ES2207417A1 - Dispositivo analizador de espectros opticos por difusion brillouin y procedimiento de medida asociado. - Google Patents
Dispositivo analizador de espectros opticos por difusion brillouin y procedimiento de medida asociado.Info
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Abstract
Dispositivo para el análisis espectral de señales ópticas basado en el efecto de Difusión Brillouin Estimulada y procedimiento de medida asociado que utiliza la amplificación óptica de las señales por el propio efecto de Difusión Brillouin. El efecto de Difusión Brillouin permite la amplificación óptica selectiva de una determinada componente del espectro óptico de la señal a analizar, que se denominará señal problema, para su medida con una resolución, sensibilidad y rango dinámicos determinados. La señal problema se introduce en una fibra óptica conjuntamente con una señal óptica de banda estrecha, que denominaremos señal sonda, centrada en una determinada longitud de onda, que se propaga en sentido contrario al de la señal problema interaccionando ambas señales, debido al efecto Brillouin, en el interior de la fibra.
Description
Dispositivo analizador de espectros ópticos por
Difusión Brillouin y procedimiento de medida asociado.
La presente invención concierne a un dispositivo
para el análisis espectral de señales ópticas basado en el efecto
de Difusión Brillouin Estimulada y procedimiento de medida asociado
que utiliza la amplificación óptica de las señales por el propio
efecto de Difusión Brillouin. En este dispositivo, el efecto de
Difusión Brillouin permite la amplificación óptica selectiva de una
determinada componente del espectro óptico de la señal a analizar,
que se denominará señal problema, para su medida con una
resolución, sensibilidad y rango dinámicos determinados.
Para este fin, la señal problema se introduce en
una fibra óptica conjuntamente con una señal óptica de banda
estrecha, que denominaremos señal sonda, centrada en una
determinada longitud de onda, que se propaga en sentido contrario
al de la señal problema. Cuando ambas interaccionan, debido al
efecto Brillouin, en el interior de la fibra se genera una señal de
salida que viaja en sentido contrario a la señal sonda y cuya
intensidad está determinada por el producto de las intensidades de
las dos primeras señales, de modo que de dicha señal de salida es
posible obtener una medida de una componente espectral de dicha
señal problema, estando esta componente determinada por la longitud
de onda central de dicha señal sonda.
La patente europea
EP-1-199549-A1
describe un dispositivo que utiliza el efecto de Difusión Brillouin
en una fibra óptica para la realización de medidas espectroscópicas
y constituye el antecedente más reciente con un campo de invención
próximo al que se describe en el presente documento.
La principal innovación que se incluye en la
presente invención es el uso de la amplificación óptica por el
efecto de Difusión Brillouin, combinado con la selectividad
espectral que proporciona el propio efecto de Difusión Brillouin
como consecuencia de la estrechez de la curva de ganancia Brillouin
en una fibra óptica.
Para obtener el efecto de amplificación
Brillouin, las señales problema y sonda se introducen en la fibra
óptica en que tiene lugar el efecto por extremos opuestos y con
sentidos de propagación contrarios, a diferencia de la
configuración que se describe en la patente
EP-1-199549-A1. Esta
diferencia está asociada a unos principios de operación del
dispositivo sustancialmente diferentes que permiten la obtención de
un elevado nivel de amplificación óptica de la señal problema junto
con la alta selectividad espectral del efecto Brillouin.
La resolución en la medida de espectros ópticos
con el dispositiva descrito en la presente invención está
determinada por la anchura espectral de la curva de ganancia
Brillouin, y no se basa en ningún filtrado pasivo de la señal
problema mediante sistemas con redes de difracción, interferómetros
Fabry- Perot u otros sistemas análogos.
Cuando, en determinadas condiciones, se propaga
un haz de luz o señal óptica, con suficiente intensidad por un
medio material, se produce una respuesta no lineal del medio que da
lugar a la aparición del efecto conocido como Difusión Brillouin
Espontánea. Por este efecto, una parte de la luz de la señal
incidente es difundida en sentido opuesto al de la señal incidente,
con un pequeño desplazamiento en la longitud de onda
(\Delta\lambda_{D}) del haz retrodifundido respecto al
incidente. Este desplazamiento se debe al efecto Doppler.
