ES2436873B1 - Línea de retardo muestreada - Google Patents

Abstract

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

Description

DESCRIPCIÓN

Línea de retardo muestreada.

OBJETO DE LA INVENCIÓN 5

La presente invención se refiere a una línea de retardo muestreada que tiene por objeto permitir el uso de fibras ópticas multinúcleo (MCF, Multicore Fiber) como líneas de retardo muestreadas y reconfigurables para la implementación de diversas funcionalidades empleadas en Fotónica de Microondas, que involucran el procesamiento de señales del espectro de radiofrecuencia transportadas por una o varias portadoras situadas en la región óptica del espectro. En particular, el uso de fibras multinúcleo heterogéneas, en las que cada núcleo posee 10 una composición y propiedades de dispersión cromática diferentes, permite la implementación de diferentes retardos incrementales sobre una misma señal alimentada a cada uno de los núcleos.

Las fibras multinúcleo homogéneas pueden también emplearse para implementar líneas de retardo muestreadas, incluyendo a la salida de cada núcleo de la fibra multinúcleo un tramo de fibra adicional que proporcione el retardo diferencial. 15

También es objeto de la invención proporcionar una gran versatilidad de la línea de retardo muestreada propuesta según la estructura de alimentación óptica de la fibra multinúcleo: alimentando una única señal óptica multicanal a todos los núcleos, bien generada por enganche de modos (modelocking) o bien multiplexada en longitud de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing), mediante el empleo de múltiples fuentes ópticas (de diferentes longitudes de onda de emisión), de modo que la señal óptica multicanal alimenta a cada núcleo por separado y, finalmente, 20 mediante alimentación de señales ópticas multicanal o WDM independientes a cada uno de los núcleos.

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

Es otro objeto de la invención el empleo de nuevos conectores entre las fibras multinúcleos y las fibras mononúcleo, tanto a su entrada como a su salida, bien para la inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de la MCF, o bien para la detección conjunta de las N muestras de la señal en el plano de salida de la MCF. 25

La presente invención se sitúa dentro del marco de la Fotónica de Microondas. En concreto, dentro del ámbito general del procesado de fotónico de señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas. También se enmarca dentro del campo de las aplicaciones de las fibras ópticas multinúcleo, un portador para sistemas de telecomunicación de banda ancha recientemente desarrollado para poder soportar técnicas de multiplexación por división espacial. Este nuevo portador, originalmente concebido para aplicaciones de transmisión banda base digital 30 de alta velocidad, puede ofrecer ventajas también en la transmisión de señales ópticas analógicas, propias de los sistemas radio-fibra y la fotónica de microondas. En concreto y dada sus singulares propiedades, proporciona una plataforma única para el desarrollo de nuevos dispositivos y sistemas fotónicos específicos para este campo de aplicación, con propiedades distintivas y novedosas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 35

En el estado de la técnica es conocido el empleo de la fibra óptica multinúcleo (MCF, multicore fiber) que posee diversos núcleos en una misma cubierta debidamente situados en el plano seccional de modo que cada núcleo actúa como una guía de transmisión monomodo (SMF, singlemode fibers) compuesta por un único núcleo independiente. Por ello, su incorporación a las redes de comunicaciones ópticas puede ofrecer capacidades de transmisión muy superiores a las obtenidas con las fibras mononúcleo (SCF, singlecore fibers) estándares. Las 40 primeras fibras multinúcleo en diseñarse y fabricarse fueron las fibras multinúcleo homogéneas, compuestas por N núcleos idénticos en cuanto a su tamaño y a sus características de propagación. En este tipo de MCF, los N núcleos están dispuestos en una misma cubierta de diámetro (b) y la densidad de núcleos está determinada por la distancia (Λ) entre núcleos que garantiza un determinado nivel de interferencia o crosstalk a lo largo de una longitud (L) de propagación dada. En las fibras homogéneas los N núcleos tienen el mismo diámetro y las mismas características 45 de propagación, es decir el mismo índice de refracción (ncl), la misma constante de propagación β, y por tanto el mismo retardo de grupo τ, y la misma dispersión cromática (D).

Recientemente se ha propuesto el diseño de fibras multinúcleo heterogéneas, donde todos o parte de los núcleos que la conforman presentan propiedades de propagación distintas. Este tipo de MCF puede diseñarse para aportar menores niveles de interferencia entre pares de núcleos que la MCF homogénea y, además, permite obtener una 50 mayor densidad de núcleos para un mismo diámetro de cubierta, tal y como más adelante se detalla.

Las fibras ópticas multinúcleo fueron concebidas en sus inicios como respuesta al crecimiento exponencial de la demanda en capacidad de transmisión que está teniendo lugar en las redes de telecomunicaciones ópticas. Los sistemas de telecomunicación por fibra óptica han venido empleando hasta la actualidad diversos esquemas de multiplexación, como son la multiplexación por división en el tiempo (TDM, Time Division Multiplexing), por división 55 en longitud de onda óptica (WDM, Wavelength Division Multiplexing) y por división en polarización (PDM, Polarization Division Multiplexing), gracias a los cuales es posible transportar tasas de transmisión de hasta varias decenas de Tb/s a través de enlaces de fibras ópticas estándares monomodo. Sin embargo, el aumento de las tasas de transmisión a valores en torno los 100 Tb/s a través de una fibra monomodo convencional se percibe como difícil

debido, entre otros, a la limitación en ancho de banda de los amplificadores de fibra, a los requerimientos en la relación señal a ruido, a los límites en la potencia óptica inyectada y a las nolinealidades inherentes a la fibra óptica. En consecuencia, y una vez sobrecargadas las posibles dimensiones de multiplexación, diversos grupos de investigación empezaron a considerar nuevas soluciones, como es el caso de la técnica de multiplexación por división espacial (SDM, space-division multiplexing) empleando fibras ópticas multinúcleo. Así pues, como una 5 particularización de los sistemas de transmisión de múltiple entrada múltiple salida, el aumento en capacidad de transmisión se logra al transmitir una señal diferente por cada uno de los N núcleos que conforman la MCF y que actúan como canales independientes, requiriéndose en consecuencia el empleo de N transmisores a su entrada y N receptores a su salida, es decir un transmisor conectado a la entrada de cada núcleo y un receptor conectado a la salida de cada núcleo. 10

Mediante la multiplexación espacial se han demostrado enlaces implementados mediante MCF homogénea compuesta por 7 núcleos, con separación entre núcleos Λ constante, que han alcanzado capacidades de transmisión de hasta 109 Tb/s en las bandas ópticas C y L a lo largo de 16.8 km y valores de hasta 56 Tb/s en la banda C para una distancia de 76.8 km. Mejoras en el diseño de los enlaces de MCF se han logrado recientemente empleando separaciones entre núcleos no constantes o bien recurriendo a esquemas heterogéneos. Mediante el 15 primer diseño y gracias a una estructura circular, ha sido posible proponer un aumento sustancial en el número de núcleos hasta 19, lográndose fabricar fibras compuestas por 10 núcleos en un diámetro de cubierta de 204.4 μm. La segunda propuesta permitiría disponer también de hasta 19 núcleos, reduciendo el diámetro de cubierta a 125 μm, gracias al empleo de MCF heterogéneas, en cuya estructura los núcleos se distribuyen espacialmente en patrones triangulares (con un mismo Λ) o rectangulares (en una red con dos valores de Λ diferentes). 20

Diversos tipos de fibras multinúcleo han sido diseñados y fabricados hasta la actualidad buscando siempre los menores niveles posibles de pérdidas de propagación y de interferencia entre núcleos para así obtener la mayor densidad posible. El nivel de interferencia, es decir, la máxima potencia transferida entre núcleos, así como las pérdidas causadas por micro y macrocurvaturas, dependen del diseño del perfil de índice de refracción de los núcleos (nco) del índice de refracción de la cubierta (ncl) y de la geometría de la red de núcleos (distancia entre 25 núcleos Λ). De entre las compañías que fabrican actualmente fibras multinúcleo podemos destacar OFS Labs (USA), NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation, Japón), Sumitono Electric Industries (Japón) y Fujikura (Japón). Las MCF homogéneas de 7 núcleos fabricadas por OFS Labs ofrecen pérdidas en torno a los 0,37dB/km y 0,23 dB/km respectivamente en la segunda y tercera ventana de transmisión para el núcleo central, mientras que pasan a valores de 0.40 y 0.26 dB/km para los núcleos exteriores. Valores similares de atenuación, entre los 0.22 y 30 los 0.24 dB/km, se obtuvieron para las MCF homogéneas con distintas separación entre núcleos fabricadas por Fujikura.

