ES2259267B1 - Metodo y dispositivo de medida del estado de polarizacion y de la dispersion modal por polarizacion en sistemas fotonicos de transmision. - Google Patents
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Abstract
Método y dispositivo de medida del estado de
polarización y de la dispersión modal por polarización en sistemas
fotónicos de transmisión.
Un método y dispositivo capaz de evaluar los
valores específicos del estado de polarización de la señal
transmitida en un sistema de transmisión fotónico para un número de
frecuencias de uno o algunos de los pulsos extraídos la señal
óptica mediante la translación de las componentes frecuenciales del
estado de polarización de uno o varios pulsos al dominio temporal
mediante la utilización de un transformador de Fourier óptico, y su
muestreo, cuantificación y análisis posterior.
Del análisis es calculada la variación del
estado de polarización frente a la frecuencia, su vector de PMD
asociado y la DGD presente en la señal transmitida. Esta
información puede ser utilizada como señal de control de un
dispositivo compensador de PMD a fin de mejorar la calidad de la
comunicación en el sistema.
Description
Método y dispositivo de medida del estado de
polarización y de la dispersión modal por polarización en sistemas
fotónicos de transmisión.
La presente invención se refiere a un método y
dispositivo para monitorizar el Estado de Polarización de pulsos
extraídos de una señal óptica en un sistema fotónico de transmisión
y en base a él calcular el valor del Retardo de Grupo
Diferencial.
Se conocen varios dispositivos capaces de
realizar la monitorización de la dispersión modal de polarización,
PMD (Polarization Mode Dispersión), en sistemas de
transmisión fotónicos. En varias solicitudes de patente se
describen distintas técnicas de medida y monitorización de la PMD
en este tipo de sistemas. Sin embargo, éstas técnicas conocidas
pueden resultar deficientes o, al menos, mejorables, en lo que se
refiere a la resolución espectral y rapidez de medida, lo cual
puede ser fundamental en el ámbito de aplicación de la presente
invención.
La solicitud de patente publ. no.
US-A-2004/
008991 describe un método de medida de la PMD mediante la detección heterodina (modulo y fase) de la señal producida por el mezclado óptico de la señal presente en un sistema de transmisión fotónico con una portadora óptica generada por un láser de onda continua cuya frecuencia de oscilación es variable. De esta manera, al barrer todo el espectro de la señal, es posible calcular el valor de la PMD del sistema. Ahora bien, el barrido realizado por el láser es un proceso complejo inherentemente lento. La PMD es un proceso aleatorio que puede tener una dinámica muy cambiante, lo que implica que puede ser importante aumentar la velocidad de monitorización. El estado de polarización y la PMD son evaluadas en base a la amplitud y frecuencia detectada heterodinamente, lo cual es un método intrínsicamente diferente al que se contempla en la presente patente. El sistema descrito en US-A-2004/008991 requiere un proceso de mezclado, un láser de onda continua y un mecanismo de detección heterodina, lo cual implica un sistema bastante complejo.
008991 describe un método de medida de la PMD mediante la detección heterodina (modulo y fase) de la señal producida por el mezclado óptico de la señal presente en un sistema de transmisión fotónico con una portadora óptica generada por un láser de onda continua cuya frecuencia de oscilación es variable. De esta manera, al barrer todo el espectro de la señal, es posible calcular el valor de la PMD del sistema. Ahora bien, el barrido realizado por el láser es un proceso complejo inherentemente lento. La PMD es un proceso aleatorio que puede tener una dinámica muy cambiante, lo que implica que puede ser importante aumentar la velocidad de monitorización. El estado de polarización y la PMD son evaluadas en base a la amplitud y frecuencia detectada heterodinamente, lo cual es un método intrínsicamente diferente al que se contempla en la presente patente. El sistema descrito en US-A-2004/008991 requiere un proceso de mezclado, un láser de onda continua y un mecanismo de detección heterodina, lo cual implica un sistema bastante complejo.
