ES2323565B2 - TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. - Google Patents
TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2323565B2 ES2323565B2 ES200900579A ES200900579A ES2323565B2 ES 2323565 B2 ES2323565 B2 ES 2323565B2 ES 200900579 A ES200900579 A ES 200900579A ES 200900579 A ES200900579 A ES 200900579A ES 2323565 B2 ES2323565 B2 ES 2323565B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- technique
- optical
- brillouin
- spectrum
- optical waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 13
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
Abstract
Técnica y dispositivo para conformar el espectro de ganancia de Brillouin en guías de onda ópticas.Technique and device for shaping the spectrum of gain of Brillouin in optical waveguides.
Técnica y dispositivo para conformar el espectro de ganancia del efecto Brillouin en guías de onda ópticas (en adelante guías). Inyectando una radiación luminosa o "bombeo" en guías, se puede inducir otra radiación -dispersión (scattering) de Brillouin- centrada en otra frecuencia. Esta dispersión puede ser espontánea o estimulada por otra radiación contra-propagante ("semilla") y amplificarla en la banda espectral de ganancia de Brillouin cuyo perfil depende de las propiedades de la guía y del bombeo.Technique and device for shaping the spectrum of gain of the Brillouin effect in optical waveguides (in forward guides). Injecting light radiation or "pumping" in guides, other radiation can be induced - scattering of Brillouin- focused on another frequency. This dispersion can be spontaneous or stimulated by other radiation counter-propagating ("seed") and amplify it in the spectral gain band of Brillouin whose profile depends on the properties of the guide and the pumping.
Esta invención propone la conexión de N guías concatenadas y/o en estrella, bombeadas todas ellas con la/s misma/s fuente/s de bombeo como técnica para conformar la respuesta espectral de Brillouin del conjunto de guías que constituyen el dispositivo base. Puede emplearse en la elaboración de dispositivos y subsistemas ópticos (ópticamente sintonizables o no). Puede implementarse en tecnología de fibra óptica y usarse para amplificación, filtrado, medida y en general, procesado de señales ópticas.This invention proposes the connection of N guides concatenated and / or star, pumped all of them with the / s same pumping source (s) as a technique to shape the response Brillouin's spectral set of guides that constitute the base device It can be used in the development of devices and optical subsystems (optically tunable or not). May be implemented in fiber optic technology and used to amplification, filtering, measurement and in general, signal processing Optical
Description
Técnica y dispositivo para conformar el espectro de ganancia de Brillouin en guías de onda ópticas.Technique and device for shaping the spectrum of gain of Brillouin in optical waveguides.
La invención se encuadra en el sector de instrumentación óptica y opto-electrónica para detección y medida. Sirve para desarrollar nuevos dispositivos y subsistemas (ópticamente sintonizable o no) aptos para conformar las características de señales ópticas y desempeñar funciones de amplificación, filtrado y en general, procesado de radiaciones fotónicas, entre otras posibilidades.The invention falls within the sector of optical and opto-electronic instrumentation for detection and measurement. It serves to develop new devices and subsystems (optically tunable or not) suitable for shaping the characteristics of optical signals and perform functions of amplification, filtering and in general, radiation processing Photonics, among other possibilities.
Inyectando convenientemente una radiación luminosa o "bombeo" en guías de onda ópticas, se puede inducir otra radiación luminosa centrada en otra frecuencia cuyo espectro es debido al efecto no lineal conocido como "scattering" de Brillouin que, puede traducirse por dispersión o esparcimiento (en adelante: dispersión). Dicha dispersión puede ser espontánea o estimulada por otra radiación contra-propagante que puede denominarse "semilla" y producir amplificación en la banda espectral de ganancia de Brillouin, cuyo perfil es dependiente de las propiedades de la guía de onda y de las de la radiación bombeo. Definiendo un bombeo y una guía de onda se obtiene un espectro de ganancia con un perfil dado, que en general es muy estrecho.By conveniently injecting a light radiation or "pumping" into optical waveguides, another light radiation centered on another frequency can be induced whose spectrum is due to the nonlinear effect known as "scattering" of Brillouin which, can be translated by scattering or spreading (in forward: dispersion). Said dispersion can be spontaneous or stimulated by another anti-propagating radiation that can be called "seed" and produce amplification in the spectral gain band of Brillouin, whose profile is dependent on the properties of the waveguide and those of the pumping radiation. . Defining a pump and a waveguide gives a gain spectrum with a given profile, which in general is very narrow.
