ES2555124T3 - Sistema óptico de formación de imágenes con líneas ópticas de retardo - Google Patents

Sistema óptico de formación de imágenes con líneas ópticas de retardo Download PDF

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Abstract

Un sistema de tratamiento de señales electromagnéticas, que comprende una pluralidad de redes de fibras ópticas (1....N), teniendo cada red de fibras ópticas un haz de fibras ópticas con uno de sus extremos orientado para recibir radiación electromagnética procedente del espacio libre y conectadas secuencialmente para transmitir la radiación electromagnética a su salida de red respectiva, en el que cada salida de red está conectada ópticamente a la salida de red subsiguiente a través de al menos un retardo óptico y la Nésima salida de red está conectada a una entrada del detector de señal.

Description

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DESCRIPCION
Sistema optico de formacion de imagenes con lmeas opticas de retardo
Este invento se refiere a un sistema de tratamiento de senales electromagneticas y mas espedfica, pero no exclusivamente, a un sistema de tratamiento de una senal optica.
El documento WO02/29436 ensena que un receptor de radar de laser debena comprender una red de fibras opticas que reciben radiacion electromagnetica desde el espacio libre y estan conectadas al menos a un detector de radiacion, teniendo cada fibra optica diferentes caractensticas ffsicas que dan como resultado retardos conocidos en el tiempo de transmision de radiacion electromagnetica pulsatoria. Tales retardos son conseguidos de forma conveniente utilizando fibras opticas de diferentes longitudes de manera que funcionen como lmeas de retardo. Se han mostrado las redes de 3 x 3 fibras opticas, con cada fibra optica conectada a un unico fotodiodo de avalancha (APD).
El documento EP1154639 A1 tambien describe una disposicion de red de fibras para la formacion de imagenes de multiples pfxeles.
De acuerdo con un aspecto del presente invento se ha proporcionado un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, que comprende una pluralidad de redes de fibra optica (1....N), teniendo cada red de fibras opticas un haz de fibras opticas con uno de sus extremos orientado para recibir radiacion electromagnetica procedente del espacio libre y conectado secuencialmente para transmitir la radiacion electromagnetica a su salida de red respectiva, en el que cada salida de red esta conectada opticamente a la salida de red subsiguiente a traves de al menos un retardo optico y la Nesima salida de red esta conectada a una entrada de detector de senal. De esta manera las salidas procedentes de una pluralidad de redes de fibras opticas pueden ser alimentadas a un unico detector de senal y el detector de senal es habilitado para discriminar entre las salidas de red al tiempo que permite compensaciones en la longitud de la fibra optica y consecuentemente una reduccion en la masa, volumen y coste. En cada red de fibras opticas, el haz de fibras opticas sirve como retardos de tiempo, siendo el retardo de tiempo proporcional a la longitud de fibra individual.
La pluralidad de redes de fibras opticas (1....N) pueden estar dispuestas como un grupo de redes, comprendiendo la salida Nesima de la red la salida del grupo de redes, y el sistema puede comprender una pluralidad de tales grupos de redes. Las salidas del grupo de redes pueden ser conectadas en serie por respectivos retardos opticos a la entrada de detector de senal. De esta manera el detector de senal es habilitado para discriminar entre las salidas del grupo de redes. Alternativamente, una salida del grupo de redes de un grupo de redes puede ser conectada a una entrada a otro grupo de redes. En este caso, la conexion de la salida del grupo de redes desde un grupo de redes a la entrada al otro grupo de redes puede ser a traves de un retardo optico. De esta manera el detector de senal es habilitado para discriminar entre las salidas del grupo de redes. En una realizacion alternativa, un conmutador optico puede estar dispuesto operativamente entre las salidas del grupo de redes y la entrada de detector de senal. De esta manera la radiacion procedente de uno o mas de las salidas del grupo de redes puede ser conectada a la entrada del detector de senal o desconectada de ella.
