SISTEMA Y MÉTODO DE MEDIDA DE UN ESTADO DE POLARIZACIÓN RESUELTO EN LONGITUD DE ONDA DE UNA SEÑAL ÓPTICA.

Sistema y método de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda de una señal óptica.

Sistema y método de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda, para cálculo de retardo diferencial de grupo de una señal óptica bajo análisis (1), mediante la realización de múltiples medidas del espectro de la señal bajo análisis (1) con unos medios de filtrado espectral (3) cuya con una salida óptica cuya potencia depende de la polarización de la entrada. La polarización a la entrada de los medios de filtrado espectral (3) se modifica mediante un transformador de polarización (2) que selecciona secuencialmente una pluralidad de estados de polarización de salida. Los medios de filtrado espectral (3) pueden comprender un filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) que combina al mismo tiempo discriminación en longitud de onda y discriminación en polarización.

Sistema y método de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda de una señal óptica Campo de la invención La presente invención se aplica al campo de la caracterización de señales ópticas, y en particular a la medida del retardo diferencial de grupo de una señal óptica.

Antecedentes de la invención La dispersión de modo de polarización (PMD, del inglés “Polarization Mode dispersion”) es un fenómeno típico de fibras ópticas, en el que una ligera birrefringencia en el medio genera dos estados de transmisión diferenciados a lo largo de la fibra. Su origen suele deberse a la falta de circularidad generada en la fabricación de las fibras ópticas, aumentando este efecto durante la instalación y cableado de las mismas. El retraso entre los dos ejes de polarización de la señal, producido por la diferencia de índice de refracción efectivo observado por cada polarización, se define como retardo diferencial de grupo (DGD, del inglés “Differential Group Delay”) .

La PMD de un enlace de comunicación puede resultar en ensanchamiento y deformación de pulsos ópticos, y en errores de transmisión, limitando la velocidad de datos de dicho enlace, por lo que su caracterización es vital para determinar las prestaciones del enlace.

La evolución sufrida por el vector de polarización de una señal que atraviesa una fibra óptica es dependiente de la longitud de onda, y cambiante en el tiempo. A mayor PMD, se observa una mayor diferenciación en el estado de polarización (SOP, del inglés “State of Polarization”) entre dos componentes frecuenciales de una señal que en su origen tienen la misma polarización, pudiendo observarse como una mayor separación de sus vectores de polarización en la esfera de Stokes.

De esta manera, el DGD se puede obtener dividiendo el ángulo Φ que forman los vectores de polarización de dos componentes espectrales de una señal, entre la diferencia en longitud de onda de dichas componentes. Si denominamos S (ω) al vector de polarización de la señal resuelto frecuencialmente, y Ω al vector definido por los estados principales de birrefringencia de un sistema bajo análisis, obtenemos:

Φ=sen-1{ ( S (ω1) × Ω ) × ( S (ω2) × Ω ) /[| S (ω1) × Ω|| S (ω2) × Ω |]

dS/dω = Ω × S

DGD = Φ/ (ω2-ω1)

Ω es por definición el vector normal del plano de giro del sistema, y es desconocido. En el caso en el que la rotación se produce sobre un círculo máximo, la obtención del ángulo Φ se simplifica a:

Φ=sen-1{ ( S1× S1 ) / (|S1|| S2|) }

En los sistemas de fibra estándar el ángulo de giro Ω es cambiante para cada longitud de onda, y su influencia sobre una señal que atraviesa el sistema queda definida por la trayectoria global que el vector de polarización realiza a lo largo de la esfera de Stokes.

La medida de SOP resuelto frecuencialmente tiene por lo tanto un gran interés para la caracterización de PMD y DGD de enlaces y sistemas de comunicaciones ópticas.

Son conocidos diversos métodos y sistemas para realizar dicha medida. Por ejemplo, EP 1, 113, 250 A1 presenta un método y sistema de medida de la PMD de un dispositivo bajo test, en el que un haz de luz coherente se divide en dos caminos. El primer haz atraviesa un transformador de polarización y el dispositivo bajo test, y el segundo atraviesa un camino de referencia. La superposición de los dos haces resultantes, permite caracterizar la matriz de Jones del dispositivo.