La dispersión de Brillouin sobre fibras ópticas es ampliamente utilizada en el área de los sensores distribuidos de parámetros físicos relativos, tales como, el strain, la temperatura y valores asociados, así como en la medida de espectros con resoluciones muy elevadas. Se emplea asimismo en la selección de señales ópticas, modulación electro-óptica y en la elaboración de giroscopios.Brillouin dispersion over optical fibers It is widely used in the area of distributed sensors of relative physical parameters, such as strain, temperature and associated values, as well as to the extent of spectra with very high resolutions. It is also used in the selection of optical signals, electro-optical modulation and in the elaboration of gyros
La patente europea EP-1-199549-A1 describe un dispositivo que utiliza el efecto de dispersión Brillouin en una fibra óptica para la elaboración de medidas espectroscópicas. La patente norteamericana US004001791 B2 describe un aparato y un método para incrementar la sensibilidad y eficiencia de sistemas de transmisión y procesado sobre fibras ópticas. Por otra parte la patente española ES-2-207417-A1 y la norteamericana US7405820B2 describen el uso de la amplificación óptica mediante el efecto de la dispersión Brillouin combinada con la selectividad espectral que proporciona el propio efecto de dispersión Brillouin como consecuencia de la estrechez de la curva o perfil de ganancia Brillouin en una fibra óptica.European patent EP-1-199549-A1 describes a device that uses the Brillouin dispersion effect in an optical fiber for the elaboration of spectroscopic measurements. US Patent US004001791 B2 describes an apparatus and method for increasing the sensitivity and efficiency of transmission and processing systems on optical fibers. On the other hand, the Spanish patent ES-2-207417-A1 and the US patent US7405820B2 describe the use of optical amplification by means of the Brillouin dispersion effect combined with the spectral selectivity provided by the Brillouin dispersion effect itself as a consequence of the narrowness of the curve or gain profile Brillouin in an optical fiber.
La principal innovación que se incluye en la presente invención es el hecho de conectar ópticamente varios segmentos de guías de onda ópticas (que pueden ser fibras) en la obtención del espectro de ganancia Brillouin. Cada guía de onda óptica puede tener, en general, propiedades y longitudes diferentes.The main innovation included in the present invention is the fact of optically connecting several segments of optical waveguides (which may be fibers) in obtaining the Brillouin gain spectrum. Each optical waveguide can have, in general, different properties and lengths.
Se propone la utilización de N guías de onda ópticas concatenadas (en línea o serie) y/o en estrella (en paralelo) todas ellas bombeadas con la/s misma/s fuente/s de bombeo como técnica para conformar la respuesta espectral de Brillouin del conjunto de guías de onda que constituyen, en esencia, el dispositivo base propuesto.The use of N waveguides is proposed concatenated optics (online or series) and / or star (in parallel) all of them pumped with the same pumping source / s as a technique for shaping Brillouin's spectral response of set of waveguides that constitute, in essence, the proposed base device.
Con esta técnica se pueden lograr bandas espectrales de dispersión Brillouin cuyos perfiles y sus anchos de banda sean conformados a consecuencia de que la respuesta global del dispositivo, resulta de la superposición de todas las ganancias Brillouin del conjunto de guía concatenadas; en un caso dan lugar al dispositivo en sí y en otro caso se puede efectuar la función inversa es decir, una respuesta global descomponerla en N respuestas parciales (caso de conexión en estrella), entre otras posibilidades. De una forma, puede servir para ampliar bandas pasantes y en otro para efectuar funciones de multiplexación o demultiplexación de portadoras (incluso, en ambos casos con capacidad de conferirles sintonía óptica a través del control del bombeo). El hecho de emplear más de una guía de onda óptica, es la principal diferencia en la elaboración y aprovechamiento de la técnica de scattering de Brillouin comparada con las invenciones precedentes en las que emplean una sola fibra óptica.With this technique, Brillouin dispersion spectral bands can be achieved whose profiles and their bandwidths are shaped as a result of the overall response of the device resulting from the superposition of all Brillouin gains of the concatenated guide assembly; in one case they give rise to the device itself and in another case the inverse function can be carried out, that is, a global response breaking it down into N partial responses (case of star connection), among other possibilities. In one way, it can be used to extend through bands and in another to carry out multiplexing or demultiplexing functions of carriers (even, in both cases with the ability to confer them optical tuning through pumping control). The fact of using more than one optical waveguide is the main difference in the elaboration and use of the Brillouin scattering technique compared to the previous inventions in which they use a single optical fiber .
Por consiguiente, el principal objeto de nuestra invención es proveer de un una técnica y un dispositivo que la implemente, con el fin de incrementar y conformar a voluntad el espectro de ganancia Brillouin en estructuras de guía de onda de luz en general y, en particular, en tecnología de fibras ópticas.Therefore, the main object of our invention is to provide a technique and a device that the implement, in order to increase and conform at will the Brillouin gain spectrum in waveguide structures of light in general and, in particular, in fiber technology Optical
Adicionalmente, con la presente invención se podrá ampliar el ancho espectral de la ganancia Brillouin sobre guías de onda de luz y, con ello, variar la resolución de medida de espectros ópticos por medio de la amplificación óptica usando la dispersión de Brillouin.Additionally, with the present invention you can expand the spectral width of the Brillouin gain over light waveguides and thereby vary the measurement resolution of optical spectra by means of optical amplification using the Brillouin dispersion.