Una fuente de radiacion electromagnetica puede estar prevista para irradiar impulsos discretos de radiacion a traves de la salida Nesima de la red hacia un extremo de las fibras opticas para transmision al espacio libre. De esta manera el sistema es capaz de irradiar radiacion electromagnetica a traves de uno de los extremos de las fibras opticas asf como de recibir radiacion electromagnetica para el detector de senal.
Al menos dos de las salidas del grupo de redes pueden incluir una fuente respectiva de radiacion electromagnetica dispuesta para irradiar impulsos discretos de radiacion a traves de sus salidas respectivas del grupo de redes hacia un extremo de las fibras opticas para transmision al espacio libre, y cada fuente de radiacion electromagnetica esta prevista de modo que puede producir sus impulsos discretos de radiacion con diferentes caractensticas. Las diferentes caractensticas podnan, por ejemplo, ser direccion, temporizacion, longitud de onda, o formato de modulacion.
De acuerdo con otro aspecto del invento, se ha proporcionado un sistema de tratamiento de senales electromagneticas que comprende una pluralidad de redes de fibra optica (1....N) teniendo cada red de fibra optica un haz de fibras opticas con uno de sus extremos orientados para transmitir radiacion electromagnetica al espacio libre y conectado secuencialmente para recibir la radiacion electromagnetica desde su entrada de red respectiva, en el que cada entrada de red esta conectada opticamente a la entrada de red subsiguiente a traves de al menos un retardo optico y la entrada Nesima de la red esta conectada a una fuente de radiacion electromagnetica.
La pluralidad de redes de fibra optica (1....N) puede estar dispuesta como un grupo de redes, comprendiendo la entrada Nesima de la red la entrada del grupo de redes, y el sistema comprende preferiblemente una pluralidad de tales grupos de redes. Las entradas del grupo de redes pueden estar conectadas en serie por retardos opticos respectivos a la fuente de radiacion electromagnetica. Alternativamente, la entrada del grupo de redes de una red puede estar conectada a una entrada a otro grupo de redes. En el ultimo caso, la conexion de la entrada del grupo de redes desde un grupo de redes a la entrada al otro grupo de redes puede ser a traves de un retardo optico. En otra realizacion alternativa un conmutador optico puede estar dispuesto operativamente entre las entradas del grupo de redes y la fuente de radiacion electromagnetica.
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Al menos uno de los retardos opticos es preferiblemente proporcionado por una longitud de fibra optica. De hecho todos los retardos opticos pueden tener la forma de longitudes de fibra optica. Sin embargo, puede ser utilizada cualquier forma conveniente de retardo optico, sujeta, desde luego, a los parametros operativos del sistema de tratamiento de senales electromagneticas. Por ejemplo, pueden preverse dispositivos de retardo optico utilizando la tecnologfa informada en 'Catch de wave' ("Coge de la Onda"), publicado el 5 de junio de 1999 en New Scientist vol. 162, numero 2189, pagina 28 o en 'Variable semiconductor all-optical buffer' ("Memoria tampon totalmente optica de semiconductor variable") por P. C Ku. C J Chang-Hasnain y S L Chuang publicado el 21 noviembre de 2002 en Electronics Letters Vol. 38 N° 24, paginas 158 -1583.
El invento sera descrito a continuacion, por medio de un ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La fig. 1 es un diagrama de un estado del sistema de tratamiento de senales electromagneticas de la tecnica.
La fig. 2 es un diagrama que ilustra un sistema de tratamiento de senales electromagneticas de dos etapas ensenado por el presente invento.
La fig. 3 es un diagrama que ilustra una modificacion en el sistema de la fig. 2.
La fig. 4 es un diagrama que ilustra un sistema de tratamiento de senales electromagneticas de tres etapas ensenado por el presente invento.
La fig. 5 muestra una modificacion en el sistema de la fig. 4 para permitir que el sistema irradie radiacion electromagnetica.
La fig. 6 ilustra una modificacion del sistema mostrado en la fig. 5. La fig. 7 es un diagrama que ilustra una modificacion del sistema mostrado en la fig. 4.