Para que se produzca el efecto de Difusión
Brillouin, al igual que para otros efectos de carácter
no-lineal, se requiere muy alta densidad espacial de
potencia óptica en el medio material, tal como la que se consigue
con facilidad actualmente en fibras ópticas monomodo, en las que se
pueden inyectar potencias hasta del orden de 1 W, de manera
continua, en áreas del orden de 50-100
\mum^{2}.
Además y de forma específica, el efecto de
Difusión Brillouin requiere un alto grado de coherencia espacial de
la señal incidente. El grado de coherencia necesario para la
generación de la Difusión Brillouin se puede obtener con facilidad
empleando láseres tales como los de semiconductor con cavidad
externa, usados habitualmente como fuentes sintonizables en equipos
de caracterización de fibras ópticas.
Con un grado de coherencia suficiente en la
fuente de luz, el fenómeno de Difusión Brillouin Espontáneo se
produce en una fibra óptica monomodo cuando el nivel de potencia
óptica supera un cierto nivel umbral del orden de unos pocos
miliwatios de potencia en la fibra.
Cuando, además de la señal incidente (que
denominamos señal sonda) se introduce en la misma fibra óptica una
segunda señal, denominada señal problema, que se propaga en sentido
opuesto al de la señal incidente, se produce el efecto denominado
Difusión Brillouin Estimulada.
En estas circunstancias, un pequeño nivel de
potencia en la segunda señal o señal problema, si tiene las
características espectrales adecuadas, produce una fuerte reducción
en el nivel umbral para que se produzca la Difusión Brillouin, de
manera que la magnitud de esta difusión se intensifica en respuesta
al estímulo proporcionado por la señal problema.
La magnitud de la potencia retrodifundida por
efecto Brillouin estimulado está directamente determinada por la
mucho más débil intensidad de la señal problema. Si la longitud de
interacción entre la señal sonda y la señal problema es
suficientemente amplia, el haz de luz o señal óptica resultante de
la Difusión Brillouin puede ser de una intensidad comparable con
la de la señal sonda, pero regida por la magnitud de la señal
problema que la estimula. Se produce, por tanto, un efecto de
Amplificación óptica por Difusión Brillouin.
La Amplificación por Difusión Brillouin tiene un
carácter selectivo en longitud de onda: se produce exclusivamente
en un estrecho rango espectral (con una anchura aproximada de 0,05
pm en la zona del infrarrojo próximo, \lambda \sim 1,5 \mum)
en torno a la longitud de onda determinada por la señal sonda,
ligeramente desplazada por el efecto Doppler mencionado
anteriormente (con un valor aproximado de 0,1 nm en fibras ópticas
de sílice y en el citado infrarrojo próximo).
Modificando la longitud de onda de la señal sonda
se amplifican selectivamente distintas componentes espectrales de
la señal problema. Un barrido en longitudes de onda de la señal
sonda actúa de sonda amplificadora sintonizable sobre el espectro
de la señal problema.
El procedimiento de medida de espectros ópticos
según la presente invención se basa en la Amplificación óptica
Selectiva por Difusión Brillouin de un estrecho rango del espectro
de la señal problema centrado en la longitud de onda fijada por la
señal sonda (salvo el desplazamiento por efecto Doppler), de manera
que un barrido en longitud de onda de la sonda permite obtener un
amplio rango del espectro de la señal problema.
El dispositivo analizador de espectros ópticos
por Difusión Brillouin y procedimiento de medida asociado objeto de
la presente invención, consigue los objetivos planteados al
incorporar una fuente óptica sintonizable de banda estrecha, un
segmento de fibra óptica, un circulador óptico que permite el
acceso a dicho segmento por uno de sus extremos, un segundo acceso
óptico por el extremo opuesto de dicho segmento de fibra óptica, un
sistema de detección y un sistema de control y adquisición de
datos.
