LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA.

Línea de retardo muestreada que comprende una fibra óptica multinúcleo,

homogénea o heterogénea, (2, 2a) como línea de retardo muestreada y reconfigurable para implementación de funcionalidades de Fotónica de Microondas, que involucran el procesamiento de señales de radiofrecuencia transportadas por una o varias portadoras ópticas. Particularmente, el uso de fibras multinúcleo heterogéneas (2), cuyos núcleos (3) poseen propiedades de dispersión cromática diferente, para implementar diferentes retardos incrementales sobre una misma señal alimentada a cada uno de los núcleos. También alimentando una única señal multiplexada en longitud de onda (WDM) o bien obtenida a partir de único láser emisor de diferentes canales o modos ópticos equiespaciados en longitud de onda mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking) a todos sus núcleos, y, mediante alimentación de diferentes señales WDM independientes a cada uno de sus núcleos (3).

Se usa como filtro transversal fijo y sintonizable, como alimentación óptica de arrays de antenas en fase y como generador arbitrario de señales de radiofrecuencia.

Línea de retardo muestreada.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una línea de retardo muestreada que tiene por objeto permitir el uso de fibras ópticas multinúcleo (MCF, Multicore Fiber) como líneas de retardo muestreadas y reconfigurables para la implementación de diversas funcionalidades empleadas en Fotónica de Microondas, que involucran el procesamiento de señales del espectro de radiofrecuencia transportadas por una o varias portadoras situadas en la región óptica del espectro. En particular, el uso de fibras multinúcleo heterogéneas, en las que cada núcleo posee una composición y propiedades de dispersión cromática diferentes, permite la implementación de diferentes retardos incrementales sobre una misma señal alimentada a cada uno de los núcleos.

Las fibras multinúcleo homogéneas pueden también emplearse para implementar líneas de retardo muestreadas, incluyendo a la salida de cada núcleo de la fibra multinúcleo un tramo de fibra adicional que proporcione el retardo diferencial.

También es objeto de la invención proporcionar una gran versatilidad de la línea de retardo muestreada propuesta según la estructura de alimentación óptica de la fibra multinúcleo: alimentando una única señal óptica multicanal a todos los núcleos, bien generada por enganche de modos (modelocking) o bien multiplexada en longitud de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing) , mediante el empleo de múltiples fuentes ópticas (de diferentes longitudes de onda de emisión) , de modo que la señal óptica multicanal alimenta a cada núcleo por separado y, finalmente, mediante alimentación de señales ópticas multicanal o WDM independientes a cada uno de los núcleos.

En cualquiera de los casos el retardo incremental puede ser constante o variable.

Es otro objeto de la invención el empleo de nuevos conectores entre las fibras multinúcleos y las fibras mononúcleo, tanto a su entrada como a su salida, bien para la inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de la MCF, o bien para la detección conjunta de las N muestras de la señal en el plano de salida de la MCF.

La presente invención se sitúa dentro del marco de la Fotónica de Microondas. En concreto, dentro del ámbito general del procesado de fotónico de señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas. También se enmarca dentro del campo de las aplicaciones de las fibras ópticas multinúcleo, un portador para sistemas de telecomunicación de banda ancha recientemente desarrollado para poder soportar técnicas de multiplexación por división espacial. Este nuevo portador, originalmente concebido para aplicaciones de transmisión banda base digital de alta velocidad, puede ofrecer ventajas también en la transmisión de señales ópticas analógicas, propias de los sistemas radio-fibra y la fotónica de microondas. En concreto y dada sus singulares propiedades, proporciona una plataforma única para el desarrollo de nuevos dispositivos y sistemas fotónicos específicos para este campo de aplicación, con propiedades distintivas y novedosas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica es conocido el empleo de la fibra óptica multinúcleo (MCF, multicore fiber) que posee diversos núcleos en una misma cubierta debidamente situados en el plano seccional de modo que cada núcleo actúa como una guía de transmisión monomodo (SMF, singlemode fibers) compuesta por un único núcleo independiente. Por ello, su incorporación a las redes de comunicaciones ópticas puede ofrecer capacidades de transmisión muy superiores a las obtenidas con las fibras mononúcleo (SCF, singlecore fibers) estándares. Las primeras fibras multinúcleo en diseñarse y fabricarse fueron las fibras multinúcleo homogéneas, compuestas por N núcleos idénticos en cuanto a su tamaño y a sus características de propagación. En este tipo de MCF, los N núcleos están dispuestos en una misma cubierta de diámetro (b) y la densidad de núcleos está determinada por la distancia (Λ) entre núcleos que garantiza un determinado nivel de interferencia o crosstalk a lo largo de una longitud (L) de propagación dada. En las fibras homogéneas los N núcleos tienen el mismo diámetro y las mismas características de propagación, es decir el mismo índice de refracción (ncl) , la misma constante de propagación β, y por tanto el mismo retardo de grupo τ, y la misma dispersión cromática (D) .

