ES2206043A1 - Interrogation device for photonic transducer has detector array located at specific distance that is smaller than focal length of diffraction grating in tilted diffraction grating optical waveguide - Google Patents

Interrogation device for photonic transducer has detector array located at specific distance that is smaller than focal length of diffraction grating in tilted diffraction grating optical waveguide

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ES2206043A1
ES2206043A1 ES200202387A ES200202387A ES2206043A1 ES 2206043 A1 ES2206043 A1 ES 2206043A1 ES 200202387 A ES200202387 A ES 200202387A ES 200202387 A ES200202387 A ES 200202387A ES 2206043 A1 ES2206043 A1 ES 2206043A1
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Abstract

The interrogation device has a tilted diffraction grating optical waveguide with an optical guide in which a short period or uniform or non-uniform period diffraction grating is provided. A detector array is located at a specific distance that is smaller than the focal length of diffraction grating in tilted diffraction grating optical waveguide. The tilted diffraction grating optical waveguide generates radiated field whose spatial position and shape depends on the wavelength and optical power of light.

Description

Dispositivo de interrogación de transductores fotónicos basado en la medida del campo cercano de una red de difracción inclinada en guía de onda óptica.Transducer Interrogation Device photonics based on the measurement of the near field of a network of inclined diffraction in optical waveguide.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La invención pertenece al campo de la demodulación de la información procedente de transductores fotónicos que la codifiquen en longitud de onda (tales como las Redes de Difracción Óptica de Periodo Corto (R.D.O.P.C.)), en la intensidad de la luz reflejada/transmitida por ellos (los llamados sensores de intensidad), y, en determinados casos, de aquellos que la codifiquen en fase (tales como cavidades de Fábry-Perot de alta pureza).The invention belongs to the field of demodulation of information from transducers photonics that encode it in wavelength (such as Short Period Optical Diffraction Networks (R.D.O.P.C.)), in the intensity of the light reflected / transmitted by them (the so-called intensity sensors), and, in certain cases, of those who encode it in phase (such as cavities of Fábry-Perot of high purity).

Estado del arteState of the art

Los transductores fotónicos están encontrando cada vez más nichos de aplicación diferentes. Así, por ejemplo, los basados en R.D.O.P.C. cada vez están más difundidos en áreas de tanta repercusión como la ingeniería civil o la aeronáutica (aunque no exclusivamente en ellas) en un intento de obtener la máxima información posible sobre el comportamiento y salud de las estructuras. Con esta información se podrán activar las medidas oportunas conducentes a reparar y/o mejorar el comportamiento de aquella estructura bajo supervisión. La razón que motiva este, cada vez mayor, uso de transductores fotónicos y que, poco a poco, va desplazando a tecnologías más tradicionales hay que buscarla en las ventajas inherentes a este tipo de tecnología. Entre otras están el pequeño tamaño y bajo peso que presentan los elementos sensores y que, entre otras cosas, permite introducirlos en el interior de las estructuras sin apenas perturbarlas. Otra ventaja fundamental de este tipo de tecnologías es que permiten la creación de sistemas de medida multipunto con un solo canal de fibra óptica. Así varios transductores fotónicos pueden estar dispuestos a lo largo de la misma fibra óptica sin interferirse unos a otros. Gracias a todas estas ventajas es posible obtener una valiosa información que con otro tipo de transductores sería muy difícil. El hecho de que se trate de elementos totalmente dieléctricos también aporta ventajas no poco importantes, puesto que, por ejemplo, habilita el uso de esta tecnología en ambientes electromagnéticamente hostiles. Pero todas estas ventajas no justificarían el uso de esta tecnología si no se dispusiese de esquemas que permitan extraer la información codificada por los transductores ópticos con características técnicas (estabilidad, resolución, etc.) equiparables si no superiores a las que se tienen con sistemas tradicionales. Centrando la discusión en los transductores basados en R.D.O.P.C., por ser las que actualmente están recibiendo una mayor atención, cabe decir que a lo largo de la última década muchos han sido los esquemas de interrogación de este tipo de transductores recogidos en la literatura especializada. Las técnicas empleadas han sido muy variadas [1] yendo desde el uso de interferómetros [2,3], pasando por filtros dependientes de la longitud de onda [4,5], filtros sintonizables [6,7], láseres sintonizables [8], etc. Todas ellas ofrecen características lo suficientemente buenas como para poder, en principio, permitir un uso real de los transductores fotónicos basados en redes de difracción, pero un estudio mas detallado revela que la inmensa mayoría de ellos presenta grandes dificultades para poder ser empleados en campo. Estas dificultades pueden ser de índole económica, de poca robustez o por precisar unas condiciones muy controladas para su correcto funcionamiento. Las anteriores afirmaciones se ven respaldadas por la escasez de unidades de interrogación comerciales que existe en el mercado.Photonic transducers are finding more and more different application niches. So, for example, the based on R.D.O.P.C. they are increasingly spread in areas of as much impact as civil engineering or aeronautics (although not exclusively in them) in an attempt to get the maximum possible information on the behavior and health of structures With this information you can activate the measures opportune conducive to repair and / or improve the behavior of that structure under supervision. The reason that motivates this, each growing, use of photonic transducers and that, little by little, goes displacing more traditional technologies you have to look for it in the advantages inherent in this type of technology. Among other are the small size and low weight of the elements sensors and that, among other things, allows you to enter them in the inside the structures without hardly disturbing them. Another advantage fundamental of this type of technologies is that they allow the creation of multipoint measurement systems with a single fiber channel optics. Thus several photonic transducers can be arranged along the same optical fiber without interfering with each other. Thanks to all these advantages it is possible to obtain a valuable information that with other types of transducers would be very difficult. The fact that they are totally dielectric elements It also provides not very important advantages, since example, enable the use of this technology in environments electromagnetically hostile But all these advantages do not they would justify the use of this technology if it were not available schemes that allow to extract the information encoded by the optical transducers with technical characteristics (stability, resolution, etc.) comparable if not higher than those With traditional systems. Focusing the discussion on R.D.O.P.C.-based transducers, as they are currently are receiving more attention, it should be said that throughout the last decade many have been the interrogation schemes of this type of transducers collected in the literature specialized. The techniques used have been very varied [1] going from the use of interferometers [2,3], through filters wavelength dependent [4,5], tunable filters [6.7], tunable lasers [8], etc. They all offer features good enough to be able to, in principle, allow real use of photonic transducers based on diffraction networks, but a more detailed study reveals that the vast majority of them have large Difficulties to be employed in the field. These difficulties they can be of economic nature, of little robustness or to specify Very controlled conditions for proper operation. The above statements are supported by the shortage of commercial interrogation units that exist in the market.