Dicho segmento de fibra óptica es susceptible de
recibir a través de dicho circulador óptico una señal óptica sonda
que a su vez procede de dicha fuente óptica sintonizable.
Por otro lado, dicho segmento de fibra es
susceptible de recibir a través de dicho segundo acceso una señal
óptica problema que se desea medir, procedente de una fuente
externa.
Dicho segmento de fibra es el medio material
adecuado para la interacción por efecto Brillouin entre la señal
sonda y la señal problema, obteniéndose por dicho circulador óptico
una señal óptica de salida, que entonces es conducida a dicho
sistema de detección.
Una vez detectada y obtenida una señal eléctrica
proporcional, ésta señal eléctrica es aplicada a dicho sistema de
control y adquisición de datos para obtener una medida de la
componente espectral de dicha señal problema correspondiente a la
longitud de onda de dicha señal sonda.
Además, se obtiene el espectro de la señal
problema mediante dicho sistema de control, que realiza un barrido
en longitud de onda de la señal sonda y la composición de las
medidas obtenidas en función de dicho barrido.
El dispositivo según la presente invención
incorpora los siguientes componentes para mejorar sus
características de funcionamiento:
i. un aislador óptico en el dicho segundo acceso
de la fibra óptica para impedir la salida de cualquier señal óptica
que pudiera influir sobre la fuente externa generadora de la señal
problema; y
ii. un controlador de la polarización situado
entre dicho circulador y dicho segmento de fibra para evitar la
pérdida de eficiencia en la interacción por efecto Brillouin debida
a la diferencia en los estados de polarización de las señales
ópticas problema y sonda.
Además, el dispositivo de la presente invención
puede incluir, de manera opcional, para alcanzar los límites
últimos en cuanto a sus prestaciones, los siguientes elementos:
iii. un amplificador óptico situado a la salida
de dicha fuente óptica sintonizable para aumentar la intensidad
aplicada de la señal sonda y con ello mejorar la sensibilidad del
dispositivo y el rango dinámico de medida; y
iv. uno o varios moduladores, de amplitud o
polarización, que permiten la utilización de un sistema de
detección síncrona en el proceso de medida, a fin de alcanzar el
máximo grado de sensibilidad posible en la medida.
El procedimiento de medida espectroscópica de
señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales
por Difusión Brillouin incluye los siguientes pasos:
i. introducción de una señal óptica sonda
procedente de una fuente óptica o láser sintonizable por un extremo
de un segmento de fibra óptica,
ii. introducción de una señal óptica problema a
analizar, procedente de una fuente externa, y objeto de la medida,
que atraviesa un aislador óptico previamente a su entrada por el
extremo opuesto de la fibra óptica,
iii. optimización de la alineación de la
polarización de la señal sonda con la de la señal problema,
mediante un controlador de polarización situado entre el circulador
óptico y la entrada de la señal sonda en el segmento de fibra
óptica,
iv. interacción en el segmento de fibra óptica
de la señal sonda y la señal problema que genera una señal de
salida,
v. separación de la señal sonda y la señal de
salida mediante un circulador óptico situado en el extremo de
entrada de la señal sonda en el segmento de fibra óptica,
vi. detección de la señal de salida mediante un
sistema de detección directa de luz, y
vii. análisis y toma de datos mediante un
sistema de control conectado a la fuente óptica o láser
sintonizable y al sistema de detección. Opcionalmente, para
alcanzar el máximo rendimiento en el procedimiento de medida, se
pueden llevar a cabo los siguientes pasos finales:
viii. amplificación de la señal sonda mediante
un amplificador óptico tras su salida de la fuente óptica o láser
sintonizable y previamente a la entrada de la señal sonda en el
circulador óptico, y
ix. modulación, en amplitud o polarización, de
la señal sonda o de la señal problema, o de ambas, de manera
síncrona con el sistema de detección.