Recientemente se ha propuesto el diseño de fibras multinúcleo heterogéneas, donde todos o parte de los núcleos que la conforman presentan propiedades de propagación distintas. Este tipo de MCF puede diseñarse para aportar menores niveles de interferencia entre pares de núcleos que la MCF homogénea y, además, permite obtener una mayor densidad de núcleos para un mismo diámetro de cubierta, tal y como más adelante se detalla.

Las fibras ópticas multinúcleo fueron concebidas en sus inicios como respuesta al crecimiento exponencial de la demanda en capacidad de transmisión que está teniendo lugar en las redes de telecomunicaciones ópticas. Los sistemas de telecomunicación por fibra óptica han venido empleando hasta la actualidad diversos esquemas de multiplexación, como son la multiplexación por división en el tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) , por división en longitud de onda óptica (WDM, Wavelength Division Multiplexing) y por división en polarización (PDM, Polarization Division Multiplexing) , gracias a los cuales es posible transportar tasas de transmisión de hasta varias decenas de Tb/s a través de enlaces de fibras ópticas estándares monomodo. Sin embargo, el aumento de las tasas de transmisión a valores en torno los 100 Tb/s a través de una fibra monomodo convencional se percibe como difícil debido, entre otros, a la limitación en ancho de banda de los amplificadores de fibra, a los requerimientos en la relación señal a ruido, a los límites en la potencia óptica inyectada y a las nolinealidades inherentes a la fibra óptica. En consecuencia, y una vez sobrecargadas las posibles dimensiones de multiplexación, diversos grupos de investigación empezaron a considerar nuevas soluciones, como es el caso de la técnica de multiplexación por división espacial (SDM, space-division multiplexing) empleando fibras ópticas multinúcleo. Así pues, como una particularización de los sistemas de transmisión de múltiple entrada múltiple salida, el aumento en capacidad de transmisión se logra al transmitir una señal diferente por cada uno de los N núcleos que conforman la MCF y que actúan como canales independientes, requiriéndose en consecuencia el empleo de N transmisores a su entrada y N receptores a su salida, es decir un transmisor conectado a la entrada de cada núcleo y un receptor conectado a la salida de cada núcleo.

Mediante la multiplexación espacial se han demostrado enlaces implementados mediante MCF homogénea compuesta por 7 núcleos, con separación entre núcleos Λ constante, que han alcanzado capacidades de transmisión de hasta 109 Tb/s en las bandas ópticas C y L a lo largo de 16.8 km y valores de hasta 56 Tb/s en la banda C para una distancia de 76.8 km. Mejoras en el diseño de los enlaces de MCF se han logrado recientemente empleando separaciones entre núcleos no constantes o bien recurriendo a esquemas heterogéneos. Mediante el primer diseño y gracias a una estructura circular, ha sido posible proponer un aumento sustancial en el número de núcleos hasta 19, lográndose fabricar fibras compuestas por 10 núcleos en un diámetro de cubierta de 204.4 μm. La segunda propuesta permitiría disponer también de hasta 19 núcleos, reduciendo el diámetro de cubierta a 125 μm,

gracias al empleo de MCF heterogéneas, en cuya estructura los núcleos se distribuyen espacialmente en patrones triangulares (con un mismo Λ) o rectangulares (en una red con dos valores de Λ diferentes) .

