Método de ensanchamiento espectral de una señal de banda estrecha.

Método de ensanchamiento espectral de una señal de banda estrecha,

caracterizado porque se modula dichaseñal en fase con la ayuda de una señal de modulación de fase constituida por una pluralidad de componentessinusoidales, comprendiendo dicha pluralidad una componente a una frecuencia fundamental, W, y al menos unacomponente a una frecuencia armónica de esta frecuencia, siendo dichas componentes sinusoidales síncronas ycon fases respectivamente iguales a múltiplos sucesivos de p/2.

Método de ensanchamiento espectral de una señal de banda estrecha

Campo técnico La presente invención se refiere de manera general a un método de ensanchamiento espectral. Encuentra aplicación concretamente en la supresión de la difusión Brillouin estimulada en las fibras ópticas y los sistemas láser de gran potencia. También puede aplicarse a los sistemas de telecomunicación de múltiples frecuencias.

Estado de la técnica anterior

La difusión Brillouin es un fenómeno ampliamente conocido en óptica que puede interpretarse desde un punto de vista cuántico como una interacción inelástica entre un fotón y un fonón. Cuando una onda óptica experimenta una difusión Brillouin, la onda difusa comprende una primera componente desfasada hacia las bajas frecuencias, denominada onda Stokes y una segunda componente, desfasada hacia las altas frecuencias, denominada onda anti-Stokes. Se trata entonces de una difusión Brillouin espontánea.

Cuando la densidad de potencia óptica es elevada, por ejemplo para haces láser de gran potencia o para haces que se propagan en medios confinados tales como las fibras ópticas, el campo electromagnético puede inducir vibraciones acústicas en el medio de propagación. La difusión de los fotones por los fonones así generados se manifiesta por una amplificación de la onda Stokes, fenómeno conocido por el nombre de difusión Brillouin estimulada. La onda Stokes se retrodifunde, es decir, se propaga en una dirección opuesta a la de la onda incidente. Por consiguiente puede dañar la fuente óptica o reducir considerablemente la potencia óptica transmitida. También puede propagarse perpendicularmente a la onda incidente, lo que puede dañar las ópticas de gran dimensión.

El efecto de la difusión Brillouin estimulada también designado como SBS (Stimulated Brillouin Scattering) es tanto menos importante cuanto mayor es la anchura espectral del haz. Se conoce ensanchar el espectro de la fuente óptica por medio de una modulación de frecuencia o de una modulación de fase, denominada modulación anti

Brillouin con el fin de combatir el efecto SBS. La modulación de fase de una onda se expresa matemáticamente como una multiplicación por un término ejϕ (t) y, en el caso en el que la modulación de fase es sinusoidal:

donde m y fm son respectivamente la profundidad y la frecuencia de la modulación de fase.

En el espacio espectral, la modulación sinusoidal de fase se traduce por consiguiente en una convolución por un peine de Dirac:

donde Jk (.) es la función de Bessel de primera especie de orden k y δ (.) es la distribución de Dirac. Así, para una fuente monocromática, el espectro de la señal modulada está compuesto por una infinidad de líneas separadas fm y dispuestas simétricamente con respecto a la frecuencia de la fuente. No obstante, puede mostrarse (regla de 45 Carson) que el 98% de la energía de la señal modulada se encuentra en una banda espectral de anchura 2 (m+1) fm alrededor de la frecuencia de la fuente. Se entiende por tanto que cuanto más aumenta la profundidad de modulación m, más importante será el ensanchamiento espectral.

No obstante, la densidad espectral de potencia de la señal modulada puede presentar fuertes variaciones en la 50 banda en cuestión. En particular, determinadas líneas situadas cerca de la portadora son de muy baja intensidad, incluso de intensidad nula, ya que corresponden a ceros de la función de Bessel. Ahora bien, para obtener una reducción eficaz del efecto SBS, sin ensanchar indebidamente el espectro hay que obtener un ensanchamiento espectral lo más homogéneo posible. En otras palabras, para una potencia de onda incidente dada y una banda espectral dada, se obtendrá una mejor reducción del efecto SBS si la distribución de la densidad espectral de la 55 señal modulada es uniforme en esta banda. Alternativamente, a una tasa de retrodifusión dada, la banda de la señal modulada será la más estrecha cuando la distribución de la densidad espectral sea la más uniforme.

El documento US-B-5566381 describe un método de modulación de fase que pretende obtener un espectro ensanchado relativamente uniforme. Esta modulación de fase hace intervenir una pluralidad de moduladores de fase en cascada con diferentes profundidades de modulación y diferentes frecuencias de modulación, tal como se representa en la figura 1. Más precisamente, el haz óptico generado por el láser 110 se modula sucesivamente por los moduladores de fase 1201 a 120N, estando controlado cada modulador 120i por una señal de frecuencia fi, generada por el oscilador 150i y amplificada por el amplificador 135i de ganancia mi. La modulación global de fase puede expresarse en la forma ejϕ (t) con:

No obstante, la modulación propuesta no da buenos resultados por regla general. El ejemplo citado con N = 2, f2 = f1/3, m1 = m2 = 0, 45π no permite concretamente obtener el resultado anunciado de un espectro plano en 9 líneas a ambos lados de la portadora.