La fig. 8 es un diagrama de un sistema de tratamiento de senales electromagneticas que tiene tres etapas ensenado por el presente invento, y
La fig. 9 es un diagrama que ilustra otro sistema de tratamiento de senales electromagneticas de tres etapas ensenado por el presente invento.
En la fig. 1 un sistema 10 de tratamiento de senales electronicas comprende seis redes individuales 11, 12, 13, 14, 15 y 16 de fibras opticas que estan previstas para recibir radiacion electromagnetica procedente del espacio libre y tienen salidas respectivas 21,22, 23, 24, 25 y 26 de redes conectadas a detectores respectivos 31,32, 33, 34, 35 y 36 de senal.
Cada red 11, 12, 13, 14, 15 y 16 de fibras opticas comprende un haz de nueve fibras opticas. Un extremo de cada fibra esta representado por los pequenos drculos 40, estando situado cada conjunto de nueve fibras positivamente en posiciones relativas predeterminadas en placas respectivas 41, 42, 43, 44, 45 y 46 de redes que, durante su uso estanan montadas cada una para mirar en una direccion desde la cual puede ser recibida una senal electromagnetica desde el espacio libre. Aunque las placas 41, 42, 43, 44, 45 y 46 de redes estan todas mostradas como rectangulares con las nueve fibras opticas 40 dispuestas equiespaciadas en una matriz de 3 x 3, cada placa 41, 42, 43, 44, 45 y 46 de redes puede ser de cualquier forma conveniente y su haz de fibras opticas puede ser cualquier numero dispuesto de cualquier manera adecuada para recibir radiacion electromagnetica. Las placas de redes pueden mirar bien en una misma direccion o pueden estar orientadas para recibir radiacion electromagnetica procedente de diferentes direcciones. En lugar de estar montadas en las placas de redes, las fibras opticas pueden estar montadas directamente a traves de cualquier estructura de soporte conveniente.
Cada haz de fibras opticas 40 esta conectado operativamente a la salida respectiva 21, 22, 23, 24, 25 y 26 de red por ejemplo en una de las disposiciones secuenciales mostrada por el documento WO 02/29436. Cualquier radiacion electromagnetica recibida a traves de un extremo de cualquiera de las fibras opticas 40 sera por ello transmitida al detector de senal respectivo 31, 32, 33, 34, 35 y 36 para identificacion y/o tratamiento.
En los dibujos, las redes 11, 12, 13, 14, 15 y 16 de fibras opticas estan representadas de una manera simplificada estando dibujadas las tres fibras opticas 40 solamente para la columna de la derecha. Debena comprenderse que la totalidad de las nueve fibras opticas 40 de cada red de fibras opticas estan conectadas secuencialmente a la salida de red respectiva de manera que haya un retardo de tiempo integrado entre la transmision por cada fibra optica 40. De esta manera el detector de senal respectivo 31, 32, 33, 34, 35 y 36 es capaz de identificar la fibra optica desde la que es recibida una senal electromagnetica.
El estado de la tecnica, como se ha descrito con referencia a la fig. 1, muestra el uso de multiples redes 11, 12, 13, 14, 15 y 16 de fibras opticas que reciben senales electromagneticas procedentes del espacio libre y las transmites, a traves de fibras opticas y de las salidas respectivas 21, 22, 23, 24, 25 y 26 de las redes al detector de senal respectivo 31, 32, 33, 34, 35 y 36. Esta forma de sistema de tratamiento de senales electromagneticas requiere la prevision de un numero significativo de detectores de senal (seis detectores de senal en la fig. 1) e incurre en una penalizacion de coste y de
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peso junto con la necesidad de evaluar y coordinar la informacion averiguada a partir de las senales electromagneticas por los multiples detectores.
Con referencia a la fig. 2, las redes de fibras opticas son de la misma construccion como se ha descrito en la fig. 1, pero las redes 11, 12 y 13 de fibras opticas estan dispuestas en un grupo A de redes con sus salidas 21, 22 y 23 de red secuencialmente conectadas por retardos opticos 50 y 51 una salida de empalme 52 para transmitir senales electromagneticas a una entrada 53 de un unico detector de senal 54.