Otra de las cuestiones importantes a tratar en cuanto a enlaces implementados con MCF es la conectividad entre las MCF y las fibras mononúcleo estándares. El empleo comercial de las MCF como medio de transmisión en paralelo en las redes de comunicaciones ópticas requiere contar con dispositivos de bajo coste fiables para implementar el 35 acoplo de señales a la entrada y a la salida de cada uno de los núcleos de manera individual. Hasta la fecha, se han diseñado varios dispositivos orientados a sistemas de multiplexado espacial, como es el caso del conector de fibra multinúcleo TMC (Tapered Multicore fiber Connector) de OFS labs diseñado para MCF de 7 núcleos, mediante el cual 7 fibras mononúcleo independientes son fusionadas conjuntamente de forma que coincidan con la disposición espacial transversal de los núcleos en la MCF. De este modo se han logrado pérdidas de inserción en entre 0.38 y 40 1.8 dB, con niveles de interferencia entre núcleos inferiores a los -38 dB. No se conocen conectores que permitan la conexión de una única fibra SCF a una fibra MCF.

Las fibras multinúcleo nunca se han empleado como líneas de retardo muestreadas, ni con ninguna otra funcionalidad, en el campo de aplicación de la fotónica de microondas o sistemas radio-fibra. Se han encontrado una variedad de patentes que hacen referencia al diseño y construcción de diversos tipos de fibras multinúcleo con 45 acoplo controlado o libres de acoplo entre núcleos. A modo de ejemplo pueden citarse los documentos de patentes: US20110243517 (Uncoupled Multi-Core Fiber), US20110182557 (Multi-Core Fiber), US20110206330 (Multicore Optical Fiber) y US7418178 (Multicore Fiber.)

También puede citarse el documento de patente US2011274435 (Multicore Fiber Transmission Systems and Methods) en el que se trata la aplicación de fibras ópticas a sistemas. En esta patente se hace relación a la 50 transmisión de datos en sistemas CWDM/DWDM digitales a través de los núcleos de las fibras multinúcleo empleando láseres de cavidad vertical y arrays de fotodetectores.

En el estado de la técnica, las fibras ópticas multinúcleo se han empleado como medio de transmisión para N canales independientes, y nunca como línea de retardo o en los campos de la fotónica de microondas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 55

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente señalados, la invención proporciona una nueva línea de retardo que se caracteriza por que comprende al menos una fuente óptica de generación de una señal óptica, al menos un modulador de RF (Radiofrecuencia) de la señal óptica, para modular la portadora óptica con la señal de RF, y una fibra óptica multinúcleo (MCF). Dicha MCF puede ser tanto una MCF heterogénea como una MCF homogénea. 60

En el caso de que se emplee una MCF heterogénea, sus N núcleos poseen la misma longitud L y una dispersión cromática D diferente. A cada uno de los núcleos se les aplica la señal modulada, para proporcionar a la salida de cada núcleo N que conforma la línea de retardo, ,una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales en función de la dispersión cromática de cada núcleo, proporcionando pues N muestras espaciadas en el tiempo. 5

En el caso de emplear una MCF homogénea, sus N núcleos poseen la misma longitud L y una misma dispersión cromática D, y a cada uno de los núcleos se les aplica la señal modulada. La salida de cada núcleo N de la MCF homogénea está conectada a una fibra óptica monomodo, que pueden ser fibras monomodo de diferente longitud con la misma dispersión cromática D, o también pueden ser fibras con la misma longitud y diferente dispersión cromática D; para, en cualquiera de los casos, proporcionar en la salida de la línea de retardo, correspondiente a la 10 salida de cada fibra monomodo, una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo.

Los retardos de tiempo incremental de cada núcleo de la MCF heterogénea y de cada fibra monomodo, pueden ser constantes entre cada par de núcleos adyacentes o no constantes.

Cada núcleo de la MCF heterogénea presenta un retardo de grupo lineal con la longitud de onda de pendiente 15 diferente. Mediante el cambio de la longitud de onda de la señal óptica, se logra variar el valor del retardo incremental, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo reconfigurable.

En una primera realización de la invención se prevé que comprenda una fuente óptica multicanal de M canales generada bien por la técnica de modelocking, que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra, o bien generada por una 20 pluralidad de fuentes ópticas M de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una misma señal de RF. Dicho tren de impulsos equivalente al múltiplex óptico se encarga de alimentar a cada uno de los núcleos de la MCF, de modo que a la salida de cada núcleo se obtiene una línea de retardo de las M señales moduladas experimentando cada línea un retardo incremental diferente dado por las características de dispersión particulares de cada núcleo. 25

Una segunda variante de la invención comprende una fuente óptica multicanal de M canales, bien generada por la técnica de modelocking, que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra o bien generada mediante una pluralidad de fuentes ópticas M de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una misma señal de RF. Dicho tren de impulsos o el múltiplex óptico se encargan de alimentar a cada uno de 30 los núcleos de la MCF, pero en este caso el conjunto de las salidas de los N núcleos está conectada a un demultiplexor WDM. Mediante esta configuración, a la salida del demultiplexor se obtienen M líneas de retardo, correspondientes cada una a una de las M longitudes de onda ópticas, compuestas cada una por N muestras.

Una tercera variante de la invención comprende diversas fuentes ópticas multicanal de M canales generadas por la técnica de modelocking o bien por pluralidades de fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que 35 se multiplexan en longitud de onda (WDM) mediante N multiplexores diferentes, modulándose cada una de las N agrupaciones multiplexadas con una señal de RF diferente. Mediante este esquema, cada núcleo k que conforma la MCF queda alimentado con un múltiplex WDM distinto, compuesto por Mk portadoras ópticas. Esta configuración proporciona a la salida de cada uno de los N núcleos, una línea de retardo diferente e independiente, donde el número de muestras viene dado por el número de longitudes de onda que componen un determinado múltiplex (Mk), 40 mientras que el retardo incremental queda definido según las características de dispersión de cada uno de los N núcleos

En cualquiera de los casos anteriores, la separación entre las longitudes de onda correspondientes a fuentes ópticas adyacentes puede ser constante o no constante, de acuerdo a las necesidades requeridas.

También, en cualquiera de los casos anteriores, la modulación de RF puede ser una modulación en amplitud o una 45 modulación en fase.

Las anteriores realizaciones presentan la ventaja de que se pueden adaptar para su uso en diversas aplicaciones de la Fotónica de Microondas.

