndrica e incluye una parte central o núcleo rodeado por un material óptico o revestimiento. Las señales lumínicas u ópticas son guiadas por la fibra a través del núcleo, mientras que el revestimiento mantiene la luz dentro del núcleo gracias a la reflexión interna. Las fibras monomodo tienen un núcleo de pequeñas dimensiones, permitiendo, de esta manera, que la luz atraviese el núcleo en un único rayo. Por el contrario, las fibras multimodo incluyen un núcleo de mayores dimensiones que permite que la luz atraviese el núcleo en una pluralidad de rayos o modos.

Sin embargo, los amplificadores monomodo adolecen de diversas desventajas. Inicialmente, la probabilidad de recepción de una señal óptica transmitida en una unidad de comunicación óptica mejora en función del diámetro y del campo de visión (por ejemplo, denominado comúnmente apertura numérica o ángulo de aceptación) de una fibra óptica que recibe la señal transmitida. Estas características de la fibra deberían ser maximizadas para una aplicación particular para conseguir una mayor probabilidad de recepción. Debido a que las fibras monomodo generalmente tienen un diámetro relativamente pequeño y una apertura numérica estándar, la probabilidad de recepción de una señal transmitida a través de una fibra monomodo es limitada. Además, las fibras monomodo requieren conexiones complejas en comparación con las fibras multimodo, complicando, de esta manera, el amplificador o el sistema.

Aunque las fibras multimodo incluyen un diámetro mayor para mejorar la probabilidad de recepción, los modos adicionales proporcionados por este tipo de fibra producen ruido (por ejemplo, emisión espontánea amplificada (Amplified Spontaneous Emission, ASE) ) que puede dominar la señal monomodo deseada.

Un ejemplo de un amplificador de fibra multimodo puede encontrarse en el documento US5187759.

OBJETOS Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, un objeto de la presente invención es la amplificación de señales ópticas dentro de un receptor de una unidad de comunicaciones ópticas a través de un amplificador de fibra óptica multimodo que produce señales amplificadas con ruido reducido.

Otro objeto de la presente invención es el empleo de un filtro de banda estrecha, sintonizable, dentro de un amplificador de fibra óptica multimodo para proporcionar señales ópticas amplificadas con ruido reducido.

Todavía otro objeto de la presente invención es el empleo de un limitador dinámico dentro de un amplificador de fibra óptica multimodo para prevenir que las señales amplificadas saturen un detector óptico de una unidad de comunicaciones óptica.

Todavía otro objeto de la presente invención es controlar dinámicamente la amplificación de señales ópticas por un amplificador de fibra óptica multimodo para producir señales dentro de un rango deseado para la detección por un detector óptico de una unidad de comunicaciones ópticas.

Los objetos indicados anteriormente pueden conseguirse individualmente y/o en combinación, y no se pretende que se interprete que la presente invención requiera la combinación de dos o más de los objetos, a menos que las reivindicaciones adjuntas lo requieran expresamente.

Según la presente invención, un receptor de fibra multimodo incluye un colimador multimodo, un amplificador de fibra óptica multimodo y un detector. El colimador recibe las señales entrantes y proporciona las señales al amplificador. El amplificador incluye una pluralidad de etapas de amplificación, un limitador, un filtro de banda estrecha sintonizable y un microcontrolador. Las etapas de amplificación están dispuestas en serie y cada una incluye un elemento de ganancia y un filtro de ruido, en el que el filtro de ruido elimina el ruido de las señales amplificadas. Las señales del colimador son transportadas por la fibra multimodo a las etapas de amplificación para el procesamiento. La ganancia aplicada por las etapas de amplificación a las señales es controlada por el microcontrolador. El limitador recibe las señales amplificadas desde las etapas de amplificación y limita la energía de las señales ópticas según unas señales de control desde el microcontrolador. Las señales ópticas desde el limitador atraviesan el filtro de banda estrecha para proporcionar las señales deseadas al detector. La banda de paso del filtro de banda estrecha es ajustada según las señales de control desde el microcontrolador. El microcontrolador mide la energía de las señales entrantes y de salida del amplificador para proporcionar las señales de control apropiadas y permitir que el amplificador de fibra óptica multimodo produzca señales dentro del rango dinámico de una aplicación particular. Preferiblemente, el amplificador de fibra óptica multimodo y/o el receptor de la presente invención se utilizan dentro de una unidad de comunicación óptica, pero pueden utilizarse para que cualquier aplicación reciba y/o amplifique las señales ópticas.