El campo óptico que es propagado por una guía de onda, como es el caso de una fibra óptica, interacciona con el medio de acuerdo a las propiedades que tenga el material, tales como, densidad, forma geométrica, estructura física del material, etc. Bajo condiciones propicias de potencia de una onda óptica incidente, que denominaremos "bombeo", y la longitud del medio de propagación, se produce una respuesta no lineal a través de la propiedad de electrostricción del material y con carácter espontáneo. Este efecto se presenta como la dispersión del propio campo óptico que interacciona con el medio, hay un intercambio de energía entre el campo eléctrico y la estructura del material que genera una onda contra-propagante cuya frecuencia está desplazada un valor denominado frecuencia de Brillouin (\nu_{B}, valor central del espectro de ganancia de Brillouin), esta señal se conoce como: "Stokes". Este valor depende tanto del medio como de las características de la luz. Como resultado se obtiene una curva en el espectro de la frecuencia: "ganancia de Brillouin". Para obtener el fenómeno descrito se requiere de una densidad espacial de potencia óptica elevada, al igual que un alto grado de coherencia. Actualmente esto no implica mayor inconveniente dada la tecnología existente de láseres que emiten potencias de más de 1 W en rangos de longitud de onda que van desde 500 nm hasta 1800 nm. Un ejemplo de este tipo de fuentes de luz son los láseres de materiales semiconductores con cavidad externa.The optical field that is propagated by a guide wave, as is the case with an optical fiber, interacts with the medium according to the properties of the material, such as, density, geometric shape, physical structure of the material, etc. Under auspicious power conditions of an optical wave incident, which we will call "pumping", and the length of the medium of propagation, a non-linear response occurs through the property of electrostriction of the material and with character spontaneous. This effect is presented as the dispersion of the own optical field that interacts with the medium, there is an exchange of energy between the electric field and the structure of the material that generates a counter-propagating wave whose frequency a value called Brillouin frequency is shifted (\ nu_ {B}, central value of the gain spectrum of Brillouin), This signal is known as: "Stokes". This value depends so much of the medium as of the characteristics of the light. As a result get a curve in the frequency spectrum: "gain of Brillouin ". To obtain the described phenomenon requires a high optical power spatial density, as well as high degree of coherence Currently this does not imply greater inconvenience given the existing technology of lasers that emit powers of more than 1 W in wavelength ranges ranging from 500 nm to 1800 nm. An example of this type of light sources are Lasers of semiconductor materials with external cavity.
Este fenómeno también puede ser estimulado usando una señal óptica adicional, que llamaremos "prueba", de dirección opuesta al bombeo y de igual valor en frecuencia que la señal de Stokes. Así, la intensidad umbral necesaria para la generación del Brillouin se reduce considerablemente. Este procedimiento se conoce como Brillouin estimulado.This phenomenon can also be stimulated. using an additional optical signal, which we will call "proof", of direction opposite to the pumping and of equal value in frequency that the Stokes sign. Thus, the threshold intensity necessary for the Brillouin generation is greatly reduced. This procedure is known as stimulated brillouin.
Una de las principales características en un sistema basado en el efecto de Brillouin es el ancho de banda (bandwidth) espectral de ganancia Brillouin (\Delta\nu_{B}). Cuyo valor es determinado, entre otros, por sus características físicas, químicas y la estructura del medio en el que se propaga. El ancho de banda es de gran importancia en el diseño de dispositivos ópticos y en el uso de este fenómeno no lineal en las comunicaciones ópticas o en los sensores distribuidos. El ancho de banda en usando ondas continuas tiene valores típicos cercanos a los 40 MHz. (para longitudes de onda de 1500 nm se habla aproximadamente de 0.05 pm). Es de gran utilidad en el momento de hacer una selección muy fina de señales ópticas, pero a la vez es un inconveniente si se desea construir dispositivos tales como amplificadores, filtros, etc. que requieran de un ancho de banda variable, con formas combinadas o simplemente de mayor valor.One of the main features in a system based on the effect of Brillouin is bandwidth (bandwidth) spectral gain Brillouin (\ Delta \ nu_ {B}). Whose value is determined, among others, by its characteristics physical, chemical and the structure of the medium in which it spreads. Bandwidth is of great importance in the design of optical devices and in the use of this non-linear phenomenon in optical communications or distributed sensors. The width of band in using continuous waves has typical values close to the 40 MHz. (for wavelengths of 1500 nm it is spoken approximately 0.05 pm). It is very useful at the time of make a very fine selection of optical signals, but at the same time it is a inconvenient if you want to build devices such as amplifiers, filters, etc. that require a bandwidth variable, with combined forms or simply of greater value.
La invención consiste en superponer espectros de ganancia Brillouin, que aislados son estrechos; el efecto puede ser tanto de carácter espontáneo como estimulado. Cada espectro corresponde a un segmento de fibra óptica (o bien, cualquier tipo de guía de onda de luz) cuyas características son diferentes unas de las otras.The invention consists in superimposing spectra of Brillouin gain, which isolates are narrow; the effect can be both spontaneous and stimulated. Each spectrum corresponds to a fiber optic segment (or, any type of light waveguide) whose characteristics are different ones from the others.