En un primer tipo de adaptación, la línea de retardo muestreada se aplica como filtro transversal fijo y sintonizable, donde las salidas de los núcleos que conforman la MCF se agrupan y se conectan a un fotodetector a fin de detectar 50 la señal de RF. Las muestras de la señal moduladora pueden ser sopesadas independientemente por atenuadores ópticos variables. La implementación más sencilla de filtrado transversal de microondas considera una única fuente óptica modulada, de forma que la MCF actúa como una línea de retardo compuesta por N muestras. Mediante este esquema, la sintonización de la longitud de onda de emisión de la fuente óptica permite variar el rango espectral libre (FSR, Free Spectral Range) de la respuesta de radiofrecuencia del filtro implementado. 55

Una variante del anterior esquema consiste en utilizar bien una fuente óptica multicanal de M canales generada por la técnica de modelocking o bien una pluralidad de fuentes ópticas M, de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una misma señal de RF. De este modo, a la salida de cada núcleo de la MCF, se establece un filtro transversal independiente, caracterizado por un FSR distinto, sintonizable variando la separación entre longitudes de onda de emisión de las fuentes ópticas. Para ello, la salida 5 de cada núcleo de la MCF se conecta a un fotodetector de RF distinto.

También se prevé otra variante en la que la salida de la línea de retardo está conectada a un demultiplexor WDM, de modo que en cada una de las M salidas del demultiplexor, se establece un filtro distinto compuesto por N muestras, con distinto FSR. Para ello cada salida del demultiplexor se conecta a un fotodetector diferente.

En un segundo tipo de adaptación, la línea de retardo muestreada se aplica a sistemas de alimentación de arrays de 10 antenas de microondas en fase (Phased array antennas, PAA). Para ello, la salida de cada núcleo de la MCF es fotodetectada de manera independiente y conectada a un elemento de antena diferente, donde cada elemento de antena pertenece a un conjunto o array de antenas en fase.. En este caso, la dirección de apuntamiento del factor de array resultante es gobernando mediante la variación del retardo de grupo incremental entre núcleos a través de la sintonización de la longitud de onda. 15

El caso anterior corresponde a un sistema transmisor de RF. Para sistemas de recepción de señales de RF radiadas, una variante del esquema anterior comprende la inclusión de una fuente óptica y modulador electroóptico diferentes a la entrada de cada núcleo. Las salidas provenientes de los N núcleos que componen la MCF se conectan a un único fotodetector para la recepción de las señales radiadas.

En los casos anteriores de aplicación en sistemas de alimentación de arrays, se pueden incluir atenuadores ópticos 20 variables a la salida de cada núcleo para implementar diversos esquemas de enventanado.

En un tercer tipo de adaptación, la línea de retardo muestreada se aplica a la generación óptica arbitraria de señales de RF. En una primera variante, el dispositivo comprende un generador de pulsos de RF conectado a un primer y a un segundo modulador electroóptico, alimentados en regiones con pendientes opuestas, mediante voltajes diferentes, de modo que un mismo pulso eléctrico es inyectado a ambos moduladores. Ambos moduladores 25 electroópticos están conectados a una única fuente de emisión óptica a su entrada. El primer modulador está conectado en su salida a un acoplador óptico 1xN seguido de unos conmutadores ópticos 2x1 que se conectan a cada uno de los N núcleos de la MCF. El estado de selección del conmutador 2x1 permite proporcionar una selección de N1 muestras positivas a ser transmitidas a través de un subconjunto de N1 núcleos. Por otro lado, el segundo modulador electroóptico está conectado a un segundo acoplador óptico 1xN seguido también de una serie 30 de conmutadores ópticos 2x1, con el fin de proporcionar una selección de N2 muestras negativas para ser transmitidas por un segundo subconjunto de N2 núcleos. La salida de los N núcleos está conectada a un único fotodetector de RF, obteniendo el patrón de pulso de RF deseado.

Se prevé que comprenda atenuadores ópticos variables a la salida del primer y segundo acoplador óptico 1xN, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual. 35

En una segunda variante de generación de señales de RF arbitraria, el generador de pulsos de RF está conectado a un único modulador electroóptico, cuya salida está conectada a la entrada de los N núcleos de la MCF. Cada salida de dichos núcleos está conectada a un conmutador óptico 1x2, cada uno de los cuales están conectados a un primer y a un segundo acoplador óptico Nx1, que, a su vez, están conectados a un fotodetector balanceado, que permite la separación de un subconjunto N1 de pulsos positivos y de un subconjunto N2 de pulsos negativos. La selección de 40 los pulsos se realiza mediante el control de los conmutadores 1x2 que hay a la salida de cada núcleo que dirige la señal a uno de los fotodetectores balanceados. Por ejemplo al fotodetector balanceado superior, para coeficientes positivos, o al fotodetector balanceado inferior, para coeficientes negativos.

Se prevé la inclusión de atenuadores ópticos variables en cada una de las entradas del primer y segundo acoplador óptico Nx1, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual. 45

Para realizar las conexiones de la entrada y/o salida de la línea de retardo, anteriormente indicadas, la invención ha desarrollado un dispositivo encargado de conectar una única fibra mononúcleo con los N núcleos de la MCF. Dicho elemento se dispone a la entrada de la fibra MCF en los casos en los que se requiera efectuar la inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de MCF, mientras que se coloca de manera recíproca a la salida de la MCF en aquellos casos en los que requiera realizar la detección de las N muestras de la señal en el plano de salida 50 de la MCF.

De acuerdo con todo lo anteriormente expuesto, la invención puede ser empleada para su uso como filtro transversal fijo y sintonizable, como alimentación óptica de arrays de antenas en fase o para implementar generadores arbitrarios de señales de radiofrecuencia

Las ventajas que aporta la presente realización frente a otras correspondientes al estado de la técnica residen principalmente en el aprovechamiento del paralelismo que las MCF ofrecen en un tamaño de portador reducido y capaz de distribuir las señales a larga distancia y con bajas pérdidas. El proporcionar dicho paralelismo dentro de una única estructura física aporta además ventajas en cuanto a uniformidad en la longitud de los portadores y comportamiento uniforme frente a variaciones mecánicas y medioambientales. 5

BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Muestra una vista esquemática de la representación de una fibra multinúcleo.

Figura 2.- Muestra una realización de la invención en la que una fibra multinúcleo heterogénea se utiliza como línea de retardo óptica discreta. En este ejemplo se aplica en la entrada de los diferentes núcleos N una sola portadora óptica para obtener en su salida una diversidad espacial. 10

Figuras 3a y 3b.- Muestra una gráfica del retardo de grupo de cada uno de los núcleos que componen una fibra multinúcleo heterogénea en función de la longitud de onda óptica. Cada núcleo presenta un retardo de grupo lineal de pendiente diferente, o lo que es lo mismo, un valor diferente del parámetro de dispersión cromática D. En la figura 3a para una longitud de onda λ1 se obtiene un retardo incremental T1, y en la figura 3b para una λ2 se obtiene un retardo incremental T2. 15

Figura 4.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo muestreada basada en una fibra multinúcleo homogénea y en líneas de retardo ópticas.

Figura 5.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo basada en una fibra multinúcleo heterogénea con entrada óptica multicanal o WDM y con salida en diversidad espacial de la señal WDM.

Figura 6.- Muestra una grafica del retardo de grupo frente a la longitud de onda para indicar el principio de 20 funcionamiento de la línea de retardo con señales de entrada óptica multicanal o WDM de la figura 5.

Figura 7.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo basada en una fibra multinúcleo heterogénea similar al de la figura 5, con entrada óptica multicanal o WDM, pero con la diferencia que la salida se obtiene en el dominio de la longitud de onda mediante demultiplexación en WDM.

Figura 8.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo basada en una fibra 25 multinúcleo heterogénea con entrada de varias fuentes ópticas multicanal o múltiplex WDM distintos para cada núcleo y con salida en diversidad espacial.