De esta manera, la transmision al detector 54 de senal de una senal electromagnetica recibida por el retardo 11 de fibra optica, sera retardada tanto por el retardo optico 50 como por el retardo optico 51, mientras que cualquier senal electromagnetica recibida por la red 12 de fibras opticas sera retardada por el retardo optico 51. Consecuentemente, el detector 54 recibira una cascada secuencial de senales, siendo recibido un primer conjunto por la red 13 de fibras opticas, siendo recibido el segundo conjunto por la red 12 de fibras opticas pero retardadas por el retardo optico 51, y siendo recibido el tercer conjunto por la red 11 de fibras opticas y siendo retardado por los retardos opticos 50 y 51. Siendo en cascada la recepcion de senales electromagneticas de esta manera, el detector de senal 54 es capaz de discriminar entre senales electromagneticas recibidas por las tres redes 11, 12 y 13 de fibras opticas.
A partir de la fig. 2 se observara que las redes 14, 15 y 16 de fibras opticas estan dispuestas como un segundo grupo B de redes con sus salidas 24, 25 y 26 de red secuencialmente conectadas por retardos opticos 55 y 56 a una salida de empalme 57 para transmitir senales electromagneticas a una entrada 58 de un detector 59 de senal.
El Grupo B de redes es por ello un duplicado del Grupo A de redes y funciona exactamente de la misma manera. Los retardos opticos 50, 51, 55 y 56 habilitan solamente dos detectores 54 y 59 de senal para tratar todas las senales electromagneticas recibidas procedentes de las seis redes 11, 12, 13, 14, 15 y 16 de fibras opticas. Las lmeas verticales discontinuas indican que el sistema esta formado en dos etapas, siendo la primera etapa las seis redes de fibras opticas que comprenden el estado de la tecnica como se ha mostrado en la fig. 1, siendo la segunda etapa las cuatro lmeas de retardo 50, 51, 55 y 56. La prevision de la segunda etapa reduce el numero de detectores de senal requeridos. El numero de redes de fibras opticas que forman un grupo (tal como el Grupo A o el Grupo B) puede ser incrementado o disminuido segun se desee dentro de las capacidades del detector 54, 59 de senal asociado.
Aunque la fig. 2 muestra la disposicion de lmeas de retardo 50, 51, 55 y 56 en la segunda etapa, pueden ser utilizadas otras etapas de lmeas de retardo. De hecho podna ser utilizado un gran numero de etapas, diez o mas.
Los numeros de referencia utilizados en la descripcion de la fig. 2 seran utilizados en las figs. 3 - 9 para indicar componentes equivalentes que tienen funciones equivalentes excepto como se ha descrito a continuacion.
La fig. 3 ilustra el uso de un conmutador optico 60 para seleccionar la conexion de las salidas de empalme 52 y 57 a una entrada 61 de un unico detector de senal 62, siendo el conmutador optico 60 operativo para conectar el detector de senal 62 bien a la fibra optica 63 (como se ha mostrado) para recibir senales electromagneticas procedentes del Grupo A, o bien a la fibra optica 64 para recibir senales procedentes del Grupo B.
La fig. 4 ilustra la adicion de una tercera etapa que comprende un retardo optico 65 que conecta las salidas 66 y 67 del grupo de redes secuencialmente a una entrada 68 a un unico detector 69. El retardo optico 65 es elegido de tal modo que las senales procedentes del grupo A alcanzaran el detector de senal 69 despues de las senales del grupo B.
La fig. 5 es una modificacion del sistema recien descrito con referencia a la fig. 4, comprendiendo la modificacion la incorporacion de dos fuertes 71 y 72 de radiacion electromagnetica de manera que la fuente 71 pueda irradiar radiacion electromagnetica a traves de las redes de fibras opticas del Grupo A hacia unos extremos de las fibras opticas 40 que transmiten la radiacion electromagnetica al espacio libre, y la fuente 72 puede irradiar radiacion electromagnetica a traves de las redes de fibras opticas del Grupo B hacia unos extremos de las fibras opticas 40 que tambien transmitiran la radiacion electromagnetica al espacio libre. De esta manera, las salidas 21, 22, 23, 24, 25 y 26 de red resultan entradas de redes y los distintos retardos de tiempo en los Grupos A y B codifican la radiacion electromagnetica transmitida al espacio libre. Cuando las fuentes de radiacion 71 y 72 son utilizadas en conjuncion con un detector de radiacion 69 como se ha mostrado, existe el beneficio de que solo la region que el detector esta viendo sera iluminada.