La solicitud de patente publ. no.
JP-A-2004-
138615 también describe un sistema de medida de PMD en un enlace fotónico, mediante el análisis coherente (incluyendo la medida de la amplitud y fase) del espectro de una señal específica dividida en bandas, transmitida a través de dicho enlace. Sin embargo, el método propuesto se basa en señales específicas, lo cual impide que el enlace esté simultáneamente en operación y requiere un polarímetro heterodino que realiza un barrido en frecuencia con un oscilador local variable para cada banda. Este método adolece de las mismas limitaciones que la solicitud descrita en el párrafo anterior en cuanto a complejidad y velocidad de operación.
138615 también describe un sistema de medida de PMD en un enlace fotónico, mediante el análisis coherente (incluyendo la medida de la amplitud y fase) del espectro de una señal específica dividida en bandas, transmitida a través de dicho enlace. Sin embargo, el método propuesto se basa en señales específicas, lo cual impide que el enlace esté simultáneamente en operación y requiere un polarímetro heterodino que realiza un barrido en frecuencia con un oscilador local variable para cada banda. Este método adolece de las mismas limitaciones que la solicitud descrita en el párrafo anterior en cuanto a complejidad y velocidad de operación.
Por otra parte, la solicitud de patente publ.
no. US-A-2004/151416 describe un
método de medida de PMD basado en la división en
sub-bandas del rango de frecuencias que abarca la
señal transmitida por el sistema de transmisión fotónico. Sobre
cada una de estas bandas es calculada una señal de referencia.
Sobre esta señal de referencia se realiza un mezclado con una señal
proveniente de una fuente láser. Poniendo en conjunto la
información de todas las sub-bandas es calculado el
valor de la PMD del la señal original del sistema. Este método es
sustancialmente complejo y limita la resolución espectral al número
de sub-bandas implementadas en el dispositivo.
Por otra parte, la solicitud de patente publ.
no. EP-A-1494373 describe un
analizador de PMD basado en la distorsión de la señal óptica
transmitida. Esta distorsión es evaluada en base a las componentes
continuas (DC) y alterna (AC) de la señal, las cuales indican la
distorsión Introducida por la PMD. Este planteamiento requiere un
conjunto de filtros localizados con precisión a ciertas
frecuencias, siendo su configuración dependiente de la velocidad de
señalización del sistema.
Se ha considerado que sería conveniente
establecer un método y dispositivo que soluciona, al menos en
parte, algunos de los problemas o inconvenientes que presentan los
sistemas conocidos.
La presente invención consiste en un método y
dispositivo de medida capaz de monitorizar el Estado, de
Polarización, SOP (State of Polarización), definido por sus
cuatro componentes vectoriales (S0, S1, S2 y S3) en la esfera de
Poincaré, a partir de pulsos ópticos extraídos de una señal óptica
en un sistema fotónico de transmisión que transporta información
(analógica o digital) modulada sobre estos pulsos ópticos, en alguno
de sus parámetros (amplitud, fase, frecuencia, posición temporal o
envolvente entre otros). El método descrito evalúa los valores
específicos del SOP para un número de frecuencias (componentes
frecuenciales del SOP) de los pulsos ópticos y en base a su
variación es capaz de calcular el valor del Retardo de Grupo
Diferencial, DGD (Differential Group Delay), que ha
experimentado la señal óptica durante su transmisión por efecto de
la Dispersión Modal de Polarización, PMD (Polarizacion Mode
Dispersión).