Figura 9.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo basada en una fibra multinúcleo heterogénea cuyos núcleos presentan pendientes de retardo de grupo diferentes Dj. Entrada de una sola portadora óptica con salida en diversidad espacial. 30

Figura 10.- Muestra una realización de la invención en la que se obtiene una línea de retardo basada en una fibra multinúcleo heterogénea, con entrada de una fuente óptica multicanal o WDM con separación en longitud de onda no constante Δλi, con salida en diversidad espacial.

Figura 11.- Muestra una implementación de un filtro fotónico transversal de microondas mediante una fibra multinúcleo heterogénea. 35

Figuras 12a – 12d.- Muestran una serie de gráficas de la función de transferencia eléctrica característica del filtro fotónico transversal de microondas, destacando las funcionalidades de sintonizabilidad y reconfigurabilidad, de acuerdo con la realización de la figura anterior.

Figura 13.- Muestra una implementación de una red de alimentación en arrays de antenas en fase mediante una fibra multinúcleo heterogénea. 40

Figura 14.- Muestra un esquema para la generación de señales de RF arbitrarias mediante inversión de fase en un modulador Mach-Zehnder, empleando una fibra multinúcleo heterogénea.

Figura 15.- Muestra un esquema para la generación de señales de RF arbitrarias mediante detección balanceada, empleando una fibra multinúcleo heterogénea.

Figura 16.- Muestra la estructura de los conectores que la invención aporta para permitir realizar la conexión de una 45 fibra mononúcleo con los N núcleos en la entrada de la fibra MCF y la conexión de los N núcleos a la salida de MCF con una fibra mononúcleo.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

Tal y como se indicó en el apartado de antecedentes, la fibras multinúcleo comprenden N núcleos que están dispuestos en una misma cubierta de diámetro b y la densidad de núcleos está determinada por la distancia Λ entre núcleos que garantiza un determinado nivel de interferencia o crosstalk a lo largo de una longitud L de propagación dada, tal y como se muestra en la figura 1. En las fibras homogéneas los N núcleos tienen el mismo diámetro y las 5 mismas características de propagación, es decir el mismo índice de refracción ncl, la misma constante de propagación β, y por tanto el mismo retardo de grupo τ, y la misma dispersión cromática D, a diferencia de las fibras multinúcleo heterogéneas que tienen diferentes características de propagación.

Seguidamente, se describen las características de propagación de una fibra multinúcleo, para ello se considera el caso más genérico de MCF heterogénea, donde cada uno de los diversos núcleos j de los N núcleos que la 10 conforman posee el mismo diámetro a y distinto índice de refracción nco,j. Cada núcleo actúa, por tanto, como una guía onda que transmite un modo de propagación distinto que tiene una constante de propagación βj , que puede expresarse según su desarrollo en serie de Taylor de segundo orden a lo largo de la frecuencia central angular de emisión de la fuente óptica ωo como:

15 2220122()()1()()()()21()().2oojjjjooojjojodddd

El retardo de grupo τj a una longitud de onda óptica dada λ puede derivarse de la ecuación anterior como

2,()1()()2ojjjogjdLLDcdv

donde L es la longitud del enlace de la MCF, c es la velocidad de la luz en el vacío, representa la velocidad de grupo de propagación del núcleo j-ésimo y Dj es el parámetro de dispersión asociado al núcleo j-ésimo definido como 20 1, 1/gjjv

222.jjcD

La particularización de las expresiones anteriores al caso de una MCF homogénea se obtiene considerando la misma constante de propagación β, y por tanto el mismo retardo de grupo τ, para cada uno de los núcleos.

En la figura 2 se muestra un ejemplo de realización de la invención de una implementación de una línea de retardo muestreada empleando una fibra óptica multinúcleo heterogénea 2 formada por núcleos heterogéneos 3 dispersivos 25 de diferente composición alimentados por una misma señal de entrada proveniente de una fuente óptica 4, constituida por un láser, que proporciona una señal óptica portadora continua 5 (P1) que se aplica a un modulador electroóptico 6 para modular la señal 5 mediante una señal de radiofrecuencia (RF) 7. La modulación en radiofrecuencia, bien puede realizarse en amplitud o en fase.

La señal modulada 8 se divide entre los N núcleos 3 que componen la fibra multinúcleo heterogénea 2. Para lo que 30 se prevé un conector 31, que se describe más adelante con ayuda de la figura 16. Aunque todos los núcleos 3 poseen la misma longitud L, cada uno de ellos presenta un retardo de grupo lineal con la longitud de onda de pendiente diferente, o lo que es lo mismo, un valor diferente del parámetro de dispersión cromática D, tal y como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 3a y 3b. Bajo aproximación lineal, y mediante el adecuado diseño material de cada núcleo, la característica del retardo de grupo de cada uno de ellos puede aproximarse mediante 35

joojDL

donde λ representa la longitud de onda de la portadora óptica, j el número de núcleo, D el parámetro básico de dispersión del núcleo menos dispersivo y τo un retardo de grupo básico e igual para todas los núcleos 3 que se produce a una longitud de onda de referencia λo, τo = L/vg. El retardo básico incremental entre las señales de salida de dos núcleos 3 que posean retardo de grupos adyacentes viene entonces dado por: 40

1kjkjkkoTDL

Este retardo de grupo incremental es fijo para un valor dado de la longitud de onda de trabajo. Por ejemplo, en la figura 3a se observa la distribución de retardos cuando la longitud de onda de trabajo es λ1. En este caso, la línea de retardo produce N réplicas de la señal modulada a su entrada retardadas respectivamente por valores 0, T1, 2T1, …

(N-1)T1. Para cambiar el valor del retardo básico solamente hay que cambiar la longitud de onda de operación del láser 4. Por ejemplo, en la figura 3b se muestra el cambio de dicho retardo básico de T1 → T2, cuando la longitud de onda del láser 4 alimentador cambia de λ1 → λ2. Así pues, la línea de retardo propuesta proporciona N muestras 10 equiespaciadas en el tiempo en la salida 9 de los N núcleos 3, donde el retardo básico entre muestras 10 es sintonizable mediante la modificación de la longitud de onda. Por tanto las muestras 10 se obtienen en salidas 9 5 espacialmente diferentes y por tanto se denomina a esta configuración como de diversidad espacial.

La fibra multinúcleo heterogénea 2 empleada en el esquema de la figura 2 puede sustituirse por una fibra multinúcleo homogénea 2a, seguida de un conjunto de líneas de retardo ópticas 11 implementadas mediante tramos de fibra monomodo (SMF,singlemode fibers) 11 mononúcleo (SCF, singlecore fiber) estándar de diversas longitudes, tal y como se ilustra en la figura 4. En este caso cada núcleo 3a de la fibra multinúcleo homogénea presenta el 10 mismo retardo de grupo

homoooDL

De acuerdo con lo anterior se puede disponer de un filtro transversal con un retardo básico incremental entre muestras T, para lo que cada núcleo k debe acoplarse a un tramo k de SMF 11 de longitud LSMF,k, tal y que la diferencia entre retardos asociados a tramos contiguos sea precisamente TSMF = T. En el supuesto de que la SMF no 15 presente dispersión cromática, éste vendría dado por

,1,1SMFSMFSMFkSMFkgSMFgSMFLTLLvv

donde LSMF representa la diferencia básica entre las longitudes de tramos contiguos y la velocidad de grupo vgSMF es la misma para cada tramo de fibra 11. Si, por el contrario, la SMF introducida presenta dispersión cromática, la diferencia entre retardos contiguos sería 20

. ,1,11()SMFSMFkSMFkoSMFogSMFgSMFTLLDLDvv

En este caso, la sintonización de la longitud de onda de emisión del láser 4 permite controlar dinámicamente el retardo básico incremental.