Para describir el principio se conectan ópticamente N fibras ópticas en serie o como un arreglo de N entradas por N salidas (N es el número de fibras utilizadas en la elaboración del dispositivo óptico). En el caso estimulado se hace inducir solo la señal que sirva de bombeo para obtener el efecto; si es estimulado, se hace incidir una señal que sirva de bombeo y otra señal contra-propagante que sirva de prueba. La longitud de onda de la señal de prueba se modifica para hacer un barrido en el espectro de frecuencia o en longitud de onda con el fin de obtener el espectro resultante que nos da la información del comportamiento de la luz sobre el conjunto de fibras ópticas. Ahora bien, la curva de ganancia de Brillouin total se obtiene tanto de variar la longitud de onda del bombeo, dejando fija la prueba, como variando la longitud de onda de la prueba y fijando el bombeo. La técnica aquí propuesta es indiferente a que la variable sea el bombeo o la prueba; de modo que partiendo de éste se pueden desarrollar dispositivos ópticos activos que filtren o amplifiquen una señal determinada que caiga en el espectro que resulta del conjunto de fibras.To describe the principle they connect optically N series optical fibers or as an array of N inputs per N outputs (N is the number of fibers used in the elaboration of the optical device). In the stimulated case it is done induce only the signal that serves as a pump to obtain the effect; if it is stimulated, a signal that serves as a pump and another anti-propagating signal that serves as a test. The wavelength of the test signal is modified to make a sweep in the frequency spectrum or wavelength with the in order to obtain the resulting spectrum that gives us the information of the behavior of light on the set of optical fibers. Now well, the total Brillouin gain curve is obtained both from vary the wavelength of the pump, leaving the test fixed, such as varying the wavelength of the test and setting the pump. The technique proposed here is indifferent to the variable being the pumping or testing; so that starting from this one can develop active optical devices that filter or amplify a given signal that falls in the spectrum that results from fiber set
Además, la técnica aquí explicada brinda la facilidad de construir un espectro de ganancia Brillouin con características especiales que son determinadas por el conjunto de guías de onda ópticas empleadas; esto quiere decir que, aparte de incrementar su ancho de banda, también se puede, por ejemplo, crear ventanas de frecuencia ubicadas en una frecuencia o longitud de onda determinada por el constructor del dispositivo basado en este principio. Estas ventanas son vistas como "elimina banda", en las que la ganancia de Brillouin será mínima.In addition, the technique explained here provides the ease of building a spectrum of gain Brillouin with special features that are determined by the set of optical waveguides used; this means that apart from increase your bandwidth, you can also, for example, create frequency windows located at a frequency or length of wave determined by the device builder based on this beginning. These windows are seen as "remove band", in which the profit of Brillouin will be minimal.
Dado que el efecto de Brillouin es un fenómeno que depende de parámetros físicos, entre los que se cuenta la densidad del material con el que interacciona la luz, al aplicar una fuerza sobre el citado material en sentido paralelo a la propagación de la luz, éste se elongará y sufrirá una variación en su densidad y por consiguiente, un desplazamiento de la frecuencia de Brillouin. Usando esta facilidad para desplazar la frecuencia de Brillouin de su punto inicial, a un espectro ensanchado con nuestro método se le puede abrir una ventana de frecuencia aplicando una fuerza longitudinal a la guía de onda. De esta forma, se puede manipular la curva de ganancia Brillouin resultante.Since the effect of Brillouin is a phenomenon which depends on physical parameters, among which the density of the material with which the light interacts, when applying a force on said material parallel to the light propagation, it will elongate and suffer a variation in its density and therefore a frequency shift from Brillouin. Using this facility to shift the frequency of Brillouin from its initial point, to a spread spectrum with our method you can open a frequency window by applying a longitudinal force to the waveguide. In this way, you can manipulate the resulting Brillouin gain curve.
Además de tensiones longitudinales, la frecuencia de Brillouin es sensible a la temperatura del medio, con lo que el espectro de ganancia Brillouin global puede también ser modificado combinando la temperatura a la que se somete la guía de onda.In addition to longitudinal tensions, the Brillouin frequency is sensitive to the temperature of the medium, with what the global Brillouin gain spectrum can also be modified by combining the temperature to which the guide is subjected to wave.
Para una mejor comprensión de la técnica y del dispositivo de invención se presentan una descripción detallada de los métodos y un ejemplo de realización con referencia a las figuras explicativas en las que:For a better understanding of the technique and the device of invention are presented a detailed description of the methods and an exemplary embodiment with reference to the explanatory figures in which:
Figura 1: Muestra un esquema del concepto físico, donde se observa la superposición 10 de los espectros de ganancia Brillouin (7, 8 y 9) de N (N=>2) fibras diferentes (4, 5 y 6) conectadas ópticamente en serie, o que es lo mismo: concatenadas, con longitudes L_{n} no necesariamente iguales. La señales ópticas involucradas en la generación del efecto Brillouin son: "pump" (bombeo) (1), "probe" (semilla) (2) y "backscattering" (retrodispersión) (3).Figure 1: Shows a concept scheme physical, where overlap 10 of the spectra of Brillouin gain (7, 8 and 9) of N (N => 2) different fibers (4, 5 and 6) connected optically in series, or that is the same: concatenated, with lengths L_ {n} not necessarily equal. The optical signals involved in the generation of the Brillouin effect they are: "pump" (pumping) (1), "probe" (seed) (2) and "backscattering" (backscattering) (3).