De una manera más particular, la invención
consiste en un método y dispositivo capaz de evaluar las componentes
frecuenciales del SOP de los pulsos extraídos de la señal óptica
mediante un subsistema capaz de girar la polarización de la señal de
entrada al dispositivo en al menos cuatro ángulos en la esfera de
Poincaré distintos, la posterior proyección de estas polarizaciones
giradas sobre un dispositivo polarizador orientado en un ángulo en
la esfera de Poincaré fijo, y finalmente realizar una conversión de
las componentes frecúenciales al dominio temporal mediante un
Transformador de Fourier Óptico, OFT (Optical Fourier
Tranformer). De esta manera es calculada la proyección de los
pulsos extraidos de la señal óptica de entrada sobre cuatro vectores
de la esfera de Poincaré que forman un eje coordenada. El giro de la
polarización de estos pulsos puede ser realizado, sin pérdida de
generalidad, bien mediante la división en cuatro caminos ópticos y
el giro en cada uno de ellos (arquitectura paralela) o bien
mediante el giro sucesivo de pulsos consecutivos o no (arquitectura
serie).
El método y sistema de medida se completa con la
translación de las componentes frecuenciales de la señal óptica al
dominio temporal y su muestreo y cuantificación posterior. La
translación de las componentes frecuenciales la señal óptica al
dominio temporal es realizada mediante un elemento o dispositivo
Transformador de Fourier Óptico capaz de realizar la Transformación
de Fourier directa (dominio temporal a componentes frecuenciales) o
inversa (componentes frecuenciales a dominio temporal.
De esta manera, las señales ópticas producidas a
la salida del dispositivo transformador de Fourier Óptico, OFT
(Optical Fourier Transformer), son traducidas a una señal
eléctrica mediante un dispositivo foto-detector y
muestreada en tiempo con un sub-sistema conversos
analógico-a-digital a fin de ser
procesada digitalmente. El muestreo en el dominio temporal presenta
la ventaja inherente de disponibilidad comercial de dispositivos
capaces de muestrear a muy altas velocidades, lo cual implica la
disponibilidad para el procesado de un gran número de muestras
frecuenciales provenientes de un mismo pulso óptico.
Este dispositivo OFT en nuestro ámbito
desaplicación, presenta la funcionalidad de proporcionar una señal
óptica en su puerto salida cuya envolvente es proporcional al
módulo de las componentes frecuenciales (espectro) de la señal
óptica presente en su puerto de entrada. Este dispositivo puede ser
realizado de múltiples maneras, consistiendo una de ellas, sin
pérdida de generalidad, en la propagación de la señal óptica por
una medio que presenta un valor significativo de dispersión
cromática, como puede ser un tramo de fibra óptica o una red de
difracción entre otros.
En resumen, el método descrito, que comprende
los giros de la polarización, proyección con el dispositivo
polarizador, transformación del dominio frecuencial al tiempo,
foto-detección y muestreo, es capaz de calcular la
variación de las componentes frecuenciales del SOP a partir de los
pulsos extraídos de la señal óptica y calcular la DGD presente en
ella en base exclusivamente la información proporcionada por uno o
algunos pulsos ópticos. Esto presenta notables ventajas.
La presente invención tiene su aplicación dentro
del campo de calidad de la comunicación en sistemas fotónicos de
transmisión, y más concretamente en los sub-sistemas
de monitorización y compensación de PMD.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1 muestra el ámbito de aplicación del
método y dispositivo de medida del estado de polarización. En este
esquema se muestra un sistema de transmisión fotónico en el que se
realiza la medida del SOP y se evalúa la PMD, mediante la estima de
la DGD, que sufre la señal.
La Figura 2 muestra un ejemplo de implementación
serie del sistema monitorización de PMD.
La Figura 3 muestra un ejemplo de implementación
paralelo del sistema de monitorización de PMD.
La Figura 4 muestra un ejemplo de evaluación de
la DGD en función de la variación del estado de polarización de la
señal monitorizada
Para llevar a cabo la descripción detallada que
sigue de la realización preferida de la presente invención, se hará
referencia permanente a las Figuras de los dibujos, a través de las
cuales se han utilizado las mismas referencias numéricas para las
partes iguales o similares. Así, haciendo referencia, en primer
lugar, a la Figura 1, el esquema muestra el ámbito de aplicación
del dispositivo de medida del estado de polarización y la
dispersión modal. Este ámbito de aplicación se corresponde con un
sistema de transmisión fotónico (1) en el que, bien en recepción, o
bien en etapas intermedias del sistema, se realiza la medida de la
PMD a través de la estima de su DGD en el bloque monitor PMD (2).