El dispositivo de interrogación objeto de esta patente resuelve las dificultades anteriores presentando un esquema de interrogación sencillo, compacto y robusto que lo hace apto para ser empleado en campo. El sistema es capaz de obtener información simultánea de varios transductores multiplexados espectralmente que se encuentren situados remotamente en varios puntos de una estructura y repartidos a lo largo del mismo canal de fibra óptica. El principio de funcionamiento se basa en la capacidad que presentan las R.D.O.P.C. inclinadas de extraer luz de la guía de onda óptica y redirigirla al exterior de la misma en una dirección determinada dependiente de la longitud de onda. Esta propiedad ha sido ampliamente recogida en la literatura y ha sido objeto de varias patentes anteriores (US4749248 [9], EP0438759 [10], EP0435194 [11], EP0435201 [12]).The interrogation device object of this patent solves the previous difficulties presenting a simple, compact and robust interrogation scheme that does suitable to be used in the field. The system is able to obtain simultaneous information of several multiplexed transducers spectrally that they are located remotely in several points of a structure and distributed along the same channel of optical fiber. The principle of operation is based on capacity presented by the R.D.O.P.C. inclined to extract light from the guide of optical wave and redirect it outside of it in a determined direction dependent on the wavelength. Is property has been widely collected in the literature and has been Subject of several prior patents (US4749248 [9], EP0438759 [10], EP0435194 [11], EP0435201 [12]).