La invención se comprenderá mejor a partir de la
descripción detallada de unos ejemplos de realización de la misma
con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
i. la Fig. 1 muestra esquemáticamente el
circuito de interconexión con los elementos básicos comprendidos en
el dispositivo de la presente invención,
ii. la Fig. 2 muestra esquemáticamente una
alternativa al circuito de la Figura 1 con la inclusión de
elementos opcionales como son el amplificador óptico 8 y los
moduladores externos 9, y
iii. la Fig. 3 muestra una representación
gráfica de los espectros ópticos de las señales que intervienen en
el dispositivo en función del barrido en longitud de onda de la
señal sonda.
Por lo descrito anteriormente y haciendo
referencia a las figuras, la presente invención concierne a un
dispositivo analizador de espectros 12 ópticos basado en
Amplificación por Difusión Brillouin y procedimiento de medida
asociado que comprende una fuente óptica sintonizable 1 de banda
estrecha, un segmento de fibra óptica 2, un circulador óptico 4, un
controlador de polarización 5, un aislador óptico 6, un sistema de
detección 3 y un sistema de control y toma de datos 7, como puede
verse en la Fig. 1.
Respecto a la fuente 1 y la señal sonda A que
ésta genera han de tenerse en cuenta las siguientes
consideraciones:
i. La señal sonda A debe tener una densidad
energética espectral suficiente para desencadenar el fenómeno de
Difusión Brillouin en el medio material elegido (del orden de
miliwatios de potencia en una fibra óptica).
ii. La señal sonda A debe tener una anchura
espectral inferior a la del perfil espectral de la ganancia de
Brillouin (g_{B}), para que sea ésta última la que determine
realmente la resolución de la técnica espectrométrica (del orden de
0,05 pm, para la zona del infrarrojo próximo: \lambda \sim 1,5
\mum).
iii. La fuente generadora 1 de la señal sonda A
debe, en la práctica, permitir la variación de la longitud de onda
central de la señal sonda, es decir, debe ser sintonizable. De este
modo se puede trasladar la señal de salida por distintos puntos del
espectro, lo que permite conocer el nivel de intensidad que la
señal problema tiene en torno a distintas longitudes de onda.
iv. Las características de sintonizabilidad de la
fuente 1 determinan directamente el rango espectral, precisión,
reproducibilidad y características análogas correspondientes de la
técnica de medida. Hoy en día, un láser semiconductor con cavidad
externa sintonizable es capaz de proporcionar anchuras espectrales
mucho menores que la resolución de la medida y permite rangos de
sintonización del orden de 100 nm con alta precisión y
repetitividad.
Respecto al medio material de interacción 2,
fibra óptica, han de tenerse en cuenta las siguientes
consideraciones:
i. La fibra óptica 2 a utilizar como medio
material para la interacción por efecto Brillouin ha de ser de tipo
monomodo en el rango de las longitudes de onda de medida, para
preservar la coherencia espacial de los haces de luz, señales sonda
y problema, en interacción.
ii. La eficiencia del efecto es inversamente
proporcional (a igualdad de potencia óptica de los haces) al área
efectiva de los haces de luz en interacción. Será mayor la
eficiencia, por tanto, cuanto menor sea el área del núcleo de la
fibra óptica. En concreto, para \lambda \sim 1,5 \mum, es
preferible el uso de fibra óptica de tipo "dispersión
desplazada" o similar, ya que tiene un área efectiva casi la
mitad de la de la fibra monomodo estándar.
iii. La longitud de fibra óptica 2 a utilizar es
del orden de kilómetros para obtener el máximo rendimiento en el
proceso de Amplificación Brillouin que se acumula a lo largo de la
longitud de la fibra.
Respecto al circulador óptico 4 tiene por misión
desacoplar los dos sentidos de propagación de la luz en el extremo
de la fibra sin pérdida significativa de intensidad, lo que resulta
imprescindible para poder introducir por una parte la señal sonda
A y por otra obtener la señal de salida C, con mayor eficacia que
un acopiador de fibra óptica.
Respecto al controlador de la polarización 5
situado entre dicho circulador 4 y dicho segmento de fibra 2
permite evitar la pérdida de eficiencia en el efecto de Difusión
Brillouin provocada por las distintas posibles polarizaciones de
las señales ópticas en interacción.