US 6, 563, 590 B2 y US 6, 885, 783 B2 presentan dos ejemplos basados en filtros heterodinos optoelectrónicos. Para caracterizar la señal, se realizan medidas espectrales para cuatro estados de un transformador de polarización colocado a la salida de un láser interno del filtro heterodino.

En todos los casos, la precisión de los sistemas de medida de DGD, queda limitada por la birrefringencia del filtro espectral, la conversión del sistema optoelectrónico, y la resolución del filtro, por lo que existe en el estado de la técnica, la necesidad de un sistema y método de medida de SOP resuelto en longitud de onda de gran precisión y resolución.

En particular, son necesarios sistemas y métodos con una resolución suficiente para medir simultáneamente el SOP de varias señales transportadas por un sistema de multiplexación por división en longitudes de onda densa (DWDM, del inglés “Dense Wavelength Division Multiplexing) , con espaciados muy reducidos entre canales. La resolución necesaria para lograr este objetivo es inalcanzable con los dispositivos conocidos en el estado de la técnica.

Resumen de la invención La presente invención soluciona los problemas anteriormente descritos mediante un sistema y método de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda de una señal óptica bajo análisis en el que la salida de un transformador de polarización sirve como entrada de un sistema de filtrado espectral sintonizable cuya ganancia óptica es dependiente de la polarización a su entrada. La medida del estado de polarización (SOP, del inglés “state of polarization) resuelto en longitud de onda se realiza a partir de una pluralidad de medidas espectrales de la señal de entrada para unos estados predefinidos de polarización de salida del transformador de polarización. El estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis permite calcular el retardo diferencial de grupo de la señal y la dispersión por modo de polarización de un elemento de comunicaciones ópticas de forma precisa y robusta.

Al contrario que en el caso de receptores heterodinos optoelectrónicos, la salida del sistema de filtrado espectral es óptica, por lo que sólo es necesario transformar las señales de medida en señales eléctricas en el detector de potencia óptica, mejorando la relación señal a ruido resultante. Adicionalmente, al realizar la transformación de polarización antes del filtrado espectral, se evitan los errores derivados de la birrefringencia del sistema de filtrado. Finalmente, al realizar las medidas secuencialmente de manera controlada, se evitan divisiones de potencia, mejorando también así la relación señal a ruido de la medida. Estos tres factores se combinan de forma simbiótica, resultando en un método y sistema robustos, precisos, y con una elevada sensibilidad. Asimismo, la resolución que la presente invención permite alcanzar gracias a los elementos y pasos que la conforman, es suficiente para medir el SOP de múltiples señales transportadas simultáneamente en sistemas DWDM.

En un primer aspecto de la invención se presenta un sistema de medida de SOP resuelto en longitud de onda de una señal óptica bajo análisis, que comprende unos medios de filtrado espectral óptico, con una salida óptica dependiente de un estado de polarización a la entrada de dichos medios de filtrado espectral. La entrada de los medios de filtrado espectral está conectada operativamente a un transformador de polarización, mientras que la salida de dichos medios de filtrado espectral está conectada a un detector de potencia óptica. El detector de potencia óptica y los medios de filtrado están sincronizados para la medida de distribuciones ópticas de potencia de la señal de entrada de los medios de filtrado en un rango de frecuencias.

Unos medios de control están conectados al resto de elementos del sistema (medios de filtrado espectral, transformador de polarización y detector de potencia) , estando dichos medios de control configurados para coordinar la realización de una pluralidad de medidas espectrales de una señal bajo análisis, y correspondiendo cada medida espectral a un SOP de salida del transformador de polarización. La pluralidad de espectros medidos en función de la SOP de salida del transformador de polarización son enviados a unos medios de evaluación, configurados para calcular la SOP resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis. Dicho cálculo se realiza considerando que cada punto de un espectro es la proyección en un eje de la esfera de Stokes de la longitud de onda asociada a dicho punto, y realizando la reconstrucción del SOP de dicha longitud de onda a partir de la pluralidad de proyecciones medidas.