Los autores conocen la existencia de la patente US5982962 [13] así como de los trabajos recogidos en [14,15] que, empleando los mismos componentes que se usan en la invención objeto de esta patente aunque dispuestos de manera bien diferente y basándose en un principio de funcionamiento distinto (la capacidad que las R.D.O.P.C. inclinadas y de periodo no uniforme tienen de extraer luz del núcleo de la fibra óptica y enfocarla en un punto que varía con la longitud de onda), proponen la posible construcción de un sistema que, eventualmente, podría llegar a emplearse para la interrogación del mismo tipo de transductores de los que aquí se ha hablado aunque con unas prestaciones inferiores. No obstante, la presente invención ofrece dos aspectos fundamentales e innovadores respecto al estado del arte actual: la arquitectura del sistema y principio de funcionamiento (la medida de campo cercano de la luz no focalizada extraída del núcleo de la fibra óptica por una R.D.O.P.C. inclinada y de periodo no uniforme, así como la dependencia que la dirección de propagación y la posición del máximo de este campo presentan con la longitud de onda. Otra característica diferencial del dispositivo es que emplea las huellas que los modos de cubierta imprimen en el campo radiado para mejorar su resolución).The authors know the existence of the patent US5982962 [13] as well as the works included in [14,15] that, using the same components that are used in the invention object of this patent although arranged in a very different way and based on a different operating principle (capacity than the R.D.O.P.C. inclined and non-uniform period have extract light from the fiber optic core and focus on one point which varies with the wavelength), they propose the possible construction of a system that could eventually be used to the interrogation of the same type of transducers as here It has been spoken although with inferior benefits. Do not However, the present invention offers two fundamental aspects and Innovative regarding the state of the art today: architecture of the system and principle of operation (field measurement close to the non-focused light extracted from the fiber core optical by an R.D.O.P.C. inclined and non-uniform period as well as the dependence that the direction of propagation and the position of the maximum of this field present with the wavelength. Other differential feature of the device is that it uses the fingerprints that cover modes print on the radiated field to improve your resolution).

Bibliografía Bibliography

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U.S. Patent 4749248, "Device for tapping radiation from, or injecting radiation into, single made optical fiber, and communication system comprising same", White et al., 7 Jun. 1988.U.S. Patent 4749248, "Device for tapping radiation from, or injecting radiation into, single made optical fiber, and communication system comprising same ", White et al., Jun 7, 1988.

[10][10]
European Patent 0438759, "Optical waveguide embedded light redirecting Bragg grating arrangement", Glenn et al., 27 Aug. 1991.European Patent 0438759, "Optical waveguide embedded light redirecting Bragg grating arrangement ", Glenn et al., Aug. 27, 1991.

[11][eleven]
European Patent 0435201, "Optical waveguide embedded light redirecting and focusing Bragg grating arrangement", Morey et al., 29 Oct. 1991.European Patent 0435201, "Optical waveguide embedded light redirecting and focusing Bragg grating arrangement ", Morey et al., Oct. 29 1991

[12][12]
European Patent 0435194, "Multi-core opticalwaveguide Bragg grating light redirecting arrangement", Morey et al., 21 May 1991.European Patent 0435194, "Multi-core opticalwaveguide Bragg grating light redirecting arrangement ", Morey et al., May 21 1991

[13][13]
U.S. Patent 5982962, "Fiber-Integrated Microlenses and Optical Fiber FBG Couplers, Spectrometers, and Multiplexers Comprised Thereof", Koops et al., 9 Nov. 1999.U.S. Patent 5982962, "Fiber-Integrated Microlenses and Optical Fiber FBG Couplers, Spectrometers, and Multiplexers Comprised Thereof ", Koops et al., Nov. 9, 1999.

[14][14]
C.K. Madsen, J. Wagener, T.A. Strasser, D. Muehlner, M.A. Milbrodt, E.J. Laskowski y J. DeMarco, "Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating", J. Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 4, n° 6, pp. 925-929 (1998).CK Madsen , J. Wagener , TA Strasser , D. Muehlner , MA Milbrodt , EJ Laskowski and J. DeMarco , "Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating", J. Selected Topics in Quantum Electronics , vol. 4, n ° 6, pp. 925-929 ( 1998 ).

[15][fifteen]
J. Wagener, T.A. Strasser, J. Pedrazzani, J. DeMarco y D. DiGiovanni, "Fiber Grating Optical Spectrum Analizar Tap", ECOC'97, Conference Publication N° 448, pp. 65-68 (1997).J. Wagener , TA Strasser , J. Pedrazzani , J. DeMarco and D. DiGiovanni , "Fiber Grating Optical Spectrum Analyze Tap", ECOC'97, Conference Publication No. 448, pp. 65-68 ( 1997 ).
Descripción de la invenciónDescription of the invention

El sistema de interrogación, tal y como se puede ver en la figura 2, consta de:The interrogation system, as you can see in figure 2, it consists of:

- Una R.D.O.P.C. inclinada- An R.D.O.P.C. inclined

- Una matriz de detectores- An array of detectors

- Unidad electrónica de procesado- Electronic processing unit

La R.D.O.P.C. inclinada está inscrita en una guía de onda óptica situada encima de una matriz de detectores a una pequeña distancia de la misma. Asimismo hay que añadir una unidad electrónica para el procesado, demodulación y acondicionamiento de la señal así como para el control de la matriz de detectores.The R.D.O.P.C. inclined is inscribed in a guide optical wave located above a detector array at a Small distance from it. You also have to add a unit electronics for processing, demodulation and conditioning of the signal as well as for the control of the detector array.