Respecto al aislador óptico 6 se usa para impedir
la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir sobre la
fuente de la señal problema 10.
Para realizar la medida mediante el dispositivo
de análisis espectral por Difusión Brillouin, el segmento de fibra
2 recibe por uno de sus extremos, a través de dicho circulador 4,
una señal óptica sonda A que a su vez procede de dicha fuente
óptica sintonizable 1. Por el extremo contrario, recibe a través de
dicho aislador 6, una señal óptica problema B que se desea medir
procedente de una fuente externa 10.
Dicho segmento de fibra 2 es el medio material
adecuado para la interacción por efecto Brillouin entre la señal
sonda A y la señal problema B, obteniéndose por dicho circulador
óptico 4, una señal óptica de salida C, que es conducida a dicho
sistema de detección 3.
Se propone como sistema de detección 3 una cadena
de detección directa de luz, sin requerimientos especiales en
cuanto a respuesta dinámica ni sensibilidad. La detección de la
señal óptica se puede hacer a baja frecuencia o "frecuencia
cero"; no se precisa, por tanto, una cadena de detección con
tiempos de respuesta especialmente rápidos.
Una vez detectada y obtenida una señal eléctrica
proporcional a dicha señal de salida C, ésta señal eléctrica es
aplicada a dicho sistema de control 7 para obtener una medida de la
componente de la señal problema B en función de la longitud de onda
de la señal sonda A.
Además, se obtiene el espectro 12 de la señal
problema B mediante dicho sistema de control 7, que realiza un
barrido 11 en longitud de onda de la señal sonda A y la composición
gráfica de las medidas obtenidas en función de dicho barrido
11.
La simple utilización en un osciloscopio para la
visualización de la señal eléctrica extraída del detector, en el
que incide la señal de salida, sincronizada con una señal
eléctrica para gobernar el barrido 11 continuo de la longitud de
onda de la señal sonda, permite obtener, en tiempo real, una
representación del perfil espectroscópico de la señal problema
B.
Según el procedimiento a realizar con el
dispositivo de la presente invención, el espectro 12 de la señal
problema B se obtiene mediante el barrido 11 en longitud de onda de
la emisión del láser sintonizable. La señal de salida detectada C
corresponde a la magnitud de la componente espectral de la señal
problema B, amplificada (por efecto Brillouin Estimulado) con una
ganancia que depende de la intensidad de la señal sonda A
procedente de la fuente sintonizable. En concreto, en cada punto de
la fibra en que tiene lugar la interacción, la contribución a la
señal de salida reflejada está determinada por un producto
g_{B}\cdotI_{S}(\lambda_{S})\cdotI_{p}(\lambda_{S}-
\Delta\lambda_{D}), donde g_{B} es un coeficiente de ganancia
Brillouin (característico de la fibra de interacción), e
I_{S}(\lambda_{S}), I_{p}(\lambda)
representan las intensidades de las señales sonda y problema
respectivamente, como funciones de la longitud de onda, \lambda.
La intensidad I_{p}(\lambda_{S}- \Delta\lambda_{D}) de
la señal problema es la correspondiente a la longitud de onda de la
sonda (\lambda_{S}), salvo el desplazamiento por efecto Doppler
(13) (\Delta\lambda_{D}) anteriormente comentado (véase Fig.
3).
Además, el dispositivo de la presente invención
puede incorporar una serie de elementos opcionales que permiten
alcanzar las máximas prestaciones compatibles con los fundamentos
del procedimiento de medida. Estos elementos opcionales son:
i. un amplificador óptico 8 situado a la salida
de dicha fuente óptica sintonizable 1 para aumentar la intensidad
aplicada de la señal sonda A; y
ii. un primer modulador 9, de amplitud o
polarización, que trabaja de forma síncrona con el sistema de
detección 3, situado entre el control de polarización 5 y el
segmento de fibra 2. Como alternativa se puede incluir en lugar del
primer modulador un segundo modulador 14, de amplitud o
polarización, entre el aislador 6 y el segmento de fibra 2 que
trabaja también de forma síncrona con el sistema de detección 3.