En una primera opción preferente, los medios de filtrado óptico dependientes de la polarización de entrada se implementan mediante un polarizador lineal a la entrada de dichos medios de filtrado, seguidos de un filtro espectral óptico homodino, como por ejemplo, una red de difracción.

En una segunda opción preferente, destinada a lograr una mayor resolución de la medida de SOP resuelto...

1. Sistema de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda de una señal óptica bajo análisis (1) , que comprende:

-unos medios de filtrado espectral (3) sintonizables con una salida óptica dependiente de una polarización de entrada de los medios de filtrado espectral (3) ;

-un transformador de polarización (2) conectado a una entrada de los medios de filtrado espectral (3) ;

-un detector de potencia óptica (8) conectado a la salida óptica de los medios de filtrado espectral (3) ;

-medios de control (4) conectados a los medios de filtrado espectral (3) , al transformador de polarización (2) , y al detector de potencia óptica (8) , estando dichos medios de control (4) configurados para seleccionar secuencialmente una pluralidades de estados de polarización de salida del transformador de polarización (2) , y para sincronizar en los medios de filtrado espectral (3) y el detector de potencia óptica (8) unas medidas de una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia asociada a la pluralidad de estados de polarización de salida del transformador de polarización (2) ;

-y medios de evaluación (5) adaptados para calcular el estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis (1) a partir de la pluralidad de distribuciones espectrales de potencia medidas.

2. Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de filtrado espectral (3) comprenden un polarizador (6) y un filtro óptico homodino (7) , estando la salida del polarizador (6) conectada a la entrada del filtro óptico homodino (7) .

3. Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de filtrado espectral (3) con una ganancia dependiente de la polarización de entrada comprenden:

-una fuente láser (11) sintonizable configurada para generar al menos una señal de bombeo (9) de longitud de onda variable;

-un filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) configurado para filtrar la señal bajo análisis (1) mediante amplificación por difusión Brillouin estimulada, inducida por la al menos una señal de bombeo (9) ;

y porque el detector de potencia óptica (8) está configurado para medir la potencia de salida del filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) en función de la longitud de onda de la al menos una señal de bombeo (9) .

4. Sistema según la reivindicación 3 caracterizado porque el transformador de polarización (2) está configurado para modificar el estado de polarización de salida de la señal de entrada (1) .

5. Sistema según la reivindicación 3 caracterizado porque el transformador de polarización (2) está configurado para modificar el estado de polarización de salida de la al menos una señal de bombeo (9) .

6. Sistema según la reivindicación 5 caracterizado porque los medios de filtrado espectral (3) comprenden dos fibras ópticas conectados al transformador de polarización (2) , estando las dos fibras ópticas configuradas para transportar dos señales de bombeo (9) con polarizaciones ortogonales.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6 caracterizado porque el filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) comprende a su vez:

-un carrete de fibra óptica (15) , acoplándose la señal bajo análisis (1) y la señal de bombeo (9) a través de extremos opuestos del carrete de fibra óptica (15) mediante un circulador (13) ;

-un amplificador óptico (12) adaptado para amplificar la señal de bombeo (9) ;

-y un aislador (16) adaptado para permitir la entrada de la señal bajo análisis (1) en el filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) , e impedir la salida de la señal de bombeo (9) .

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7 caracterizado porque comprende medios de medida de fase configurados para medir una fase resuelta en longitud de onda de una señal obtenida por batido de dos componentes amplificadas a la salida del filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) , y porque los medios de evaluación (5) están configurados para calcular el estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis (1) a partir de dicha medida de fase para una pluralidad de estados de polarización de salida del transformador de polarización (2) .