Sobre este esquema básico habrá que efectuar pequeñas modificaciones para adaptarlo a las particularidades concretas del tipo de transductor fotónico que se quiera interrogar. Así, por ejemplo, y sin pérdida de generalidad, para el caso sensores basados en R.D.O.P.C. habría que añadir al esquema básico una fuente de luz de banda ancha y un acoplador o circulador óptico.On this basic scheme it will be necessary to carry out small modifications to adapt it to the particularities concrete of the type of photonic transducer desired question. Thus, for example, and without loss of generality, for the case sensors based on R.D.O.P.C. should be added to the scheme basic a broadband light source and a coupler or circulator optical.

El principio de funcionamiento innovador del interrogador se basa en la capacidad que presentan las R.D.O.P.C. inclinadas de extraer luz de la guía de onda óptica y redirigirla al exterior de la misma en una dirección determinada dependiente de la longitud de onda. De esta manera se formará, en las proximidades de la R.D.O.P.C. inclinada, un campo radiado (de aproximadamente la misma longitud que la red inclinada) que se desplazará hacia la derecha o hacia la izquierda paralelamente a la guía de onda óptica en función de su longitud de onda. Por otra parte, la forma de este campo radiado se verá modificada también con la longitud de onda debido a que los modos de cubierta imprimen una huella en la amplitud del mismo que es dependiente de este parámetro. Este efecto puede verse potenciado si se emplea una R.D.O.P.C. de periodo no uniforme puesto que al movimiento del campo cercano provocado por la variación de la dirección de salida con la longitud de onda se le añadirá la del desplazamiento, dependiente de este mismo parámetro, a lo largo de la longitud de la red del punto de máxima extracción de luz. Así, haciendo uso de estas características, si se sitúa una matriz de detectores en las proximidades de una de estas R.D.O.P.C. inclinadas y paralela a ella se captará una imagen diferente en función de la longitud de onda de la luz que se propaga por la guía de onda óptica. Asimismo la imagen captada tendrá mayor o menor intensidad en función de la potencia de la luz que se propagaba por la guía de onda. De esta manera se puede extraer información de transductores que la codifiquen en la longitud de onda, en la intensidad luminosa o, en determinados casos, en fase.The innovative working principle of Interrogator is based on the ability of the R.D.O.P.C. inclined to extract light from the optical waveguide and redirect it outside of it at a specific address dependent on the wavelength This way it will form, in the vicinity of the R.D.O.P.C. inclined, a radiated field (of approximately the same length as the inclined network) that will move towards the right or left parallel to the optical waveguide depending on its wavelength. Moreover, the shape of this Radiated field will also be modified with wavelength because the cover modes print a print on the amplitude thereof that is dependent on this parameter. East effect can be enhanced if an R.D.O.P.C. from non-uniform period since the movement of the near field caused by the variation of the exit direction with the wavelength will be added to the offset, dependent of this same parameter, along the network length of the point of maximum light extraction. Thus, using these characteristics, if an array of detectors is placed in the proximity of one of these R.D.O.P.C. inclined and parallel to she will capture a different image depending on the length of wave of light that propagates through the optical waveguide. Likewise the captured image will have greater or lesser intensity depending on the power of light that was propagated by the waveguide. This way you can extract information from transducers that the encode in the wavelength, in the light intensity or, in certain cases, in phase.