La presente invención proporciona diversas ventajas. En particular, el amplificador de la presente invención es compatible con las fibras multimodo con unas dimensiones máximas de aproximadamente cincuenta micrómetros y otros componentes multimodo (por ejemplo, colimador multimodo, etc.) . Además, la presente invención produce señales amplificadas con ruido reducido mediante el empleo de un filtro de banda estrecha sintonizable para reducir los niveles de ruido de la señal. Además, la presente invención previene la saturación de los detectores ópticos mediante la producción de señales por debajo de un nivel de saturación del detector a través de un limitador dinámico.

Los objetos, características y ventajas anteriores y otros adicionales de la presente invención serán evidentes tras la consideración de la descripción detallada siguiente de las realizaciones específicas de la misma, particularmente cuando se toman en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que los números de referencia similares en las diversas figuras se utilizan para designar los componentes similares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de comunicaciones ópticas ejemplar que emplea un receptor óptico con un amplificador de fibra óptica multimodo según la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama de bloques esquemático del receptor de la Figura 1 que incluye el amplificador

de fibra óptica multimodo según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS Un sistema de comunicaciones ópticas ejemplar, que emplea un receptor óptico con un amplificador de fibra óptica multimodo según la presente invención, se ilustra en la Figura 1. Específicamente, el sistema 10 de comunicaciones ópticas incluye una pluralidad de transceptores 20 ópticos, cada uno situado en un sitio diferente. Los transceptores ópticos se comunican entre sí en base a la transmisión y la recepción de señales ópticas, preferiblemente en la forma de señales láser. El sistema ejemplar puede ser utilizado para aplicaciones aire-a-aire o aire-a-tierra.

Cada transceptor... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para amplificar señales ópticas que comprende:

una fibra (51) multimodo para recibir una señal óptica de entrada desde una fuente de señal óptica y formar una trayectoria de señal a través de dicho aparato; al menos un sensor (66) de señal de entrada para medir la intensidad de dicha señal óptica de entrada a lo largo de dicha trayectoria de señal; una unidad (80, 90) de amplificación multimodo después de dicho al menos un sensor de señal de entrada para recibir dicha señal óptica de entrada desde dicha fibra y para amplificar y filtrar dicha señal óptica de entrada, en el que dicha unidad de amplificación incluye una pluralidad de etapas de amplificación acopladas sucesivamente unas a las otras, y en el que cada etapa incluye:

un elemento (82, 92) de ganancia para amplificar una señal óptica recibida por esa etapa; y 15 un filtro (84, 94) de ruido acoplado a dicho elemento de ganancia para filtrar el ruido desde dicha señal óptica amplificada por dicho elemento de ganancia;

un limitador (52) acoplado a dicha unidad de amplificación para recibir y atenuar dicha señal óptica amplificada desde una etapa final de entre dichas etapas de amplificación para producir una señal

atenuada; un filtro (54) de banda acoplado a dicho limitador para filtrar dicha señal atenuada y proporcionar una señal amplificada resultante dentro de una banda deseada; al menos un sensor (68) de señal de salida para medir la intensidad de dicha señal amplificada resultante; y un microcontrolador (60) para controlar colectivamente dicho limitador, dicha unidad de amplificación y

dicho filtro de banda según al menos dichas intensidades de señal medidas para controlar la amplificación de dicha señal óptica.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho elemento de ganancia incluye un amplificador de fibra dopada. 30

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que dicha unidad de amplificación incluye además una fuente (70) de energía para proporcionar energía para estimular una fibra dopada dentro de dicho amplificador de fibra dopada según las señales de control desde dicho microcontrolador para controlar una ganancia de dicho amplificador de fibra dopada.

4. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha fibra multimodo incluye una dimensión de la sección transversal menor o igual que cincuenta micrómetros.