9. Sistema según la reivindicación 8 caracterizado porque los medios de medida de fase comprenden un separador de haces en función de la polarización, conectado a la salida del filtro basado en amplificación por difusión Brillouin estimulada (10) , y estando dos salidas del separador de haces conectadas a dos detectores; y porque cada detector está configurado para generar dos señales eléctrica cuya fase está determinada por la fase relativa entre las dos componentes amplificadas.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9 caracterizado porque los medios de evaluación (5) están configurados para eliminar del cálculo del estado de polarización resuelto en longitud de onda unos picos de potencia del espectro de la señal bajo análisis (1) .

11. Método de medida de un estado de polarización resuelto en longitud de onda de una señal óptica bajo análisis (1) , que comprende:

-seleccionar secuencialmente una pluralidad de estados de polarización de salida de un transformador de polarización (2) , estando dicho transformador de polarización (2) conectado a una entrada de unos medios de filtrado espectral (3) con una salida óptica con ganancia dependiente de una polarización de entrada de los medios de filtrado espectral (3) ;

-medir una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia asociada a la pluralidad de estados de polarización de salida del transformador de polarización (2) mediante los medios de filtrado espectral (3) , y un detector de potencia óptica (8) conectado a la salida óptica de dichos medios de filtrado espectral (3) ;

-calcular el estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis (1) a partir de la pluralidad de distribuciones espectrales de potencia medidas.

12. Método según la reivindicación 11 caracterizado porque el paso de medir una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia comprende a su vez, para cada estado de polarización de salida del:

-discriminar secuencialmente dos polarizaciones lineales ortogonales de la señal bajo análisis (1) mediante un polarizador (6) ;

-y medir la distribución espectral de potencia asociado a la polarización discriminada mediante un filtro óptico homodino (7) .

13. Método según la reivindicación 11 caracterizado porque el paso de medir una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia comprende a su vez:

-generar al menos una señal de bombeo (9) de longitud de onda variable mediante una fuente láser (11) sintonizable;

-filtrar la señal bajo análisis (1) mediante amplificación por difusión Brillouin estimulada con la al menos la señal de bombeo (9) ;

-medir la potencia de la señal filtrada en función de la longitud de onda de la al menos una señal de bombeo (9) .

14. Método según la reivindicación 13 caracterizado porque el paso de seleccionar secuencialmente una pluralidades de estados de polarización de salida de un transformador de polarización (2) , comprende a su vez modificar el estado de polarización de salida de la señal de entrada (1) .

15. Método según la reivindicación 13 caracterizado porque el paso de seleccionar secuencialmente una pluralidades de estados de polarización de salida de un transformador de polarización (2) , comprende a su vez modificar el estado de polarización de salida de la al menos una señal de bombeo (9) .

16. Método según la reivindicación 15 caracterizado porque el paso de medir una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia comprende a su vez generar dos señales de bombeo (9) con polarizaciones ortogonales, y medir una pluralidad de distribuciones espectrales de potencia para cada señal de bombeo (9) .

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16 caracterizado porque comprende además:

-medir una fase resuelta en longitud de onda de una señal de batido entre dos componentes espectrales obtenidas como resultado de la amplificación por difusión Brillouin estimulada de la señal bajo análisis (1) y la al menos una señal de bombeo (9) ;

-calcular el estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis (1) a partir la fase resuelta en longitud de onda medida para una pluralidad de estados de polarización de salida del transformador de polarización (2) .

18. Método según la reivindicación 17 caracterizado porque el paso de medir una fase resuelta en longitud de onda comprende además, dividir la señal de salida del filtrado por difusión Brillouin estimulada en dos haces con polarizaciones ortogonales, y medir la fase relativa de las dos componentes espectrales amplificadas en cada haz.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18 caracterizado porque el paso de calcular el estado de polarización resuelto en longitud de onda de la señal bajo análisis (1) , comprende a su vez eliminar del cálculo del estado de polarización resuelto en longitud de onda unos picos de potencia del espectro de la señal bajo análisis (1) .