El bloque de interrogación objeto de la invención también permite obtener información simultánea de uno o varios transductores. El interrogador podrá formar parte de un sistema de medida multipunto, tal y como se observa en la Figura 1, el cual consta de tres o cuatro partes bien diferenciadas (dependiendo de si los transductores trabajan en reflexión o en transmisión), la primera de ellas (zona A) está compuesta por la unidad optoelectrónica constituida por bloque de interrogación (3), y en función del tipo de transductor a interrogar, fuentes de luz (1_{1}) y elementos de encaminamiento de la luz (2). La segunda parte (zona B), está formada por una canal de fibra óptica (4). La tercera parte (zona C) la constituye el sistema multipunto de medida compuesto de los diferentes transductores (5_{1} a 5_{N}) dispuestos a lo largo del canal de fibra óptica. Y por último, la cuarta parte (zona D), que existirá o no en función de los tipos de transductores que compongan el sistema multipunto, estará formada por una fuente de luz (1_{2}). Así se ve que en un sistema de medida multipunto completo además del bloque de interrogación y los transductores ópticos, también son necesarios otros elementos tales como fuentes de luz (1_{1} o 1_{2}), elementos de direccionamiento de la luz (2), y un canal de fibra óptica (4) que comunique la unidad optoelectrónica que compone la zona A con la región de fibra que contiene los diferentes transductores (5_{1} a 5_{N}). Éstos están dispuestos a lo largo del mismo canal de fibra óptica y serán interrogados de manera simultánea por el bloque de interrogación objeto de esta invención. Así el funcionamiento global del sistema es como sigue: la fuente de luz emite luz hacia los transductores, éstos en función del parámetro externo que midan modificarán alguna de las características de la luz (por ejemplo presentando mayor o menor atenuación al paso de la luz y/o seleccionando partes determinadas del espectro) codificando de esta manera la información. Después esta luz modificada es dirigida hacia el bloque de interrogación donde se extraerá la información concerniente a los parámetros medidos por los transductores. Para posibilitar medidas en puntos muy alejados de la unidad optoelectrónica se plantea la utilización de un canal de fibra óptica (4) entre ésta y los transductores. Por último, gracias a que tanto el canal (4) como los sensores están fabricados de material dieléctrico pueden operar en zonas electromagnéticamente hostiles.The interrogation block object of the invention also allows simultaneous information from one or several transducers The interrogator may be part of a system of multipoint measure, as seen in Figure 1, which It consists of three or four distinct parts (depending on if the transducers work in reflection or in transmission), the first of them (zone A) is composed of the unit optoelectronics consisting of interrogation block (3), and in function of transducer type to interrogate, light sources (1_ {1}) and light routing elements (2). The second part (zone B), is formed by a fiber optic channel (4). The third part (zone C) is the multipoint system of composite measure of the different transducers (5_ {a} a 5_ {N}) arranged along the fiber optic channel. And by last, the fourth part (zone D), which will exist or not depending on the types of transducers that make up the multipoint system, It will be formed by a light source (1_ {2}). So it looks like in a complete multipoint measurement system in addition to the block of interrogation and optical transducers are also necessary other elements such as light sources (1_ {1} or 1_ {2}), light addressing elements (2), and a fiber channel optic (4) that communicates the optoelectronic unit that composes the zone A with the fiber region that contains the different transducers (5_ {1} to 5_ {N}). These are arranged along  of the same fiber optic channel and will be interrogated in a manner simultaneous by the interrogation block object of this invention. Thus the overall operation of the system is as follows: the light source emits light towards the transducers, these in function of the external parameter they measure will modify any of the characteristics of the light (for example presenting greater or lesser attenuation to the passage of light and / or selecting specific parts spectrum) coding the information in this way. After this modified light is directed towards the interrogation block where the information concerning the parameters will be extracted measured by transducers. To enable spot measurements far removed from the optoelectronic unit the use of a fiber optic channel (4) between it and the transducers Finally, thanks to both the channel (4) and the  sensors are made of dielectric material can operate in electromagnetically hostile zones.

En el bloque de interrogación, la luz (2) se dirige hacia una red de difracción inclinada y, en el caso más general, de periodo no uniforme (entendiéndose que las estructuras de periodo uniforme son un caso particular de ésta). En cada uno de los sucesivos cambios de índice de refracción que componen la red (óvalos oscuros del dibujo) se expulsará una fracción de la luz incidente al exterior de la guía de onda óptica en una determinada banda de longitudes de onda y en una dirección concreta. Esta dirección de salida depende de la longitud de onda. Asimismo, salvo para redes inclinadas de periodo uniforme, el punto a lo largo de la longitud de la red en el cual se obtiene un máximo de luz expulsada también varía en función de la longitud de onda. Por otra parte, los llamados modos de cubierta imprimen en esta radiación saliente una huella característica en forma de variaciones muy abruptas en la amplitud que depende, asimismo, de la longitud de onda. De esta manera se formará en las inmediaciones de la guía de onda una radiación de luz saliente (4) de aproximadamente las mismas dimensiones físicas que la R.D.O.P.C. inclinada que la generó y cuya posición espacial y forma cambiarán con la longitud de onda. Además la intensidad de esta radiación dependerá de la potencia óptica de la luz que la generó. Esta radiación será captada por una matriz de detectores (5) situada a una pequeña distancia d de la guía de onda formando de esta manera una imagen que será capturada. Por lo anteriormente explicado se puede ver que las características de esta imagen dependerán de la/s longitud/es de onda/s de la luz así como de su intensidad. Una vez capturada, la imagen debe de ser convenientemente procesada mediante una algorítmica específica para extraer simultáneamente la información de los diferentes transductores.In the interrogation block, the light (2) is directs towards an inclined diffraction network and, in the most case general, of non-uniform period (it being understood that the structures of uniform period are a particular case of this). In each of the successive refractive index changes that make up the network (dark ovals of the drawing) a fraction of the light will be ejected incident outside the optical waveguide in a given band of wavelengths and in a specific direction. Is Output direction depends on the wavelength. Likewise, except for inclined networks of uniform period, the point at along the length of the network in which a maximum of ejected light also varies depending on the wavelength. By On the other hand, the so-called cover modes print on this outgoing radiation a characteristic footprint in the form of very abrupt variations in the amplitude that also depends on the wavelength This way it will be formed in the Surroundings of the waveguide an outgoing light radiation (4) of approximately the same physical dimensions as the R.D.O.P.C. inclined that generated it and whose spatial position and shape will change With the wavelength. In addition the intensity of this radiation It will depend on the optical power of the light that generated it. Is radiation will be captured by an array of detectors (5) located at a small distance d from the waveguide forming this way An image that will be captured. For the above explained is You can see that the characteristics of this image will depend on The wavelength / s of light / s as well as its intensity. A Once captured, the image must be conveniently processed by a specific algorithmic to extract simultaneously the information of the different transducers.