El documento US-B-6282003 retoma el ejemplo de modulación de fase anterior, es decir una fase modulada de la forma:

con f2=3f1) , y propone buscar los valores de las profundidades de modulación m1 y m2 que corresponden a la vez a un espectro uniforme y a un punto de funcionamiento poco sensible a las variaciones de las profundidades de modulación. No obstante, como en el caso anterior, las variaciones de intensidad de las líneas espectrales alrededor de la portadora, a saber a frecuencias f0+nf1 donde f0 es la frecuencia de la portadora y n es un entero relativo comprendido entre -10 y +10, son importantes. Más precisamente, la intensidad de una línea espectral distante de mf1 de la frecuencia portadora viene dada por:

Se constata que In varía en función de n, concretamente cuando m1 no es despreciable con respecto a 1, y cuando el ensanchamiento espectral no siempre es por tanto uniforme.

Otro ejemplo de la técnica anterior; documento US 6535315.

En otro campo técnico, a saber el de las telecomunicaciones de tipo de múltiples frecuencias, por ejemplo para sistemas de telecomunicaciones ópticas WDM (Wavelength Division Multiplexing) o incluso para sistemas de telecomunicaciones de acceso por multiplexación de frecuencia o FDM (Frequency Division Multiplex) , en ocasiones es útil poder disponer de un peine de frecuencias. Este peine puede generarse como se ha visto anteriormente efectuando una modulación sinusoidal de la fase de una portadora. Generalmente es importante que las amplitudes de las diferentes portadoras sean sensiblemente iguales, por ejemplo para garantizar condiciones de propagación similares, optimizar la amplificación, etc.

El objetivo de la presente invención es, por consiguiente, proponer un método de ensanchamiento espectral por modulación de fase que permita obtener una densidad espectral más uniforme que en el estado de la técnica.

Exposición de la invención La presente se refiere a un método de ensanchamiento espectral de una señal de banda estrecha, en la que se modula dicha señal en fase con la ayuda de una señal de modulación de fase constituida por una pluralidad de 50 componentes sinusoidales, comprendiendo dicha pluralidad una componente a una frecuencia fundamental y al menos una componente a una frecuencia armónica de esta frecuencia, siendo dichas componentes sinusoidales síncronas y con fases respectivamente iguales a múltiplos sucesivos de π/2.

Según una primera variante, la señal de modulación está constituida por la componente a la frecuencia fundamental y por una componente a la frecuencia doble de esta frecuencia, siendo la componente a la frecuencia fundamental

de amplitud sensiblemente igual a 1, 2 y siendo la componente a la frecuencia doble de amplitud sensiblemente igual a 5, 9, estando la fase de la componente a la frecuencia doble desfasada ±π/2 con respecto a la de la componente a la frecuencia fundamental.

Según una segunda variante, la señal de modulación está constituida por la componente a la frecuencia fundamental

y por una componente a la frecuencia triple de esta frecuencia, siendo las dos componentes de la misma amplitud sensiblemente igual a 0, 45π, estando la fase de la componente a la frecuencia triple desfasada ±π/2 con respecto a la de la componente a la frecuencia fundamental.

Según una tercera variante, la señal de modulación está constituida por la componente a la frecuencia fundamental,

por una componente a la frecuencia doble y por una componente a la frecuencia triple de esta frecuencia, siendo la amplitud de la componente a la frecuencia fundamental sensiblemente igual a 1, 4, estando la amplitud de la componente a la frecuencia... [Seguir leyendo]

1. Método de ensanchamiento espectral de una señal de banda estrecha, caracterizado porque se modula dicha señal en fase con la ayuda de una señal de modulación de fase constituida por una pluralidad de componentes sinusoidales, comprendiendo dicha pluralidad una componente a una frecuencia fundamental, Ω, y al menos una componente a una frecuencia armónica de esta frecuencia, siendo dichas componentes sinusoidales síncronas y con fases respectivamente iguales a múltiplos sucesivos de π/2.

2. Método de ensanchamiento espectral según la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de modulación está

constituida por la componente a la frecuencia fundamental y por una componente a la frecuencia doble de esta frecuencia, siendo la componente a la frecuencia fundamental de amplitud sensiblemente igual a 1, 2 y siendo la componente a la frecuencia doble de amplitud sensiblemente igual a 5, 9, estando la fase de la componente a la frecuencia doble desfasada ±π/2 con respecto a la de la componente a la frecuencia fundamental.

3. Método de ensanchamiento espectral según la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de modulación está constituida por la componente a la frecuencia fundamental y por una componente a la frecuencia triple de esta frecuencia, siendo las dos componentes de la misma amplitud sensiblemente igual a 0, 45π, estando la fase de la componente a la frecuencia triple desfasada ±π/2 con respecto a la de la componente a la frecuencia fundamental.

4. Método de ensanchamiento espectral según la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de modulación está constituida por la componente a la frecuencia fundamental, por una componente a la frecuencia doble y por una componente a la frecuencia triple de esta frecuencia, siendo la amplitud de la componente a la frecuencia fundamental sensiblemente igual a 1, 4, estando la amplitud de la componente a la frecuencia doble comprendida entre 2 y 20 y siendo la amplitud de la componente a la frecuencia triple sensiblemente igual a 0, 4, estando las fases

de las componentes a la frecuencia doble y triple respectivamente desfasadas ±π/2 y π con respecto a la de la componente fundamental.

5. Método de ensanchamiento espectral según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal

de banda estrecha es una onda óptica. 30

6. Método de ensanchamiento espectral según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la señal de banda estrecha es una portadora radiofrecuencia.

7. Método de ensanchamiento espectral según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se

modula en fase la señal de banda estrecha sucesivamente por las diferentes componentes sinusoidales de la señal de modulación.