En la figura 5 se muestra otra realización de la invención en la que la línea de retardo muestreada es alimentada por un múltiplex de fuentes ópticas. En este caso la señal alimentada proviene de un múltiplex en longitud de onda WDM 25 de láseres 4a - 4c modulados, en vez de una única fuente óptica. Una configuración equivalente consiste en emplear como fuente alimentadora un único láser emisor de diferentes canales o modos ópticos equiespaciados en longitud de onda mediante la técnica de enganche en fase de modos o modelocking, que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra. Refiriéndonos a dicha figura 5, la señal de alimentación óptica está compuesta por M láseres 4A – 4M cuyas 30 longitudes de onda de las señales 5A – 5M que producen siguen la ley λi = λo + iΔλ, i = 1, 2, … M. Dichas señales 5A – 5M se aplican a un multiplexor 13 cuya salida se aplica al modulador de radiofrecuencia 6. En caso de emplear una fuente modelocking el multiplexor WDM no es necesario. De esta forma el múltiplex se modula 8A – 8M por una señal de radiofrecuencia 7 que alimenta a cada uno de los núcleos N de una MCF heterogénea 2. En consecuencia, tal y como se muestra en la figura 6, que ilustra la generación de los retardos incrementales, cada múltiplex sufre en 35 cada núcleo j un retardo básico diferente que puede expresarse como:

1jjkjkTjDL

Es decir, cada salida 9 de los núcleos 3, corresponde a una línea de retardo de M muestras 15A – 15N, cada una de ellas retardadas por un valor de retardo incremental diferente.

La línea de retardo proporciona una configuración bidimensional de retardos donde el retardo experimentado por 40 una muestra transportada por la longitud de onda λi = λo + iΔλ y saliendo por el núcleo j experimenta un retardo dado por:

,ijoijDL

Esta funcionalidad puede explotarse de dos formas según se contemple el dominio espacial o el dominio de la longitud de onda. En la figura 5 se describió el primer caso, donde la salida 9 de cada núcleo 3 proporciona una 45 línea de retardo muestreada cuyo retardo incremental se obtiene al fijar el valor de j en la expresión anterior y calcular la diferencia entre los retardos experimentados por la longitud de onda i+1 y la i, es decir Tj = jDLΔλ. Así pues se habilitan N líneas de retardo, cada una proporcionando M muestras. El segundo caso, se muestra en la figura 7, donde se agrupan las N salidas 9 de la fibra 2 aplicándose a un demultiplexor 14, que las demultiplexá en longitud de onda para obtener M líneas de retardo de N muestras 16A – 16M cada una. En este caso el retardo 50 básico para cada línea de retardo de cada longitud de onda se obtiene al fijar i y calcular la diferencia entre los

retardos experimentados por núcleos contiguos j+1 y j, Ti = iDLΔλ. Para permitir realizar la conexión agrupada de la salida de los N núcleos, la invención ha desarrollado un conector 20 que se describirá con ayuda de la figura 16.

Los esquemas anteriores pueden ampliarse y/o modificarse, según se muestra en las figuras 8, 9 y 10.

En la realización de la figura 8 se alimenta la fibra óptica hetereogenea 2, con un multiplex WDM 17A – 17N distinto para cada uno de los núcleos , (o bien mediante una configuración equivalente que emplearía como fuente 5 alimentadora un único láser emisor de diferentes canales o modos ópticos equiespaciados en longitud de onda mediante la técnica de enganche en fase de modos o modelocking) modulado a su vez cada uno de ellos por una señal de radiofrecuencia 7A – 7N diferente, con los moduladores de RF 6A – 6N, cuya señal modulada 8A -8N se aplica a cada una de los núcleos 3 de la fibra multinúcleo hetereogenea 2 tomando sus salidas 9 de forma separada, en cuyo caso la estructura funciona como un conjunto de N líneas de retardo diferentes e independientes. Cada una 10 de las líneas de retardo posee un retardo básico diferente Tj = DLΔλj donde Δλj expresa la separación en longitud de onda de dos portadoras contiguas del múltiplex WDM que se inyecta al núcleo j. En cada salida 9 se obtienen muestras 15A – 15N, cada una de ellas retardadas por un valor de retardo incremental diferente.

En la realización de la figura 9, se emplea una única señal portadora óptica 5 (P1) y una fibra heterogénea 2 de núcleos 3, al igual que en la descripción realizada para la figura 2, con la diferencia que los núcleos 3 tienen 15 pendientes de retardo de grupo diferentes Dj (D1,…, Dk…,DN), no relacionadas a través de un incremento constante, obteniéndose en su salida las muestras 10’.

Respecto a la figura 10, se emplean señales multiplex WDM a la entrada de la fibra heterogénea 2, de forma igual a lo descrito para la figura 5, pero con la diferencia que se prevé separación en longitud de onda no constante Δλi, obteniéndose las muestras 15’A – 15’N. 20

A continuación se describen unas adaptaciones de las realizaciones anteriores, para su uso en diversas aplicaciones de la Fotónica de Microondas:

a) En primer lugar se describe una adaptación para su aplicación como filtro transversal fijo y sintonizable.

Una de las aplicaciones de mayor interés en el campo de la fotónica de microondas constituye el uso de dispositivos fotónicos con el fin de implementar filtros sintonizables y reconfigurables para realizar tareas de procesado de señal 25 en sistemas de RF. En el esquema más genérico de un filtro fotónico de microondas del estado de la técnica, la portadora óptica modulada en intensidad (o en fase) por la señal de RF atraviesa una etapa de procesado óptico que se encarga de muestrear la señal en el dominio del tiempo. La señal óptica resultante es detectada mediante un fotodetector 19. Según la naturaleza de las líneas ópticas de retardo que conforman la etapa de procesado óptico, los filtros fotónicos de microondas del estado de la técnica pueden clasificarse según: 30

a.1) Filtros con líneas de retardo basadas en tramos de fibra óptica paralelos.

Recurriendo al empleo de una única fuente óptica 4, este tipo de filtros genera N muestras de la señal óptica modulada que son sopesadas independientemente por unos atenuadores ópticos variables, (no representados) y retardadas por líneas de retardo determinadas según el camino óptico por el que se propagan. Mediante este esquema se obtienen retardos constantes con la longitud de onda de emisión del 35 láser.

a.2) Filtros con líneas de retardo dispersivas.

En este caso el empleo de múltiples fuentes ópticas permite que N portadoras ópticas sean moduladas con la misma señal de RF. El elemento dispersivo generará un retardo diferente para cada una de las longitudes de onda ópticas propagadas, es decir, para cada una de las muestras. 40

En el caso particular de la invención, la implementación de líneas de retardo muestreadas mediante fibras multinúcleo heterogéneas 2, donde cada núcleo 3 presenta unas características dispersivas diferentes, permite la implementación de filtros con líneas de retardo dispersivas empleando una única fuente óptica 4, tal y como se ilustra en la figura 11. La señal óptica se aplica a un modulador de intensidad 21 Mach-Zehnder MZM y a un modulador de fase 22, que modulan la portadora óptica mediante una señal de RF 7 y se aplican a los diferentes 45 núcleos 3, cuyas salidas están conectadas a un fotodetector 19. Mediante dicho esquema, la fotodetección conjunta de cada una de las N muestras retardadas de la señal de RF moduladora resulta en un fenómeno de filtrado FIR (finite impulse response) de microondas, caracterizado por la respuesta en frecuencia:

10nNjnTnnHae

donde T es la unidad de retardo básica del filtro, mientras que an y n representan, respectivamente, la amplitud y la 50 fase del coeficiente n-ésimo. La expresión anterior identifica una función de transferencia eléctrica con una característica espectral periódica, tal y como se aprecia en la figura 12a - 12d, cuyo periodo frecuencial o rango espectral libre (FSR, Free Spectral Range) es inversamente proporcional al retardo básico entre muestras T. Así pues, el control de T, que se logra al sintonizar la longitud de onda de emisión de la fuente óptica, permite

reconfigurar la respuesta del filtro, cambiando el FSR, Fig. 12a. La selectividad del filtro, dada por el factor de calidad Q: Q = FSR/ΩFWHM, donde ΩFWHM denota el ancho de la resonancia cuando la respuesta cae 3 dB respecto a su máximo, está relacionada con el número de muestras N, tal y como se aprecia en la Fig. 12b. Por lo tanto, el número de núcleos que compondrá la MCF permite diseñar el filtro con unas características de selectividad concretas. Mediante la inclusión de atenuadores ópticos variables a la entrada o salida de la MCF (no representados) se 5 pueden implementar técnicas de enventanado o apodización en los valores de amplitud de los coeficientes an, lo que permite controlar el nivel de rechazo de las bandas eliminadas, nivel de lóbulo principal a secundario (MSLR, main to secondary lobe ratio) o nivel de lóbulo secundario (SLL, secondary lobe level), Fig. 12c. Finalmente, la sintonizabilidad del filtro, es decir el cambio en la posición de su frecuencia central, puede ser controlada variando la fase n de las muestras, Fig. 12d. En el eje vertical de dichas figuras 12a – 12d se representa la variación del modulo 10 de la respuesta en frecuencia normalizado a la unidad y en el eje horizontal la frecuencia.

La extensión del esquema de filtrado propuesto en la figura 11 al supuesto en que la señal óptica está compuesta por M portadoras ópticas multiplexadas en longitud de onda (o bien generadas por un único láser emisor de diferentes canales o modos ópticos equiespaciados en longitud de onda mediante la técnica de enganche en fase de modos o modelocking), permite dos ampliaciones de la funcionalidad de filtrado de especial interés en el campo de 15 la fotónica de microondas.

En primer lugar, tal y como se describía anteriormente en la figura 5, al disponer a la salida de cada núcleo j que compone la MCF de una línea de retardo óptico de M muestras con retardo básico Tj, (dado por la diferencia entre los retardos experimentados por longitudes de onda contiguas, Tj = jDLΔλ), se puede implementar un filtro con distinto FSRj a la salida de cada núcleo 3, cada una de las cuales está conectada a un fotodetector 19, de detección 20 de la señal en el dominio de la frecuencia. Esta estructura permite disponer de manera compacta de N filtros con FSR diferente, sintonizable variando la separación en longitud de onda de emisión de las fuentes ópticas 4A – 4M. El control del nivel de potencia de emisión de cada uno de los láseres 4A -4M, permite aplicar técnicas de apodización por igual a cada uno de los N núcleos.

La segunda ampliación se basa en la agrupación de las salidas de los N núcleos y en su posterior demultiplexación 25 en longitud de onda, tal y como se ilustraba en la figura 7, de modo que se es posible obtener M filtros distintos compuestos por N muestras cada uno. Para ello cada salida del demultiplexor 14 está conectada a un fotodetector 19. En este caso, cada filtro está caracterizado por un FSRi inversamente proporcional al retardo básico dado por la diferencia entre los retardos experimentados entre núcleos contiguos, Ti = iDLΔλ. La implementación de técnicas de enventanado en este caso requeriría la inclusión de N atenuadores ópticos variables a la entrada o salida de cada 30 uno de los núcleos.

La implementación de filtros transversales de microondas puede obtenerse también empleando como elemento base la línea de retardo compuesta por una fibra multinúcleo homogénea 2a y diversos tramos de fibra monomodo 11.

b) En segundo lugar se describe una adaptación para su aplicación como alimentación óptica de arrays de antenas 23 en fase. 35

Así la segunda aplicación la encontramos en los sistemas de alimentación de arrays de antenas 23 de microondas en fase (Phased array antennas, PAA). Estas estructuras radiantes están compuestas por una agrupación de múltiples antenas, dispuestas en una o dos dimensiones, que son alimentadas de manera individual y coherente por un sistema de control de fase o de retardo temporal (true time delay), de modo que es posible producir un diagrama de radiación determinado a una dirección angular dada. La aplicación directa de esta tecnología se halla en los 40 sistemas radar que podemos encontrar tanto en el ámbito civil (radioastronomía, climatología, comunicaciones espaciales, radiodifusión terrestre) como en el militar. Una de las facetas a destacar del empleo de redes de alimentación ópticas en PAA, además de las ventajas inherentes al empleo de la tecnología de fotónica de microondas, reside en la posibilidad de distribuir las señales de microondas generadas desde/hacia una unidad central hacia/desde una localización remota. 45

El elemento clave de un PAA lo encontramos en la red de conformado de haz compuesta por varios caminos físicos independientes y encargada de conectar los elementos radiantes con una fuente de RF (enlace ascendente: la señal de RF es procesada a través de la red de conformado y radiada al espacio libre) o bien con un detector de RF (enlace descendente: la radiación incidente es recibida por las antenas y trasladada a un mismo receptor de RF). Las características de transmisión de cada camino y, por tanto, la dirección de apuntamiento del haz conformado, 50 pueden modificarse si se incluyen elementos de control de amplitud y de fase/retardo. En lo que a redes de conformado ópticas se refiere, encontramos en la literatura diversas técnicas que pueden clasificarse en dos categorías: redes basadas en fibra óptica y/o en guías de onda integradas y redes basadas en óptica de espacio libre. La solución que la invención propone se refiere a redes basadas en fibra óptica y se basa en el empleo de una fibra multinúcleo heterogénea 2 como red de alimentación en paralelo. Tal y como se muestra en la figura 13, el 55 esquema de implementación es muy similar al descrito en la figura 11 para filtros fotónicos de microondas, con la salvedad de que en el extremo final de la MCF 2, la señal óptica es detectada de manera independiente a la salida de cada uno de los N núcleos mediante un fotodetector 19. Cabe tener en cuenta que la figura 11 corresponde al caso de emisión de señales de RF, mientras que para sistemas de recepción de señales radiadas, la batería de N fotodetectores se sustituye por N transmisores (no representados) compuestos cada uno de un láser 4 emitiendo en 60 onda contínua y un modulador electroóptico 6. En ese caso, a la salida de la MCF 2 la señal óptica es detectada

conjuntamente por un único fotodetector 19.

Para la descripción del diagrama de radiación de una agrupación de antenas lineal en una dimensión, se emplea el Factor de array (AF, Array Factor), mediante el cual se obtiene el diagrama de radiación de la agrupación, como el producto del factor de array y el diagrama de radiación del elemento antena. La variación en la dirección de apuntamiento del haz θ se logra variando los pesos o coeficientes complejos ar que conforman el factor de array: 5

1xrduNjcrrAFae

siendo u = sin(θ) y dx la distancia de separación entre los elementos radiantes en el eje x. En la invención, dicho control se implementa mediante la variación del retardo de grupo básico incremental T entre núcleos 3 adyacentes de la MCF 2, es decir, gracias a la sintonización de la longitud de onda de emisión del láser λ, tal y como ha sido descrito anteriormente: 10

1jjoTDL

Mediante este sistema de control retardo o true time delay, los coeficientes ar se pueden expresar como

,xordujjrTcrrraaeae

con lo que el AF resultaría

15 1,xordNjuucrrAFae

cumpliéndose T = dxuo/c para uo = sin(θo), siendo θo el ángulo de apuntamiento mediante el cual el factor de array es máximo.