La distancia d no es especialmente crítica pero si que debe de ser pequeña en comparación con la distancia focal (7), típicamente esta distancia estará en torno a los milímetros para que se cumpla la condición de campo cercano. Además la luz también puede incidir en la R.D.O.P.C. inclinada por cualquiera de sus extremos (cosa que no ocurre si lo que se quiere es enfocar la luz en el punto 7), la única diferencia estaría en que, siguiendo los convenios establecidos en la Figura 2, si la luz incidiese por la derecha habría que situar la matriz de detectores en la parte superior en lugar de la inferior.The distance d is not especially critical but yes it must be small compared to the focal length (7), typically this distance will be around millimeters so that the near field condition is met. Light also It can also influence the R.D.O.P.C. inclined by any of its extremes (which does not happen if what is wanted is to focus the light at point 7), the only difference would be that, following the agreements established in Figure 2, if the light affected the right would have to place the array of detectors in the part upper instead of lower.

El bloque de interrogación así constituido ha sido elegido para conseguir las siguientes ventajas y/o prestaciones:The interrogation block thus constituted has been chosen to achieve the following advantages and / or benefits:

1.one.
La medida simultánea de varios transductores fotónicos multiplexados espectralmente.Measure Simultaneous multi-photon transducers spectrally.

2.two.
La obtención de grandes prestaciones en cuanto a rango espectral de interrogación con respecto a otros sistemas propuestos.Obtaining high performance in terms of spectral interrogation range with respect to other proposed systems.

3.3.
Prestaciones equiparables, y en algún caso superiores, a otros esquemas propuestos y a las de las técnicas tradicionales.Benefits comparable, and in some cases superior, to other schemes proposed and those of traditional techniques.

4.Four.
Capacidad de obtener información codificada en longitud de onda, en amplitud o en fase.Capacity of obtain information encoded in wavelength, amplitude or in phase

5.5.
La construcción es sencilla al no estar sujeta a restricciones físicas severas (por ejemplo distancia de la matriz de detectores con respecto a la red inclinada) para el correcto funcionamiento de la unidad.Construction is simple by not being subject to severe physical restrictions (for example distance of the detector array from the network inclined) for the correct operation of the unit.

6.6.
Esquema compacto y robusto que lo hace apto para su uso en campo.Compact scheme and robust that makes it suitable for field use.