Figura 2: Muestra un esquema del concepto físico, donde se observa la superposición (17) de los espectros de ganancia Brillouin (14, 15 y 16) de N fibras diferentes (11, 12 y 13) ubicadas en paralelo, con longitudes L_{n} no necesariamente iguales. La señales ópticas involucradas en la generación del efecto Brillouin son: "pump" (bombeo) (1), "probe" (semilla) (2) y "backscattering" (retrodispersión) (3). Estas señales son introducidas y extraídas en las guías de onda ópticas a través de dispositivos ópticos 1xN (18) y Nx1 (19).Figure 2: Shows a concept scheme physical, where the superposition (17) of the spectra of Brillouin gain (14, 15 and 16) of N different fibers (11, 12 and 13) located in parallel, with lengths L_ {n} not necessarily same. The optical signals involved in the generation of the effect Brillouin are: "pump" (pumping) (1), "probe" (seed) (2) and "backscattering" (backscattering) (3). These signals are introduced and extracted in the optical waveguides through 1xN (18) and Nx1 (19) optical devices.
Figura 3.1: Muestra un esquema general de un posible método de realización del dispositivo. Las señales de bombeo (20) y prueba (21) entran al dispositivo de invención (26), la señal óptica resultante es retro-dispersada (24).Figure 3.1: Shows a general scheme of a possible method of realization of the device. The signs of pumping (20) and test (21) enter the device of invention (26), the resulting optical signal is retro-scattered (24).
Figura 3.2: Muestra un esquema general de un posible método de realización del dispositivo en estrella (o paralelo) en los que hay M dispositivos, que pueden tener M entradas (M \geq1) (27) de bombeo y M entradas de prueba (28). En el caso de Brillouin espontáneo no es necesario tener señal de prueba. Las señales de bombeo (20) y prueba (21) entran al dispositivo de invención (26), la señal óptica resultante es retro-dispersada (24).Figure 3.2: Shows a general scheme of a possible method of realization of the star device (or parallel) in which there are M devices, which may have M inputs (M? 1) (27) pumping and M test inputs (28). In the case of spontaneous Brillouin is not necessary to have a signal of proof. The pumping (20) and test (21) signals enter the device of invention (26), the resulting optical signal is retro-dispersed (24).
Figura 4.1: Muestra una posible manera de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) son ubicadas en serie y concatenadas por medio de conexiones ópticas (30).Figure 4.1: Shows a possible way of embodiment of the device of invention (26). Wave guides optics (29) are placed in series and concatenated by means of optical connections (30).
Figura 4.2: Muestra una posible forma de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) (o dispositivos de invención 26) son ubicadas en paralelo, concatenadas por medio de conexiones ópticas (30). Las señales ópticas de prueba y bombeo entran y salen del dispositivo a través de dispositivos ópticos 1xN (31) y Nx1 (32). La figura de la derecha muestra la opción sin dispositivo (32) que corresponde al caso espontáneo.Figure 4.2: Shows a possible way of embodiment of the device of invention (26). Wave guides optics (29) (or devices of invention 26) are located in parallel, concatenated by means of optical connections (30). The optical test and pump signals enter and exit the device at through 1xN (31) and Nx1 (32) optical devices. The figure of the right shows the option without device (32) corresponding to the spontaneous case
Figura 5.1: Muestra una posible manera de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) son ubicadas en serie y conectadas ópticamente (30). La frecuencia Brillouin de cada fibra óptica (29) (o dispositivo de invención 26) puede ser desplazada al variar la temperatura (34) de la fibra.Figure 5.1: Shows a possible way of embodiment of the device of invention (26). Wave guides optics (29) are placed in series and connected optically (30). The Brillouin frequency of each optical fiber (29) (or device invention 26) can be displaced by varying the temperature (34) of the fiber.
Figura 5.2: Muestra una posible forma de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) son ubicadas en paralelo, conectadas ópticamente (30). Las señales ópticas de prueba y bombeo entran y salen del dispositivo a través de los dispositivos ópticos 1xN (31) y Nx1 (32). La frecuencia Brillouin de cada fibra óptica (29) puede ser desplazada al variar la temperatura (33) de la fibra. La figura de la derecha muestra la opción sin dispositivo (31) que corresponde al caso espontáneo para el que no se requiere necesariamente el dispositivo (32).Figure 5.2: Shows a possible way of embodiment of the device of invention (26). Wave guides optics (29) are located in parallel, connected optically (30). The optical test and pump signals enter and exit the device through 1xN (31) and Nx1 optical devices (32) The Brillouin frequency of each optical fiber (29) can be displaced by varying the temperature (33) of the fiber. The figure of the right shows the option without device (31) that corresponds to the spontaneous case for which the device (32).