También es posible emplear un primer modulador 9, entre el control
de polarización 5 y el segmento de fibra 2, y un segundo modulador
14 entre el aislador 6 y el segmento de fibra 2. En el primer caso,
y si se usa la modulación por polarización, ésta podría ser
realizada por el controlador de polarización 5 en lugar de por el
primer modulador 9.
Preferentemente se empleará un primer modulador 9
con modulación en polarización trabajando de forma síncrona y
situado como se ha mencionado anteriormente entre el control de
polarización 5 y el segmento de fibra óptica 2.
La utilización de un amplificador óptico 8 tiene
por objeto conseguir elevados niveles en la señal de salida,
partiendo de niveles de señal problema (I_{p}) débiles, por medio
de un incremento en el factor (I_{S}) correspondiente a la
intensidad de la señal sonda.
Por otra parte, para aumentar, en su caso, el
rango dinámico de la cadena de detección, es posible modular o bien
la señal sonda A, o bien la señal problema B, o bien ambas señales.
Estas modulaciones pueden ser de amplitud o de polarización
(evolución periódica del estado de polarización) por medio de un
sistema específico (9, 14 en la figura 2). En todos los casos, la
modulación se transfiere a la intensidad de la señal de salida
detectada C, lo que permite una mejora del cociente
señal-ruido mediante técnicas de detección síncrona.
En el caso de la modulación de polarización, la dependencia que con
la polarización tiene la eficacia de la Dispersión Brillouin
proporciona el mecanismo de transferencia de la modulación a la
señal de salida detectada C. Si se modula la señal problema B, es
posible, por detección síncrona, discriminar la señal de la
contribución de la Difusión Brillouin Espontánea. Si se modula la
señal sonda A, es posible discriminar la señal de la potencia
continua asociada a la luz directa transmitida con la señal
problema B. Finalmente, si se modulan ambas señales A y B, es
posible, detectando a una frecuencia suma (o diferencia) de las de
modulación, discriminar la señal respecto a cualquier otra
contribución de fondo presente en la señal detectada.
Finalmente, el dispositivo analizador de
espectros ópticos basado en el efecto de Amplificación óptica por
Difusión Brillouin que se describe en la presente invención
alcanza, en la medida, las siguientes prestaciones:
i. una alta resolución espectral determinada
exclusivamente por la anchura asociada al efecto Brillouin (del
orden de 0,05 pm para la zona del infrarrojo próximo, es decir,
\lambda \sim 1,5 \mum);
ii. una alta sensibilidad, de forma que la
potencia mínima detectable es del orden de 1 nW/pm (para tiempos de
respuesta en la cadena de detección del orden de 1 ms); y
iii. un amplio rango dinámico, superior a 80 dB,
ajustando la sensibilidad del sistema por medio del nivel de
ganancia total en la Amplificación por Difusión Brillouin.
El procedimiento de medida espectroscópica de
señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales
por Difusión Brillouin según la presente invención, incluye las
siguientes etapas:
i. la introducción de una señal óptica sonda A
procedente de una fuente óptica o láser sintonizable 1 por un
extremo de un segmento de fibra óptica 2,
ii. la introducción de una señal óptica problema
B a analizar, procedente de una fuente externa 10, y objeto de la
medida, que atraviesa un aislador óptico 6 previamente a su entrada
por el extremo opuesto de la fibra óptica 2,
iii. optimización de la alineación de la
polarización de la señal sonda A con la de la señal problema B,
mediante un controlador de polarización 5 situado entre el
circulador óptico 4 y la entrada de la señal sonda A en el segmento
de fibra óptica 2,
iv. interacción en el segmento de fibra óptica 2
de la señal sonda A y la señal problema B que genera una señal de
salida C,
v. separación de la señal sonda A y la señal de
salida C mediante un circulador óptico 4 situado en el extremo de
entrada de la señal sonda A en el segmento de fibra óptica 2,
vi. detección de la señal de salida C mediante un
sistema de detección directa de luz 3, y
vii. análisis y toma de datos mediante un sistema
de control 7 conectado a la fuente óptica o láser sintonizable 1 y
al sistema de detección 3.