7.7.
Es posible emplear eventualmente el dispositivo como espectrómetro óptico de resolución limitada.It is possible to use eventually the device as an optical spectrometer of limited resolution.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Figura 1: Muestra un diagrama de bloques de un sistema de medida multipunto. Los bloques del interior de las diferentes regiones (A, B, C, y D) que se encuentran bordeados por líneas discontinuas son opcionales y se emplearán o no en función de la naturaleza de los transductores empleados. De esta manera se ve que el sistema requiere de una fuente de luz (1_{1} o 1_{2}) que puede estar situada de tal manera que haga que los transductores trabajen en reflexión (zona A) o en transmisión (zona D). En caso de tener la fuente de luz situada en la zona A también se requerirá la presencia de un elemento que sea capaz de encaminar la luz emitida hacia los transductores fotónicos (5) y de éstos al bloque de interrogación (3). Este elemento (2) puede ser un acopiador direccional, un circulador o cualquier otro elemento que realice una función análoga. La zona B del sistema comprende un canal de fibra óptica (4) que permite la operación remota. Y, por último la zona C es la de medida multipunto, en la que se tienen varios transductores (5_{1} a 5_{N}) convenientemente dispuestos a lo largo del mismo canal de fibra.Figure 1: Shows a block diagram of a multipoint measurement system. The blocks inside the different regions (A, B, C, and D) that are bordered by dashed lines are optional and will be used or not depending on the nature of the transducers employed. This way it looks that the system requires a light source (1_ {1} or 1_ {2}) which can be located in such a way that it makes the transducers work in reflection (zone A) or in transmission (zone D). In case you have the light source located in zone A also the presence of an element that is capable of routing will be required  the light emitted to the photonic transducers (5) and from these to interrogation block (3). This element (2) can be a directional collector, a circulator or any other element that perform an analogous function. Zone B of the system comprises a fiber optic channel (4) that allows remote operation. And by Finally, zone C is that of multipoint measurement, where several transducers (5_ {1} to 5_ {N}) conveniently arranged along the same fiber channel.

Figura 2: Muestra básicamente el bloque de interrogación objeto de esta invención. Está compuesto por una guía de onda óptica, representada en la figura por una fibra óptica (1) por la que se propaga luz (2) en dirección a una R.D.O.P.C. inclinada (3). Ésta ha sido representada como de periodo no uniforme por ser este el caso general que engloba a las redes de periodo uniforme. La luz (2) incidente en la red inclinada (3) es expulsada fuera de la fibra (4) en una dirección determinada y captada por una matriz de detectores (5) dispuesta paralelamente a la R.D.O.P.C. inclinada (3) a una distancia d que cumpla la condición de campo cercano. Para completar el bloque de interrogación hay que incorporar una unidad electrónica (6) para el procesado de la señal así como para el control de la matriz de detectores. Por último el punto (7) representa el foco de la R.D.O.P.C. inclinada (3) para la longitud de onda de la luz (2) empleada. Este punto se alejaría hasta el infinito en el caso de emplear redes inclinadas de periodo uniforme.Figure 2: It basically shows the block of interrogation object of this invention. It is composed of one optical waveguide, represented in the figure by an optical fiber (1) through which light is propagated (2) in the direction of an R.D.O.P.C. inclined (3). This has been represented as a period not uniform because this is the general case that encompasses the networks of uniform period. The light (2) incident on the inclined network (3) is ejected out of the fiber (4) in a certain direction and captured by a matrix of detectors (5) arranged parallel to the R.D.O.P.C. inclined (3) at a distance d that meets the near field condition. To complete the block of interrogation must incorporate an electronic unit (6) to the signal processing as well as for the control of the matrix of detectors Finally, point (7) represents the focus of the R.D.O.P.C. inclined (3) for the wavelength of light (2) employee. This point would go away to infinity in the case of use inclined networks of uniform period.

Un modo de realización de la invenciónAn embodiment of the invention

Aunque se considera que en lo anterior se ha descrito suficientemente la invención, en su conjunto, como para que pueda deducirse su realización, en lo que sigue, y no excluyendo otras posibilidades de realización, se reflejará una forma de efectuar la invención.Although it is considered that the above has sufficiently described the invention, as a whole, as to that its realization can be deduced, in what follows, and not excluding other possibilities of realization, a way of carrying out the invention.

Se parte de una guía de onda óptica en la que se haya inscrito una R.D.O.P.C. inclinada con un ángulo suficiente como para permitir extraer luz de la guía. Preferentemente esta red tendrá un periodo no uniforme (de variación lineal) para potenciar el efecto de desplazamiento del máximo de extracción de luz con la longitud de onda. Esto, unido al efecto de variación de la dirección de salida de la luz con la longitud de onda de ésta, provocará un aumento muy notable de la resolución espectral del dispositivo. Por otra parte, cuanto mayor sea la variación lineal del periodo menor podrá ser la distancia d a la que se sitúe la guía de onda con respecto a la matriz de detectores para una resolución espectral dada. De esta manera si se emplease una R.D.O.P.C. inclinada de periodo uniforme la distancia d tendría que ser mayor, incurriendo de esta manera en un dispositivo menos compacto. Por otra parte el método de inscripción de la red inclinada en la guía de onda podrá ser cualquiera de los que se emplean al uso, léase método holográfico, máscara de fase, etc.It starts from an optical waveguide in which have registered an R.D.O.P.C. inclined at a sufficient angle as to allow to extract light from the guide. Preferably this network will have a non-uniform period (of linear variation) for enhance the displacement effect of the maximum extraction of light with wavelength. This, together with the effect of variation of the direction of light output with its wavelength, will cause a very noticeable increase in the spectral resolution of the device. On the other hand, the greater the linear variation of the smallest period may be the distance d at which the waveguide with respect to the array of detectors for a spectral resolution given. In this way if a R.D.O.P.C. inclined of uniform period the distance d would have to be older, thus incurring a device less compact. On the other hand the network registration method inclined in the waveguide may be any of the employ the use, read holographic method, phase mask, etc.