Figura 6.1: Muestra una posible manera de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) son concatenadas por medio de conexiones ópticas (30). La frecuencia Brillouin de cada fibra óptica (29) puede ser desplazada al variar la tensión longitudinal (34) aplicada sobre la fibra.Figure 6.1: Shows a possible way of embodiment of the device of invention (26). Wave guides Optics (29) are concatenated by means of optical connections (30). The Brillouin frequency of each optical fiber (29) can be shifted by varying the longitudinal tension (34) applied on the fiber.
Figura 6.2: Muestra una posible forma de realización del dispositivo de invención (26). Las guías de onda ópticas (29) son ubicadas en paralelo, conectadas ópticamente (30). Las señales ópticas de prueba y bombeo entran y salen del dispositivo a través de dispositivos ópticos 1xN (31) y Nx1 (32). La frecuencia Brillouin de cada fibra óptica (29) puede ser desplazada al variar la tensión longitudinal (34) aplicada sobre la fibra. La figura de la derecha muestra la opción sin dispositivo (31) que corresponde al caso espontáneo.Figure 6.2: Shows a possible form of embodiment of the device of invention (26). Wave guides optics (29) are located in parallel, connected optically (30). The optical test and pump signals enter and exit the device through 1xN (31) and Nx1 (32) optical devices. The Brillouin frequency of each optical fiber (29) can be shifted by varying the longitudinal tension (34) applied on the fiber. The figure on the right shows the option without device (31) that corresponds to the spontaneous case.
Figura 7: Muestra un posible ejemplo de realización y medida del dispositivo de invención (26). Las señales ópticas de bombeo y prueba son obtenidas de un diodo láser (35) y un modulador electro-óptico (36), la separación entre las señales de bombeo y prueba está dada por la frecuencia de modulación (37) y controlada por el voltaje bias (38). Son amplificadas usando un amplificador óptico de erbio (39). El dispositivo de invención (26) está compuesto por 4 fibras ópticas con una longitud L. La señal óptica retro-dispersada es convertida en una señal eléctrica usando un fotodiodo (41). La curva de ganancia Brillouin puede, entre otras, ser medida usando detección heterodina (42).Figure 7: Shows a possible example of embodiment and measurement of the device of invention (26). The signs pumping and test optics are obtained from a laser diode (35) and an electro-optical modulator (36), the separation between the signals of pumping and testing is given by the modulation frequency (37) and bias controlled voltage (38). They are amplified using a erbium optical amplifier (39). The invention device (26) It is composed of 4 optical fibers with a length L. The signal retro-scattered optics is converted into a signal electric using a photodiode (41). The Brillouin gain curve can, among others, be measured using heterodyne detection (42).
Figura 8: Muestra de una medida de ganancia Brillouin utilizando el ejemplo de realización del dispositivo de invención descrito en la figura 7.Figure 8: Sample gain measurement Brillouin using the embodiment example of the device invention described in figure 7.
La presente invención concierne a una técnica y un dispositivo para conformar el ancho espectral de la ganancia Brillouin (10 y 17) basado en la dispersión Brillouin espontanea o estimulada. Comprende una o dos fuentes ópticas (20 y 21) que pueden ser sintonizables, cada fuente debe ser protegida por un dispositivo de bloqueo de señal en sentido inverso (22 y 23) a la salida de la fuente, un dispositivo óptico (25) que permita la entrada de las señales ópticas al dispositivo de invención (26) y que permita igualmente extraer la señal de dispersión (24), como puede verse en la figura 3.The present invention concerns a technique and a device for shaping the spectral width of the gain Brillouin (10 and 17) based on spontaneous Brillouin dispersion or stimulated It comprises one or two optical sources (20 and 21) that can be tunable, each source must be protected by a reverse signal blocking device (22 and 23) to the source output, an optical device (25) that allows the input of the optical signals to the device of invention (26) and which also allows the dispersion signal (24) to be extracted, such as can be seen in figure 3.
Para las fuentes ópticas (20 y 21) se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones:For optical sources (20 and 21) you must have Consider the following considerations:
i. La señal de bombeo debe tener una densidad de energía suficiente para la generación del efecto Brillouin en el dispositivo de invención.i. The pumping signal must have a density of sufficient energy for the generation of the Brillouin effect in the invention device.
ii. La señal de prueba debe tener una densidad energética suficiente para estimular el efecto Brillouin en el medio por el que se propaga. Por ejemplo, en fibras ópticas monomodo convencionales este valor es del orden de milivatios, dependiendo de la longitud de fibra.ii. The test signal must have a density enough energy to stimulate the Brillouin effect in the means by which it spreads. For example, in optical fibers Conventional single mode this value is of the order of milliwatts, depending on the fiber length.
iii. Si el dispositivo de invención usa el efecto de Brillouin espontáneo, la señal de prueba puede no ser empleada en el correcto funcionamiento del dispositivo.iii. If the device of the invention uses the Spontaneous Brillouin effect, the test signal may not be used in the correct functioning of the device.
iv. Las señales ópticas pueden ser sintonizables; es decir, que su longitud de onda puede variar en el rango de operación de los distintos dispositivos ópticos empleados en la realización.iv. The optical signals can be tunable; that is, its wavelength may vary in the operating range of the different optical devices used In the realization.
v. Las fuentes ópticas deben estar protegidas por posibles retro-dispersiones que interfieran en la generación del efecto Brillouin y daños en las fuentes.v. Optical sources must be protected. for possible retro-dispersions that interfere with the generation of the Brillouin effect and damage to the sources.