La medida de la PMD del sistema de transmisión puede ser realizada
tanto sobre los pulsos ópticos que viajan por el sistema, tanto
como sobre los pulsos ópticos resultantes de un muestreo óptico, de
la de-multiplexación temporal, si la hubiese en el
sistema, tanto como sobre los pulsos ópticos resultantes de la
de-multiplexación en frecuencia, si la hubiese en
el sistema, (3) sin pérdida de generalidad. Esta señal medida puede
ser utilizada como entrada de un bloque compensador de PMD (4)
capaz de compensar la DGD medida a fin de mejorar la calidad de la
comunicación en el sistema fotónico de
transmisión.
transmisión.
La Figura 2 muestra un ejemplo de realización
del dispositivo de medida del estado de polarización y la
dispersión modal mediante la implementación serie de los giros
necesarios en la polarización de la señal a medir. En esta
realización se parte de la señal óptica del sistema (20), que es
alimentada a un sub-sistema controlador de
polarización automatizado (5), que mediante una serie de comandos,
cambia secuencialmente el giro introducido a la polarización para
cada pulso de la señal óptica. Las distintas señales obtenidas
después de cada giro son proyectadas sobre un polarizador fijo (6)
y posteriormente su contenido frecuencial es trasladado al dominio
del tiempo mediante el transformador óptico de Fourier (7) (OFT).
Finalmente, las señales correspondientes a los distintos giros y
proyección, foto-detectadas y muestreadas mediante
un convertidor analógico a digital (8) a fin de ser procesadas
digitalmente en conjunto para evaluar la variación del estado de
polarización dependiente de la frecuencia sobre la esfera de
Poincaré y proporcionar el valor de DGD del sistema (30).
La Figura 3 muestra un ejemplo de realización
del dispositivo de medida del estado de polarización y la
dispersión modal mediante la implementación en paralelo de los
giros necesarios en la polarización de la señal a medir. Esta
realización parte de la señal óptica del sistema (20), que es
dividida en cuatro caminos ópticos distintos y alimentada a un
sub-sistema que gira la polarización una cantidad
fija distinta para cada camino (5A). En cada camino se realizan las
mismas operaciones descritas en la realización anterior de manera
que las trazas obtenidas tras cada giro son proyectadas sobre un
polarizador fijo (6) y posteriormente su contenido frecuencial es
trasladado al dominio del tiempo mediante el transformador óptico
de Fourier (7) (OFT). Finalmente, las distintas trazas
correspondientes a cada camino óptico son
foto-detectadas, muestreadas y procesadas en
conjunto a fin de obtener la variación del estado de polarización
dependiente de la frecuencia sobre la esfera de Poincaré y
proporcionar el valor de DGD del sistema (30).
Tanto en la realización serie descrita, como en
la realización paralelo descrita, es calculada la variación del
estado de polarización dependiente de la frecuencia sobre la esfera
de Poincaré. La Figura 4 muestra un ejemplo de estimación del valor
de DGD, que puede ser utilizado sin perjuicio de la utilización de
otros métodos. En este método, se consideran tres valores
cualquiera del estado de polarización para tres frecuencias dadas,
(a) (b) y (c), de entre todo el conjunto de muestras
foto-detectadas y muestreadas. En base a estas
muestras, es calculado el plano definido por ellas (10), y el
ángulo (11) sobre ese plano que las abarca. Conociendo este ángulo
y las frecuencias a las que corresponde cada muestra, es posible
conocer la variación frecuencial del estado de polarización y el
vector de PMD que es perpendicular a ese plano (12) cuyo modulo nos
proporciona el valor de DGD.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención
ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por
lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna de su fundamento, definido en las
reivindicaciones anexas.