5. Aparato según la reivindicación 1 que incluye además un colimador (21) multimodo acoplado a dicha fibra

multimodo para servir como dicha fuente de señal y proporcionar una señal óptica colimada a dicha fibra multimodo.

6. Aparato según la reivindicación 1 que incluye además un detector (23) óptico acoplado a dicho filtro de banda a través de dicha fibra multimodo para detectar dicha señal amplificada resultante, en el que dicho limitador atenúa 45 dicha señal óptica amplificada a un nivel por debajo de un nivel de saturación de dicho detector óptico.

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho filtro de banda es ajustable según las señales de control desde dicho microcontrolador para pasar señales ópticas dentro de una banda especificada.

8. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho aparato está dispuesto dentro de una unidad de comunicación óptica de un sistema de comunicación óptica, y dicha fibra multimodo recibe dicha señal óptica de entrada en la forma de una señal óptica transmitida desde otra unidad de comunicación óptica.

9. Un método de amplificación de señales ópticas que comprende: 55

(a) recibir una señal óptica de entrada desde una fuente de señal óptica en una fibra multimodo que forma una trayectoria de señal;

(b) medir la intensidad de dicha señal óptica de entrada a lo largo de dicha trayectoria;

(c) amplificar dicha señal óptica de entrada en un formato multimodo después de dicha medición de la 60 intensidad de dicha señal óptica y filtrar el ruido de dicha señal óptica amplificada, en el que dicha amplificación y filtrado de dicha señal óptica multimodo incluye una pluralidad de etapas de amplificación acopladas sucesivamente, unas a las otras, y en el que la etapa (c) incluye además para cada etapa:

(c.1) amplificar una señal óptica multimodo recibida por esa etapa; y 5 (c.2) filtrar el ruido de dicha señal óptica amplificada por esa etapa;

(d) recibir y atenuar dicha señal óptica amplificada a partir de una etapa final de entre dichas etapas de amplificación para producir una señal atenuada;

(e) filtrar dicha señal atenuada y proporcionar una señal amplificada resultante dentro de una banda 10 deseada; y

(f) medir la intensidad de dicha señal amplificada resultante y controlar colectivamente dicha amplificación de dicha señal óptica de entrada por dichas etapas de amplificación, dicha atenuación de dicha señal óptica amplificada y dicho filtrado de dicha señal atenuada para controlar la ganancia de dicha señal amplificada resultante según al menos las intensidades medidas de dicha señal.

10. Método según la reivindicación 9, en el que la etapa (c.1) incluye además amplificar dicha señal óptica multimodo a través de un amplificador de fibra dopada.

11. Método según la reivindicación 10, en el que

la etapa (c.1) incluye además proporcionar energía para estimular una fibra dopada dentro de dicho amplificador de fibra dopada; y la etapa (f) incluye además controlar la energía proporcionada a dicha fibra dopada según dichas intensidades medidas de la señal para controlar una ganancia de dicho amplificador de fibra dopada.

12. Método según la reivindicación 9, en el que dicha fibra multimodo incluye una dimensión de sección transversal menor o igual a cincuenta micrómetros.

13. Método según la reivindicación 9, en el que un colimador multimodo está acoplado a dicha fibra multimodo

para servir como dicha fuente de señal, y la etapa (a) incluye además la recepción de una señal óptica colimada en dicha fibra multimodo desde dicho colimador multimodo.

14. Método según la reivindicación 13, en el que un detector óptico está acoplado a dicha fibra multimodo, y la etapa (d) incluye además la atenuación de dicha señal óptica amplificada a un nivel por debajo de un nivel de saturación de dicho detector óptico; y dicho método incluye además la detección de dicha señal amplificada resultante por medio de dicho detector.

15. Método según la reivindicación 9, en el que dicha banda deseada es ajustable, y la etapa (e) incluye además controlar dicho filtrado de dicha señal atenuada para pasar las señales ópticas dentro de una banda específica. 40

16. Método según la reivindicación 9, en el que dichas señales ópticas son amplificadas dentro de una unidad de comunicación óptica de un sistema de comunicaciones ópticas, y la etapa (a) incluye además la recepción de dicha señal óptica de entrada en la forma de una señal óptica transmitida desde otra unidad de comunicación óptica en dicha fibra multimodo.