El dispositivo óptico (25) debe permitir la entrada de las señales ópticas al dispositivo de invención (26) y recibir la señal de dispersión (24). Como ejemplos de dispositivo (25) se tienen: circuladores ópticos, acopladores ópticos o multiplexores de longitud de onda (WDM 40 de sus siglas en inglés).The optical device (25) must allow input of the optical signals to the device of invention (26) and receive the scatter signal (24). As device examples (25) you have: optical circulators, optical couplers or wavelength multiplexers (WDM 40) English).
Respecto al dispositivo de invención (26) debe tener las siguientes características:Regarding the device of the invention (26) it must have the following characteristics:
i. Guías de onda ópticas con longitudes suficientes para la generación del efecto Brillouin, y/o la suficiente potencia para generar el mismo.i. Optical waveguides with lengths sufficient for the generation of the Brillouin effect, and / or the Enough power to generate the same.
ii. La longitud de la guía de onda óptica no necesariamente debe ser igual para todas las fibras.ii. The length of the optical waveguide does not It must necessarily be the same for all fibers.
iii. Las guías de onda ópticas deben estar conectadas ópticamente (30).iii. The optical waveguides must be optically connected (30).
iv. La temperatura del medio material donde se presenta el fenómeno de Brillouin debe estar regulada y controlada para evitar desplazamientos no deseados en la frecuencia central de la curva de ganancia de Brillouin.iv. The temperature of the material medium where presents the phenomenon of Brillouin must be regulated and controlled to avoid unwanted displacements in the center frequency of Brillouin's profit curve.
v. La temperatura se puede controlar (33) con el fin de conformar el espectro de ganancia Brillouin deseado.v. The temperature can be controlled (33) with the in order to shape the desired Brillouin gain spectrum.
vi. La tensión longitudinal aplicada sobre el medio material, debe estar regulada y controlada con el fin de evitar desplazamientos no deseados en la frecuencia central de la curva de ganancia de Brillouin (34).saw. The longitudinal tension applied on the material medium, must be regulated and controlled in order to avoid unwanted displacements in the center frequency of the Brillouin gain curve (34).
vii. La tensión aplicada sobre el medio se puede controlar (34) con el fin de conformar el espectro de ganancia Brillouin deseado.vii. The tension applied on the medium can be control (34) in order to conform the gain spectrum Brillouin desired.
viii. La polarización del campo óptico que entra y sale debe ser controlada y maximizada con el fin de obtener un valor eficiente de ganancia de Brillouin, dado que este fenómeno es dependiente de la polarización.viii The polarization of the optical field that enters and out must be controlled and maximized in order to get a efficient gain value of Brillouin, since this phenomenon is polarization dependent.
Se presentan formas básicas posibles para la realización del dispositivo de invención, que dan lugar a variaciones o mezclas como resultado de las combinaciones de estas estructuras básicas.Possible basic forms are presented for embodiment of the invention device, which give rise to variations or mixtures as a result of the combinations of these basic structures
Un posible ejemplo de cómo se podría ubicar el dispositivo de invención es mostrado en la figura 7. Esta realización es un caso particular para explotar el efecto Brillouin estimulado. El montaje experimental está constituido por: un diodo láser (35) donde se generan las señales ópticas de bombeo y prueba, un modulador electro-óptico del tipo Mach-Zehnder (x-cut) (36), la separación entre las señales de bombeo y prueba está dada por un generador de señales eléctricas (37) y controlada por el voltaje continuo bias (38). Las señales ópticas son amplificadas usando un amplificador óptico de erbio (39). El dispositivo de invención (26) está compuesto por 4 fibras ópticas con una longitud L, concatenadas por medio de fusiones ópticas. La señal óptica retrodispersada es convertida en una señal eléctrica usando un fotodiodo (41) y es medida usando detección heterodina (42).A possible example of how the device of invention is shown in figure 7. This realization is a particular case to exploit the Brillouin effect stimulated The experimental setup consists of: a diode laser (35) where the optical pumping and test signals are generated, an electro-optical modulator of the Mach-Zehnder type (x-cut) (36), the separation between the signals of pumping and testing is given by an electric signal generator (37) and controlled by the bias continuous voltage (38). The signs optics are amplified using an erbium optical amplifier (39). The device of invention (26) is composed of 4 fibers optics with a length L, concatenated by means of fusions Optical The backscattered optical signal is converted into a signal electrical using a photodiode (41) and is measured using detection heterodyne (42).
El montaje experimental de la figura 7 es usado para mostrar la curva de ganancia Brillouin global del dispositivo de invención aquí implementado. Dicha curva es mostrada en la figura 8.The experimental setup of Figure 7 is used to show the overall Brillouin gain curve of the device of invention implemented here. This curve is shown in the figure 8.