Diversos tipos de fibras multinúcleo han sido diseñados y fabricados hasta la actualidad buscando siempre los menores niveles posibles de pérdidas de propagación y de interferencia entre núcleos para así obtener la mayor densidad posible. El nivel de interferencia, es decir, la máxima potencia transferida entre núcleos, así como las pérdidas causadas por micro y macrocurvaturas, dependen del diseño del perfil de índice de refracción de los núcleos (nco) del índice de refracción de la cubierta (ncl) y de la geometría de la red de núcleos (distancia entre núcleos Λ) . De entre las compañías que fabrican actualmente fibras multinúcleo podemos destacar OFS Labs (USA) , NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation, Japón) , Sumitono Electric Industries (Japón) y Fujikura (Japón) . Las MCF...

1. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, caracterizada por que comprende:

- Al menos una fuente óptica de generación de una señal óptica,

- Al menos un modulador de RF de la señal óptica, para modular la portadora óptica con la señal de RF,

- Una fibra óptica multinúcleo (MCF) , seleccionada entre una MCF heterogénea y una MCF homogénea,

-donde en el caso de una MCF heterogénea, sus núcleos N posen la misma longitud L y una dispersión cromática D diferente, y a cada uno de los cuales se les aplica la señal modulada, para proporcionar en la salida de la línea de retardo, correspondiente a la salida de cada núcleo N, una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales en función de la dispersión cromática de cada núcleo, proporcionando N muestras espaciadas en el tiempo,

-donde en el caso de una MCF homogénea, sus núcleos N posen la misma longitud L y una misma dispersión cromática D, y a cada uno de los cuales se les aplica la señal modulada; estando la salida de cada núcleo N de la MCF homogénea conectada a una fibra óptica monomodo, seleccionadas entre fibras monomodo de diferente longitud con la misma dispersión cromática D, y fibras con la misma longitud y diferente dispersión cromática D; para proporcionar en la salida de la línea de retardo, correspondiente a la salida de cada una de las N fibras monomodo, una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo.

2. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que el retardo de tiempo incremental de cada uno de los N núcleos de la MCF heterogénea, y de la estructura formada por la MCF homogénea seguida por tramos de fibra monomodo, se selecciona entre un valor constante y un valor no constante.

3. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 2, caracterizado por que cada uno de los N núcleos de la MCF heterogénea, y de la estructura formada por la MCF homogénea seguida por tramos de fibra monomodo, presentan un retardo de grupo lineal con la longitud de onda de pendiente diferente, para mediante el cambio de la longitud de onda de la señal óptica, cambiar el valor del retardo incremental, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo reconfigurable.

4. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

- una pluralidad de M fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF, de modo que el mismo múltiplex alimenta a cada uno de los núcleos de la MCF,

- un único láser emisor de diferentes canales ópticos mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking) , que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra

para obtener a la salida de cada núcleo una línea de retardo en ambos casos compuesta por M muestras retardadas por valores de retardo incremental diferente.

5. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

- una pluralidad de M fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF, de modo que el mismo múltiplex alimenta a cada uno de los núcleos de la MCF,

- un único láser emisor de diferentes canales ópticos mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking) , que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra; estando la salida de la línea de retardo en ambos casos conectada a un demultiplexor WDM, para obtener M líneas de retardo de N muestras cada una.

6. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende M agrupaciones de medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

- diversas pluralidades de fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF diferente, alimentado así cada uno de los N núcleos con un multiplex WDM distinto

- diversos láseres emisores de diferentes canales ópticos mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking) , que se modulan con una señal de RF diferente y se aplican a los N núcleos de la fibra;

Obteniendo en ambos casos en el plano de salida, N líneas de retardo diferentes e independientes.

7. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicaciones 4, 5 o 6, caracterizada por que la separación en longitud de onda entre fuentes ópticas adyacentes presenta un valor seleccionado entre un valor constante y un valor no constante.

8. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicaciones 1, 4, 5 o 6, caracterizada por que la modulación de RF está seleccionada entre una modulación en amplitud de RF y una modulación en fase de RF.

9. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 1, caracterizado por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos que la componen están agrupadas y conectadas a un fotodetector, para realizar funciones de filtrado transversal fotónico de microondas; donde la sintonización de la longitud de onda permite reconfigurar la respuesta del filtro.

10. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 4, caracterizado por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF está conectada a un fotodetector diferente para establecer N filtros con distinto FSR (Free Spectral Range) en la salida de cada núcleo de la MCF, sintonizables variando la separación entre longitudes de onda de emisión de las fuentes ópticas; .

11. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 5, caracterizado por una línea de retardo óptica, donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF está conectada a un demultiplexor de agrupación por longitud de onda de las N salidas, y donde cada salida del demultiplexor comprende un fotodetector diferente, para establecer M filtros distintos compuestos por N muestras cada uno, con distinto FSR, .

12. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 11, caracterizado por que cada entrada o salida de los N núcleos de la MCF se conecta a un atenuador variable para enventanar la amplitud de las muestras.

13. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicación 3, caracterizada por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF se conecta a una antena a través de un fotodetector de radiofrecuencia; donde cada una de las N antenas se corresponde con un elemento del array de antenas en fase, para obtener una red de alimentación en paralelo, y donde la dirección de apuntamiento del factor de array es gobernando mediante la variación del retardo de grupo incremental entre núcleos a través de la sintonización de la longitud de onda.

14. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicación 13, caracterizada por una línea de retardo óptica donde la entrada de cada uno de los N núcleos de la MCF se conecta a una fuente óptica a través de un modulador electroóptico; estando todas las salidas de los N núcleos agrupadas y conectando dicha agrupación a un único fotodetector para sistemas de recepción de señales radiadas.

15. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicaciones 13 o 14, caracterizada por una línea de retardo óptica que incorpora atenuadores ópticos variables a la salida de cada núcleo para implementar diversos esquemas de enventanado.

16. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA , caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 1, que comprende un generador de pulsos de RF conectado a un primer y a un segundo modulador electroóptico alimentados en regiones con pendientes opuestas, mediante voltajes diferentes, para modular con el mismo pulso eléctrico; estando la entrada de ambos moduladores electroópticos conectada a una única fuente de emisión óptica: donde la salida del primer modulador conectada a un primer acoplador óptico 1xN seguido de unos conmutadores ópticos 2x1 que se conectan a cada uno de los N núcleos, para proporcionar una selección de muestras positivas a un primer

subconjunto de N1 núcleos y donde la salida del segundo modulador electroóptico está conectada a un segundo acoplador óptico 1xN seguido de unos conmutadores ópticos 2x1 para proporcionar una selección de muestras negativas a un segundo subconjunto de N2 núcleos, comprendiendo medios de selección de la señal proveniente del primer o segundo modulador electroóptico dinámicamente; y comprendiendo a la salida de los N núcleos un fotodetector, para generar una señal de RF deseada.

17. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 16, comprendiendo atenuadores ópticos variables a la salida del primer y segundo acoplador óptico 1xN, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual para polaridades positivas y negativas.

18. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 1, que comprende un generador de pulsos de RF conectado a un único modulador electroóptico, que está conectado a una única fuente de emisión óptica y a la entrada de los N núcleos de la MCF, donde la salida de cada uno de dichos N núcleos está conectada a un conmutador óptico 1x2, cada uno de los cuales están conectados a un primer y a un segundo acoplador óptico Nx1, que, a su vez, están conectados a un fotodetector balanceado, permitiendo la detección diferenciada entre un subconjunto de N1 pulsos positivos y un subconjunto de N2 pulsos negativos mediante un control de los conmutadores 1x2 que hay a la salida de cada núcleo que dirigen la señal a uno de dichos fotodetectores balanceados.

19. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 18, que comprende atenuadores ópticos variables en cada una de las entradas del primer y segundo acoplador óptico 1xN, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual para polaridades positivas y negativas.

20. CONECTOR PARA LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA BASADA EN FIBRA ÓPTICA MULTINUCLEO, según reivindicación 1, caracterizado por que comprende un conector de una fibra mononúcleo con los N núcleos en la entrada de la fibra MCF para inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de MCF; y un conector de conexión de los N núcleos a la salida de la MCF con una fibra mononúcleo, para la detección de las N muestras de la señal en el plano de salida.