Además, se pueden llevar a cabo opcionalmente las
siguientes fases:
viii. amplificación de la señal sonda mediante
un amplificador óptico 8 tras su salida de la fuente óptica o láser
sintonizable 1 y previamente a la entrada de la señal sonda A en
el circulador óptico 4, y
ix. modulación, de la amplitud o la
polarización, de la señal sonda A mediante un primer modulador 9
situado entre el control de polarización 5 y el segmento de fibra
óptica 2 y que trabaja de forma síncrona con el sistema de
detección 3.
Esta última etapa puede ser sustituida o
complementada con una etapa de modulación, de la amplitud o la
polarización, de la señal problema B mediante un segundo modulador
14 situado entre el aislador óptico 6 y el segmento de fibra óptica
2 y que trabaja de forma síncrona con el sistema de detección
3.
Claims (21)
1. Dispositivo para el análisis de espectros
ópticos por Difusión Brillouin, que comprende una fuente óptica
(1), un segmento de fibra óptica (2), un circulador óptico (4) de
acceso a dicho segmento (2) por uno de sus extremos, un segundo
acceso óptico (6), un sistema de detección (3) y un sistema de
control (7), donde dicho segmento de fibra (2) es susceptible de
recibir por dicho circulador óptico (4) una señal óptica sonda
(A), procedente de dicha fuente óptica (1) y por dicho segundo
acceso (6) una señal óptica problema (B), cuyo espectro (12) se
desea medir, procedente de una fuente externa (10), aportando el
segmento de fibra (2) un medio material adecuado para una
interacción por efecto Brillouin entre las señales sonda (A) y
problema (B), obteniéndose por dicho circulador óptico (4), una
señal óptica de salida (C), que es conducida a dicho sistema de
detección (3) y una señal eléctrica derivada de dicha detección es
aplicada a dicho sistema de control (7) proporcionando una medida de
la componente espectral de la señal problema (B) en función de la
longitud de onda de la señal sonda (A) y obteniéndose el espectro
(12) de la señal problema por dicho sistema de control (7),
caracterizado porque la entrada de la señal problema (B) al
segmento de fibra óptica se realiza a través del acceso óptico (6)
y por el extremo opuesto al de entrada de la señal sonda (A),
teniendo intercalado dicho acceso un aislador óptico (6) para
impedir la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir
sobre la fuente externa (10) y porque dicho dispositivo comprende
un controlador de la polarización (5) situado entre dicho
circulador óptico (4) y dicho segmento de fibra (2) para evitar la
pérdida de eficiencia provocada por las distintas polarizaciones
de las señales ópticas sonda (A) y problema (B).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha fuente óptica es de tipo láser
semiconductor con cavidad externa, sintonizable, de banda estrecha
y de alta coherencia.
3. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo incorpora
un amplificador óptico (8) situado a la salida de dicha fuente
óptica sintonizable (1) para aumentar la intensidad aplicada de la
señal sonda (A) y consiguientemente el nivel de sensibilidad de la
medida.
4. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo incorpora
al menos un modulador (9, 14) que trabaja de forma síncrona con el
sistema de detección (3), de manera que dicho dispositivo de
espectrometría alcanza una alta sensibilidad y un amplio rango
dinámico en la medida.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque incorpora un primer modulador (9)
situado entre el control de polarización (5) y el segmento de fibra
(2), de forma que la modulación se realiza sobre la señal sonda
(A).
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque incorpora un segundo modulador (14)
situado entre el segmento de fibra (2) y el aislador (6), de forma
que la modulación se realiza sobre la señal problema (B).
7. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque incorpora un primer modulador (9)
situado entre el control de polarización (5) y el segmento de fibra
(2) y un segundo modulador (14) situado entre el segmento de fibra
(2) y el aislador (6).
8. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los moduladores (9, 14)
pueden realizar una modulación de amplitud o de polarización.