Cabe destacar que la inclusión de atenuadores ópticos variables a la salida de cada núcleo permitiría implementar diversos esquemas de enventanado.

Finalmente, la implementación de redes ópticas conformadoras para arrays de antenas 23 puede obtenerse también 20 empleando como elemento base la línea de retardo compuesta por una fibra multinúcleo homogénea 2a y diversos tramos de fibra monomodo 11.

c) Generación óptica arbitraria de señales de radiofrecuencia

La línea de retardo óptica propuesta puede aplicarse también a la generación óptica arbitraria de señales de radiofrecuencia y, como caso particular, a uno de los formatos que mayor interés ha venido suscitando durante los 25 últimos años: el estándar ultrawideband (UWB). Esta funcionalidad es aplicable principalmente a sistemas radar y a redes de comunicaciones inalámbricas, donde se pueden obtener beneficios, como se ha comentado anteriormente para PAA, referente a las ventajas que ofrece la propagación óptica en la distribución de señales de RF desde una unidad central hacia un emplazamiento remoto.

Un generador óptico de pulsos de RF se basa en un esquema de filtrado fotónico de microondas discreto donde se 30 busca la posibilidad de síntesis de una respuesta impulsiva concreta. En dicho esquema de filtrado se requiere la posibilidad de obtener conjuntamente coeficientes positivos y negativos. La utilización de MCF permite disponer de dos esquemas diferentes para la obtención de coeficientes negativos.

El primer esquema, ilustrado en la figura 14, se basa en el empleo de dos moduladores electroópticos 6A, 6B que son alimentados en regiones con pendientes opuestas a través de sendos voltajes de alimentación Vdc1 y Vdc2, 35 respectivamente. Ambos moduladores 6A, 6B son modulados por el mismo pulso eléctrico proveniente de un generador de pulsos de RF 24. La señal óptica modulada proveniente del modulador 6A será lanzada a un subconjunto de N1 núcleos y se encargará de proporcionar las N1 muestras positivas a la línea de retardo configurada mediante la MCF de N núcleos 3. Por otro lado, la señal óptica proveniente del 6B será inyectada a un subconjunto de N2 núcleos, proporcionando así las N2 muestras negativas que se requieran para la síntesis del pulso 40 final. La selección de la polaridad de los pulsos a transmitir por la MCF 2 se realiza a la entrada de cada núcleo 3 mediante un acoplador óptico 26 de tipo 1xN seguido de un conmutador 27 o switch óptico 2x1 que permite seleccionar la señal proveniente de uno u otro modulador de manera dinámica. A la salida 9 de la MCF 2, se dispone un fotodetector 19 para realizar la detección conjunta de todas las muestras, debidamente retardadas según las características de dispersión de cada uno de los núcleos, permitiendo obtener el pulso 30 de RF deseado. El control 45 sobre la amplitud de las muestras de manera individual para polaridades positivas y negativas puede implementarse

mediante la introducción de atenuadores ópticos variables (no representados) a cada una de las salidas de los acopladores ópticos 26 de tipo 1xN.

A modo de ejemplo, la figura 14 (y la posterior figura 15) ilustra a la salida del fotodetector 19 un pulso 30 del tipo doblete, correspondiente al caso en que N = 3 (N1 = 2 y N2 = 1) para una selección de amplitudes de muestras de [0.5,-1,0.5]. 5

En el segundo esquema para la generación de pulsos eléctricos, cada una de las N muestras totales proviene de un mismo modulador electroóptico, tal y como se muestra en la figura 15. La separación entre coeficientes positivos y negativos se lleva a cabo mediante una arquitectura de fotodetección 19 balanceada, mediante la cual el subconjunto deseado de N1 muestras positivas y el subconjunto de N2 muestras negativas son seleccionados a la salida de cada núcleo 3 mediante un conmutador óptico 28 de tipo 1x2 seguido de un acoplador óptico 29 de tipo 10 Nx1. La selección de los pulsos se realiza mediante el control de los conmutadores 28 de tipo 1x2 que hay a la salida de cada núcleo 3, que dirige la señal a uno de los fotodetectores balanceados 19. Por ejemplo, al fotodetector balanceado superior, para coeficientes positivos, o al fotodetector balanceado inferior, para coeficientes negativos. La amplitud de los pulsos puede controlarse de manera individual mediante la introducción de atenuadores ópticos variables en cada una de las entradas de los acopladores ópticos 29 de tipo Nx1. 15

Es importante destacar que ambos esquemas dotan a la generación de pulsos de RF de gran flexibilidad puesto que, además de la generación de los pulsos más comunes del tipo monociclo (N = 2) o doblete (N = 3), permite el diseño de pulsos de orden superior.

La sintonización de la longitud de onda óptica de emisión del láser 4 permite variar el retardo básico incremental entre pulsos T, el cual, al emplear MCF heterogéneas 2, en las que la diferencia entre pendientes de dispersión de 20 núcleos adyacentes es constante (Dk+1 - Dk = D), se mantiene idéntico entre pares de pulsos adyacentes. Si, por el contrario, la síntesis final del pulso de RF requiriese de muestras con un retardo básico incremental no constante Tk, emplearíamos MCF heterogéneas cuyos núcleos tuvieran pendientes de dispersión no sujetas a dicha relación constante.

Ambos esquemas propuestos para la generación de pulsos de RF arbitrarios pueden implementarse también 25 empleando como línea de retardo óptica la compuesta por una fibra multinúcleo homogénea 2a y diversos tramos de fibra monomodo 11.

Se debe tener en cuenta que los generados ópticos de pulsos de RF 24 descritos pueden emplearse también para realizar técnicas de codificación de pulsos mediante el empleo de diversos formatos de modulación, como por ejemplo, la modulación por posición de pulso (PMM), la modulación por polarización de pulso o modulación bi-fase 30 (BPM), la modulación por amplitud de pulso (PAM), la modulación On-Off Keying (OOK) y la modulación ortogonal de pulsos (OPM).

Por último, cabe señalar que para realizar las conexiones de la entrada y/o salida, indicadas en los ejemplos anteriores, de la fibra óptica multinúcleo 2, 2a, con una fibra mononúcleo 18, la invención ha desarrollado los conectores correspondientes que permiten realizar dichas conexiones. En la figura 16 se ilustra la estructura de un 35 conector 12 para la conexión entre una fibra mononúcleo 18 y los N núcleos de la MCF, conector SMC (Single to Multicore Connector), que permite la inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de la MCF. También muestra la estructura de un conector 20, para la conexión entre los núcleos de la MCF y una fibra mononúcleo 18, conector MSC (Multi to Singlecore Connector), para la detección conjunta de las N muestras de la señal en el plano de salida de la MCF. 40

Claims (20)

1. 
   