La fig. 6 ilustra una modificacion del sistema mostrado en la fig. 5 de manera que solamente una fuente 73 de radiacion electromagnetica es requerida para transmitir radiacion electromagnetica al espacio libre a traves de todas las redes de fibras opticas de los Grupos A y B. Se observara que la entrada 68 al detector de senal 69 sirve adicionalmente como salida desde la fuente 73, las salidas 66 y 67 del grupo de redes resultan entradas del grupo de redes desde la fuente 73 de radiacion electromagnetica, y el retardo optico 65 funciona para retardar la transmision de radiacion electromagnetica a la entrada 66 del grupo de redes al Grupo A.
La fig. 7 ilustra diagramaticamente como el retardo optico 65 de la fig. 4 puede ser reemplazado por un retardo optico 74 mucho mas largo para aumentar el retardo de tiempo entre las senales transmitidas por las salidas 66 y 67 del grupo de redes. El retardo de tiempo incrementado separa "paquetes" de datos, en el tiempo, procedentes de cada red de fibras opticas en una cantidad tan grande que se impiden las ambiguedades en la informacion recibida por el detector de senal 69.
En la fig. 8 un retardo optico 75 de la tercera etapa esta posicionado para interconectar las salidas 66 del grupo de redes del Grupo A a una entrada 76 al Grupo B de redes de manera que la senal procedente de la salida 66 del grupo de redes es retardada por el sistema optico completo del grupo B. De esta manera, las senales de salida procedentes de los seis grupos de fibra optica 11, 12, 13, 14, l5, y 16 estan en cascada en la entrada 68 al detector de senal 69, siendo utilizado 5 el retardo optico 75 para habilitar al detector de senal 69 para diferenciar entre las senales del Grupo Ay B. La alimentacion de salidas procedentes de grupos anteriores de nuevo a las entradas de grupos posteriores es posible porque toda la radiacion procedente de la etapa anterior sale aproximadamente al mismo tiempo.
La fig. 9 muestra que, en lugar de tener lmeas de retardo optico que alimentan una a otra, las etapas podnan tener lmeas de retardo individuales de diferentes longitudes para conseguir los mismos objetivos. Asf se vera que las salidas 21 y 22 10 de la red de las redes 11 y 12 de fibras opticas estan conectadas en paralelo por lmeas de retardo optico respectivas 60 y 61 a la salida 66 del grupo de redes. Similarmente, las salidas 24 y 25 de la red de las redes 14 y 15 de fibra optica estan conectadas en paralelo a la salida 67 del grupo de redes del Grupo B por lmeas de retardo 82 y 83. Esta disposicion reduce el numero de acopladores de fibra requeridos pero aumenta la longitud de la fibra optica necesaria.
A pesar de la conexion en paralelo de las lmeas 80 y 81 de retardo optico a la salida 66 del grupo de redes, las salidas 15 21, 22 y 23 de red estan conectadas para transmitir radiacion electromagnetica en secuencia a la salida 66 del grupo de
redes, siendo conseguida esta secuencia por los diferentes retardos causados por las lmeas 80 y 81 de retardo optico. De manera similar, las lmeas 82 y 83 de retardo optico aseguran que las salidas 24, 25 y 26 de la red estan conectadas para transmitir radiacion electromagnetica en secuencia a la salida 67 del grupo de redes.