Por otro lado se hace necesario disponer también de una matriz de detectores, como por ejemplo un CCD, un array lineal de detectores tipo PIN, APD o similares, o cualquier otro dispositivo que sea capaz de captar luz a lo largo de una línea.On the other hand it is also necessary to have of an array of detectors, such as a CCD, an array Linear of detectors type PIN, APD or similar, or any other device that is capable of capturing light along a line.

En principio las dimensiones físicas de la red inclinada deberían ser iguales o menores que las de la matriz de detectores, aunque ésta tampoco es una condición indispensable. Se fija la guía de onda óptica que contiene la red inclinada a la matriz de detectores teniendo la precaución de dirigir hacia éstos el lado de la guía por el que saldrá la luz. El fijado de la guía de onda a la matriz puede ser químico (mediante pegamentos por ejemplo), mecánico, o de cualquier otro tipo que le confiera robustez y fiabilidad.In principle the physical dimensions of the network inclined should be equal to or less than those of the matrix of detectors, although this is not an indispensable condition either. I know fix the optical waveguide that contains the network inclined to the array of detectors being careful to direct them the side of the guide through which the light will come out. The guide fix from wave to matrix can be chemical (by glue by example), mechanic, or any other type that confers robustness and reliability.

La matriz de detectores deberá llevar incorporada una unidad electrónica para su control y captura de las imágenes procedentes de la red inclinada. Por último esta unidad seconectará a otra de procesado de señal en la cual se tratarán las imágenes capturadas con una algorítmica específica para extraer simultáneamente la información codificada por cada uno de los transductores.The array of detectors must be incorporated an electronic unit for its control and image capture from the inclined network. Finally this unit will connect to another signal processing in which the images will be treated captured with a specific algorithmic to extract simultaneously the information encoded by each of the transducers

Los materiales, forma, tamaño y configuración de los elementos serán susceptibles de variación, siempre y cuando ello no suponga una alteración de la esencia del invento.The materials, shape, size and configuration of the elements will be susceptible to variation, as long as this does not imply an alteration of the essence of the invention.

Claims (3)

1. Dispositivo de interrogación de transductores fotónicos basado en la medida del campo cercano de una red de difracción inclinada en guía de onda óptica compuesto por una guía óptica, en cuyo interior se haya inscrita una red de difracción de periodo corto inclinada de periodo uniforme o no uniforme, y por una matriz de detectores situada a una distancia d (mucho menor que la distancia focal de la red de difracción en caso de ser ésta de periodo no uniforme) de la guía de onda óptica.1. Transducer interrogation device photonics based on the measurement of the near field of a network of inclined diffraction in optical waveguide composed of a guide optics, within which a diffraction network of short inclined period of uniform or non-uniform period, and by a detector array located at a distance d (much smaller than the focal length of the diffraction network if this is non-uniform period) of the optical waveguide. 2. Dispositivo de interrogación de transductores fotónicos basado en la medida del campo cercano de una red de difracción inclinada en guía de onda óptica, que de acuerdo a la reivindicación 1, genera un campo radiado cuya posición espacial y forma depende de la longitud de onda y potencia óptica de la luz.2. Transducer interrogation device photonics based on the measurement of the near field of a network of inclined diffraction in optical waveguide, which according to the claim 1, generates a radiated field whose spatial position and shape depends on the wavelength and optical power of the light. 3. Dispositivo de interrogación de transductores fotónicos basado en la medida del campo cercano de una red de difracción inclinada en guía de onda óptica, que de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, se caracteriza porque mediante un procesado electrónico de las imágenes capturadas por la matriz de detectores y haciendo uso de una algorítmica específica, es capaz de obtener información simultánea de uno o varios transductores.3. Interrogation device of photonic transducers based on the measurement of the near field of an inclined diffraction network in optical waveguide, which according to the preceding claims, is characterized in that by means of an electronic processing of the images captured by the matrix of Detectors and using a specific algorithmic, is able to obtain simultaneous information from one or several transducers.
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