Claims (21)
\newpage\ newpage
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900579A ES2323565B2 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900579A ES2323565B2 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2323565A1 ES2323565A1 (en) | 2009-07-20 |
| ES2323565B2 true ES2323565B2 (en) | 2010-01-12 |
Family
ID=40825165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200900579A Active ES2323565B2 (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2323565B2 (en) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5208881A (en) * | 1991-12-20 | 1993-05-04 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for optical beam combination and cleanup using stimulated scattering |
| EP1199549A1 (en) * | 2000-10-20 | 2002-04-24 | Acterna Eningen GmbH | Method and device for high resolution spectroscopy using stimulated Brillouin scattering |
| ES2207417B1 (en) * | 2002-11-14 | 2005-07-16 | Fibercom, S.L. | ANALYZING DEVICE FOR OPTICAL SPECTRUM BY BRILLOUIN DIFFUSION AND ASSOCIATED MEASUREMENT PROCEDURE. |
| NO339298B1 (en) * | 2003-10-10 | 2016-11-21 | Optoplan As | Active coherence reduction for interferometer interrogation |
| US20060188267A1 (en) * | 2005-02-23 | 2006-08-24 | Pavle Gavrilovic | System and method for suppression of stimulated Brillouin scattering in optical transmission communications |
| DE102006052860B4 (en) * | 2006-11-09 | 2010-11-25 | Deutsche Telekom Ag | Influencing the propagation speed of signals in optical fibers |
| JP4930107B2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-05-16 | 住友電気工業株式会社 | PMD characteristic measurement method of optical fiber, drawing method, method of identifying an abnormal part, optical fiber transmission line construction method |
-
2009
- 2009-02-25 ES ES200900579A patent/ES2323565B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2323565A1 (en) | 2009-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7881566B2 (en) | Optical pulse generator for distributed temperature sensing operating at a characteristic wavelength in a range between 1050 nm and 1090 nm | |
| Pinto et al. | Multiwavelength fiber laser based on a photonic crystal fiber loop mirror with cooperative Rayleigh scattering | |
| ITBO20130142A1 (en) | QUESTIONER FOR FIBER OPTIC DISTRIBUTED SENSORS FOR STIMULATED BRILLOUIN EFFECT USING A QUICKLY TUNING BRACELET RING LASER | |
| US7266258B2 (en) | Two-photon absorption generated carrier lifetime reduction in semiconductor waveguide for semiconductor based raman laser and amplifier | |
| US20080291459A1 (en) | Fiber optic gyroscope with integrated light source | |
| ES2895879T3 (en) | Calibration device for distribution sensing technologies | |
| US6928227B2 (en) | Amplification with chalcogenide glass fiber | |
| WO2017131898A1 (en) | Multi-frequency hybrid tunable laser | |
| ES2207417B1 (en) | ANALYZING DEVICE FOR OPTICAL SPECTRUM BY BRILLOUIN DIFFUSION AND ASSOCIATED MEASUREMENT PROCEDURE. | |
| Diaz et al. | Temperature sensor using a multiwavelength erbium-doped fiber ring laser | |
| ES2323565B2 (en) | TECHNIQUE AND DEVICE TO CONFORM THE BRILLOUIN GAIN SPECTRUM IN OPTICAL WAVE GUIDES. | |
| Peng et al. | A stable multiwavelength SOA-based fiber ring laser with ultra-narrow wavelength spacing | |
| KR101194900B1 (en) | System for High Power and Continuous Wave Laser Beam | |
| Ong et al. | Performance investigation of dual wavelength fiber laser using different SOAs | |
| US11276979B2 (en) | Fiber-based continuous optical beat laser source to generate terahertz waves using lithium niobate crystal embedded in the fiber | |
| Malek et al. | Correlation of Brillouin Stokes Signals and Optical-Signal-to-Noise-Ratio in Multi-Wavelength Brillouin Fiber Laser with Additional Fiber Bragg Grating | |
| Lin et al. | Simultaneous sensing system for identical long-period gratings sensors using subcarrier multiplexing | |
| ES2357388A1 (en) | Optical biparametric sensor based on brillouin effect. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
| Hurera et al. | L-band single-wavelength Brillouin fiber laser utilizing ring cavity | |
| Takahashi et al. | Multi-channel lasing characteristics for linear-cavity fiber sensor system using SOA and fiber bragg grating elements | |
| Lee et al. | Tunable multiwavelength fiber laser based on nematic liquid crystal device for fiber-optic electric field sensor | |
| Aubé et al. | Raman fiber laser using spectrally shaped multi-wavelength fiber loop mirrors | |
| Idris et al. | Loop mirror multi-wavelength brillouin fiber laser utilizing semiconductor optical amplifier and fiber Bragg grating | |
| Glesk et al. | Towards faster, secure and more energy efficient optical networks | |
| Park et al. | Mid-infrared four-wave mixing in silicon waveguides using telecom-compatible light sources |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090720 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2323565B2 Country of ref document: ES |