El sistema de la fig. 9 puede ser variado reemplazando las lmeas 81, 82, 83 y 84 de retardo optico con procesadores 20 opticos que estan dispuestos para etiquetar las senales electromagneticas antes de la llegada a las salidas 66, 67 del grupo de redes. De esta manera el detector de senal 69 es habilitado para distinguir las senales procedentes de cada una de las redes de fibra 11, 12, 13, 14, 15 y 16.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, que comprende una pluralidad de redes de fibras opticas (1....N), teniendo cada red de fibras opticas un haz de fibras opticas con uno de sus extremos orientado para recibir radiacion electromagnetica procedente del espacio libre y conectadas secuencialmente para transmitir la radiacion electromagnetica a su salida de red respectiva, en el que cada salida de red esta conectada opticamente a la salida de red subsiguiente a traves de al menos un retardo optico y la Nesima salida de red esta conectada a una entrada del detector de senal.
  2. 2. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 1, que comprende ademas otro retardo optico entre la salida de la red Nesima y la entrada del detector de senal.
  3. 3. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la pluralidad de redes de fibra optica (1....N) estan dispuestas como un grupo de redes, comprendiendo la Nesima salida de red la salida del grupo de redes, y en que el sistema comprende una pluralidad de tales grupos de redes.
  4. 4. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 3, en el que las salidas de grupo de redes estan conectadas en serie por retardos opticos respectivos a la entrada del detector de senal.
  5. 5. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 3, en el que la salida de grupo de redes de un grupo de redes esta conectada a una entrada a otro grupo de redes.
  6. 6. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 5, en el que la conexion de la salida de grupo de redes desde un grupo de redes a la entrada al otro grupo de redes se hace a traves de un retardo optico.
  7. 7. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 3, en el que un conmutador optico esta dispuesto operativamente entre las salidas de grupo de redes y la entrada del detector de senal de tal modo que una radiacion procedente de una o mas de las salidas de grupo de redes puede ser conectada a, o desconectada de, la entrada del detector de senal.
  8. 8. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun cualquier reivindicacion precedente, que incluye una fuente de radiacion electromagnetica prevista para irradiar impulsos discretos de radiacion a traves de la salida Nesima de la red hacia un extremo de las fibras opticas para transmision al espacio libre.
  9. 9. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 3, en el que al menos dos de las salidas de grupo de redes incluyen una fuente respectiva de radiacion electromagnetica dispuesta para irradiar impulsos discretos de radiacion a traves de sus salidas respectivas de grupo de redes hacia un extremo de las fibras opticas para transmision al espacio libre, y cada fuente de radiacion electromagnetica esta prevista de modo que puede producir sus impulsos discretos de radiacion con diferentes caractensticas.
  10. 10. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun cualquier reivindicacion precedente, en el que al menos uno de los retardos opticos es proporcionado por una longitud de fibra optica.
  11. 11. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, que comprende una pluralidad de redes de fibras opticas (1....N), teniendo cada red de fibra optica un haz de fibras opticas con uno de sus extremos orientado para transmitir radiacion electromagnetica al espacio libre y conectado secuencialmente para recibir la radiacion electromagnetica desde su entrada de red respectiva, en el que cada entrada de red esta conectada opticamente a la entrada de red subsiguiente a traves de al menos un retardo optico y la entrada Nesima de red esta conectada a una fuente de radiacion electromagnetica.
  12. 12. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 11, en el que la pluralidad de redes de fibras opticas (1....N) estan dispuestas como un grupo de redes, comprendiendo la entrada Nesima de red la entrada de grupo de redes, y en el que el sistema comprende una pluralidad de tales grupos de redes.
  13. 13. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 12, en el que las entradas de grupo de redes estan conectadas en serie por retardos opticos respectivos a la fuente de radiacion electromagnetica.
  14. 14. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 12, en el que la entrada de grupo de redes de un grupo de redes esta conectada a una entrada de otro grupo de redes.
  15. 15. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun la reivindicacion 14, en el que la conexion de la entrada de grupo de redes de un grupo de redes a la entrada del otro grupo de redes es a traves de un retardo optico.
  16. 16. Un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que al menos uno de los retardos opticos es proporcionado por una longitud de fibra optica.
  17. 17. Un radar de laser que incluye un sistema de tratamiento de senales electromagneticas, segun cualquier reivindicacion precedente.
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