9. Dispositivo según las reivindicaciones 8,
caracterizado porque el primer modulador realiza una
modulación de polarización.
10. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicha resolución espectral
está limitada por la anchura espectral del efecto Brillouin
Estimulado.
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque dicha resolución espectral alcanza un
valor mínimo del orden de 0,05 pm para la zona del infrarrojo
próximo, es decir, \lambda \sim 1,5 \mum.
12. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicha sensibilidad alcanza
un valor del orden de 1 nW/pm para tiempos de respuesta en la
cadena de detección del orden de 1 ms.
13. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho rango dinámico
alcanza un valor del orden de 80 dB, siendo ajustada la
sensibilidad del sistema por medio del nivel de ganancia total en la
Amplificación por Difusión Brillouin.
14. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la fibra óptica (2) es una
fibra monomodo para el rango de las longitudes de onda de medida o
trabajo.
15. Dispositivo, según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el controlador de
polarización (5) puede ejercer las funciones de primer modulador
(9) modulando la señal sonda (A).
16. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de detección es de baja
frecuencia.
17. Procedimiento de medida espectroscópica de
señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales
por Difusión Brillouin que incluye:
- a.
- la introducción de una señal óptica sonda (A) procedente de una fuente óptica sintonizable (1) por un extremo de un segmento de fibra óptica (2) tras atravesar un circulador óptico (4),
- b.
- la introducción de una señal óptica problema (B) a analizar y objeto de la medida en el segmento de fibra óptica (2) procedente de una fuente externa (10),
- c.
- la interacción de la señal sonda (A) y la señal problema (B) para generar una señal de salida (C),
- d.
- la detección de la señal de salida (C) mediante un sistema de detección directa de luz (3), y
- e.
- el análisis y la toma de datos mediante un sistema de control (7) conectado a la fuente óptica sintonizable (1) y al sistema de detección (3),
caracterizado porque para la interacción
de la señal sonda (A) y la señal problema (B) se dan las siguientes
etapas:
- a.
- la introducción de la señal óptica problema (B), tras atravesar un aislador óptico (6), en la fibra óptica (2) por el extremo opuesto al de introducción de la señal sonda (A),
- b.
- la optimización de la alineación de la polarización de la señal sonda (A) con la de la señal problema (B), mediante un controlador de polarización (5) situado entre el circulador óptico (4) y la entrada de la señal sonda (A) en el segmento de fibra óptica (2),
- c.
- la interacción en el segmento de fibra óptica (2) de la señal sonda (A) y señal problema (B) que genera una señal de salida (C), y
- d.
- la separación de la señal sonda (B) y señal de salida (C) mediante un circulador óptico (4) situado en el extremo de entrada de la señal sonda (A) en el segmento de fibra óptica (2).
18. Procedimiento de medida, según la
reivindicación 17, caracterizado porque comprende una etapa
de amplificación de la señal sonda (A) mediante un amplificador
óptico (8) tras su salida de la fuente óptica sintonizable (1) y
previamente a la entrada de la señal sonda (A) en el circulador
óptico (4).
19. Procedimiento de medida, según las
reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una
etapa de modulación de la señal sonda (A) mediante un primer
modulador (9) situado entre el control de polarización (5) y el
segmento de fibra óptica (2) y que trabaja de forma síncrona con el
sistema de detección (3).
20. Procedimiento de medida, según las
reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una
etapa de modulación de la señal problema (B) mediante un segundo
modulador (14) situado entre el aislador óptico (6) y el segmento
de fibra óptica (2) y que trabaja de forma síncrona con el sistema
de detección (3).
21. Procedimiento de medida, según las
reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una
etapa de modulación de la señal sonda (A) mediante un primer
modulador (9) situado entre el control de polarización (5) y el
segmento de fibra óptica (2) y que trabaja de forma síncrona con el
sistema de detección (3) y una etapa de modulación de la señal
problema (B) mediante un segundo modulador (14) situado entre el
aislador óptico (6) y el segmento de fibra óptica y que trabaja de
forma síncrona con el sistema de detección (3).
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