   

   REIVINDICACIONES

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

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

   - Al menos un modulador de RF de la señal óptica, para modular la portadora óptica con la señal de RF, 5

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

   - donde en el caso de una MCF heterogénea, sus núcleos N posen la misma longitud L y una dispersión cromática D diferente, y a cada uno de los cuales se les aplica la señal modulada, para proporcionar en la salida de la línea de retardo, correspondiente a la salida de cada núcleo N, una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales en función de la dispersión cromática de cada 10 núcleo, proporcionando N muestras espaciadas en el tiempo,

   - donde en el caso de una MCF homogénea, sus núcleos N posen la misma longitud L y una misma dispersión cromática D, y a cada uno de los cuales se les aplica la señal modulada; estando la salida de cada núcleo N de la MCF homogénea conectada a una fibra óptica monomodo, seleccionadas entre fibras monomodo de diferente longitud con la misma dispersión cromática D, y fibras con la 15 misma longitud y diferente dispersión cromática D; para proporcionar en la salida de la línea de retardo, correspondiente a la salida de cada una de las N fibras monomodo, una misma señal pero retardada según diferentes retardos incrementales, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo.
2. 2. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que el retardo de tiempo incremental de cada uno de los N núcleos de la MCF heterogénea, y de la estructura formada por la MCF 20 homogénea seguida por tramos de fibra monomodo, se selecciona entre un valor constante y un valor no constante.
3. 3. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 2, caracterizado por que cada uno de los N núcleos de la MCF heterogénea, y de la estructura formada por la MCF homogénea seguida por tramos de fibra monomodo, presentan un retardo de grupo lineal con la longitud de onda de pendiente diferente, para 25 mediante el cambio de la longitud de onda de la señal óptica, cambiar el valor del retardo incremental, actuando como línea de retardo muestreada en el tiempo reconfigurable.
4. 4. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

   - una pluralidad de M fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en 30 longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF, de modo que el mismo múltiplex alimenta a cada uno de los núcleos de la MCF,

   - un único láser emisor de diferentes canales ópticos mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking), que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra 35

   para obtener a la salida de cada núcleo una línea de retardo en ambos casos compuesta por M muestras retardadas por valores de retardo incremental diferente.
5. 5. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

   - una pluralidad de M fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en 40 longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF, de modo que el mismo múltiplex alimenta a cada uno de los núcleos de la MCF,

   - un único láser emisor de diferentes canales ópticos mediante la técnica de enganche en fase de modos (modelocking), que proporciona un tren de impulsos con diferente longitud de onda que se modulan con una misma señal de RF y se aplican a los N núcleos de la fibra; estando la salida de la línea de retardo en 45 ambos casos conectada a un demultiplexor WDM, para obtener M líneas de retardo de N muestras cada una.
6. 6. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicación 1, caracterizada por que comprende M agrupaciones de medios de generación de un tren de pulsos de diferentes longitudes de onda que están seleccionados entre:

   - diversas pluralidades de fuentes ópticas de diferentes longitudes de onda de emisión, que se multiplexan en longitud de onda (WDM) y se modulan con una señal de RF diferente, alimentado así cada uno de los N 5 núcleos con un multiplex WDM distinto

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

   Obteniendo en ambos casos en el plano de salida, N líneas de retardo diferentes e independientes. 10
7. 7. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicaciones 4, 5 o 6, caracterizada por que la separación en longitud de onda entre fuentes ópticas adyacentes presenta un valor seleccionado entre un valor constante y un valor no constante.
8. 8. LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA, según reivindicaciones 1, 4, 5 o 6, caracterizada por que la modulación de RF está seleccionada entre una modulación en amplitud de RF y una modulación en fase de 15 RF.
9. 9. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 1, caracterizado por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos que la componen están agrupadas y conectadas a un fotodetector, para realizar funciones de filtrado transversal fotónico de microondas; donde la sintonización de la longitud de onda permite reconfigurar la respuesta del filtro. 20
10. 10. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 4, caracterizado por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF está conectada a un fotodetector diferente para establecer N filtros con distinto FSR (Free Spectral Range) en la salida de cada núcleo de la MCF, sintonizables variando la separación entre longitudes de onda de emisión de las fuentes ópticas; . 25
11. 11. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 5, caracterizado por una línea de retardo óptica, donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF está conectada a un demultiplexor de agrupación por longitud de onda de las N salidas, y donde cada salida del demultiplexor comprende un fotodetector diferente, para establecer M filtros distintos compuestos por N muestras cada uno, con distinto FSR,. 30
12. 12. FILTRO FOTÓNICO TRANSVERSAL DE MICROONDAS, según reivindicación 11, caracterizado por que cada entrada o salida de los N núcleos de la MCF se conecta a un atenuador variable para enventanar la amplitud de las muestras.
13. 13. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicación 3, caracterizada por una línea de retardo óptica donde la salida de cada uno de los N núcleos de la MCF se conecta a una 35 antena a través de un fotodetector de radiofrecuencia; donde cada una de las N antenas se corresponde con un elemento del array de antenas en fase, para obtener una red de alimentación en paralelo, y donde la dirección de apuntamiento del factor de array es gobernando mediante la variación del retardo de grupo incremental entre núcleos a través de la sintonización de la longitud de onda.
14. 14. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicación 13, caracterizada 40 por una línea de retardo óptica donde la entrada de cada uno de los N núcleos de la MCF se conecta a una fuente óptica a través de un modulador electroóptico; estando todas las salidas de los N núcleos agrupadas y conectando dicha agrupación a un único fotodetector para sistemas de recepción de señales radiadas.
15. 15. ALIMENTACIÓN ÓPTICA DE ARRAYS DE ANTENAS EN FASE, según reivindicaciones 13 o 14, caracterizada por una línea de retardo óptica que incorpora atenuadores ópticos variables a la salida de 45 cada núcleo para implementar diversos esquemas de enventanado.
16. 16. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA , caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 1, que comprende un generador de pulsos de RF conectado a un primer y a un segundo modulador electroóptico alimentados en regiones con pendientes opuestas, mediante voltajes diferentes, para modular con el mismo pulso eléctrico; estando la entrada de ambos 50 moduladores electroópticos conectada a una única fuente de emisión óptica: donde la salida del primer modulador conectada a un primer acoplador óptico 1xN seguido de unos conmutadores ópticos 2x1 que se conectan a cada uno de los N núcleos, para proporcionar una selección de muestras positivas a un primer

    subconjunto de N1 núcleos y donde la salida del segundo modulador electroóptico está conectada a un segundo acoplador óptico 1xN seguido de unos conmutadores ópticos 2x1 para proporcionar una selección de muestras negativas a un segundo subconjunto de N2 núcleos, comprendiendo medios de selección de la señal proveniente del primer o segundo modulador electroóptico dinámicamente; y comprendiendo a la salida de los N núcleos un fotodetector, para generar una señal de RF deseada. 5
17. 17. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 16, comprendiendo atenuadores ópticos variables a la salida del primer y segundo acoplador óptico 1xN, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual para polaridades positivas y negativas.
18. 18. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea 10 de retardo óptica, según reivindicación 1, que comprende un generador de pulsos de RF conectado a un único modulador electroóptico, que está conectado a una única fuente de emisión óptica y a la entrada de los N núcleos de la MCF, donde la salida de cada uno de dichos N núcleos está conectada a un conmutador óptico 1x2, cada uno de los cuales están conectados a un primer y a un segundo acoplador óptico Nx1, que, a su vez, están conectados a un fotodetector balanceado, permitiendo la detección 15 diferenciada entre un subconjunto de N1 pulsos positivos y un subconjunto de N2 pulsos negativos mediante un control de los conmutadores 1x2 que hay a la salida de cada núcleo que dirigen la señal a uno de dichos fotodetectores balanceados.
19. 19. GENERACIÓN ÓPTICA ARBITRARIA DE SEÑALES DE RADIOFRECUENCIA, caracterizada por una línea de retardo óptica, según reivindicación 18, que comprende atenuadores ópticos variables en cada una de 20 las entradas del primer y segundo acoplador óptico 1xN, para controlar la amplitud de las muestras de manera individual para polaridades positivas y negativas.
20. 20. CONECTOR PARA LÍNEA DE RETARDO MUESTREADA BASADA EN FIBRA ÓPTICA MULTINUCLEO, según reivindicación 1, caracterizado por que comprende un conector de una fibra mononúcleo con los N núcleos en la entrada de la fibra MCF para inyección de una única señal óptica modulada a la entrada de 25 MCF; y un conector de conexión de los N núcleos a la salida de la MCF con una fibra mononúcleo, para la detección de las N muestras de la señal en el plano de salida.