Claims (12)
1. Método de medida del estado de polarización y
de la dispersión modal por polarización aplicable a sistemas
fotónicos de transmisión, caracterizado porque comprende los
pasos de:
extraer pulsos ópticos de una señal transmitida
por un sistema fotónico de transmisión;
proyectar los pulsos ópticos sobre un eje
coordenado en la esfera de Poincaré mediante una serie de giros de
polarización y posteriormente proyectarlos sobre una polarización
fija a fin de conocer su estado de polarización;
trasladar la información espectral de dicho
estado de polarización al dominio temporal mediante un
transformador de Fourier óptico; y
realizar un muestreo de la información espectral
trasladada al dominio temporal.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque adicionalmente comprende el paso de
calcular los distintos planos formados por conjuntos de al menos
tres muestras a fin de evaluar la velocidad de variación espectral
del estado de polarización.
3. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los giros de
polarización se realizan mediante la división de la señal óptica en
cuatro caminos ópticos y mediante un giro de la polarización en
cada uno de ellos.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los giros de
polarización se realizan mediante el giro sucesivo de pulsos.
5. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el muestreo
de la información espectral trasladada al dominio temporal
comprende los pasos de:
traducir las señales ópticas a la salida del
transformador de Fourier óptico a una señal eléctrica
analógica;
convertir dicha señal analógica en una señal
digital; y procesar dicha señal digital digitalmente.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los giros
de la polarización se realiza en al menos cuatro ángulos en la
esfera de Poincaré distintos.
7. Dispositivo de medida del estado de
polarización y de la dispersión modal por polarización aplicable a
sistemas fotónicos de transmisión, caracterizado porque
comprende:
una entrada (20) para una señal óptica compuesta
por pulsos extraídos de la señal transmitida por un sistema
fotónico
un subsistema (5, 5A, 6) configurado para girar
la polarización de la señal de entrada en al menos cuatro ángulos
de la esfera de Poincaré y para luego proyectar la polarización
sobre un vector de polarización fijo mediante un dispositivo
polarizador (6) orientado en un ángulo en la esfera de
Poincaré
fijo;
fijo;
un dispositivo transformador de Fourier óptico
(7) para la translación de las componentes frecuenciales de la
señal óptica al dominio temporal, estando dicho dispositivo
transformador de Fourier óptico (7) situado para recibir una señal
que proviene del dispositivo polarizador (6).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque adicionalmente comprende un
fotodetector situado para recibir señales ópticas desde el
transformador de Fourier óptico (7) y para convertirlas en señales
eléctricas analógicas.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque además comprende un convertidor
analógico-digital para muestrear dichas señales
analógicas y convertirlas en señales digitales.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque además comprende medios de procesamiento
digital de dichas señales digitales.
11. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 7-10, caracterizado porque
tiene configuración de arquitectura serie de manera que el giro de
la polarización se realiza mediante el giro sucesivo de pulsos.
12. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 7-10, caracterizado porque
tiene configuración de arquitectura paralela, comprendiendo al
menos cuatro caminos ópticos que cada uno comprende un subsistema
(5A, 6) configurado para girar la polarización de la señal de
entrada y luego proyectar la polarización sobre un vector de
polarización fijo mediante el dispositivo polarizador (6).
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200500512A ES2259267B1 (es) | 2005-03-05 | 2005-03-05 | Metodo y dispositivo de medida del estado de polarizacion y de la dispersion modal por polarizacion en sistemas fotonicos de transmision. |
| US11/817,558 US7894049B2 (en) | 2005-03-05 | 2006-03-03 | Method and device for measuring polarization state and polarization mode dispersion in photonic transmission systems |
| EP06725797A EP1865302A1 (en) | 2005-03-05 | 2006-03-03 | Method and device for measuring polarisation state and polarisation mode dispersion in photonic transmission systems |
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