ES2954238T3 - Procedimiento y dispositivo de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método (1) para reconstruir una onda vectorial electromagnética retrodispersada en todo o parte de una fibra óptica (106), que comprende: - una etapa (200) de inyectar una señal luminosa de frecuencia v0 o v0+vA en el fibra óptica (106), - una etapa (300) de detección heterodina óptica resuelta por polarización que comprende la generación de al menos dos señales de luz retrodispersadas polarizadas ortogonalmente, que producen un latido preferiblemente de frecuencia vA, - una etapa (400) de conversión, mediante al menos un fotodetector (203), señales de luz retrodispersadas polarizadas ortogonalmente en señales analógicas iniciales, - una etapa (500) de detección eléctrica homodina, mediante un demodulador IQ (211, 302), para generar señales analógicas demoduladas I (I1, I2) y Q (Q1, Q2), y - una etapa (600) de reconstrucción, mediante un módulo de procesamiento (209), de la onda vectorial electromagnética retrodispersada en toda o parte de la fibra óptica (106). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada

La invención se refiere al campo de las mediciones distribuidas por fibra óptica y, más particularmente, a la reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada. La invención se refiere a un procedimiento de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica. La invención se refiere además a un dispositivo de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada. La invención se refiere igualmente a un procedimiento de medición optoelectrónica que utiliza una onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida según la invención.

[Técnica anterior]

Los sensores de fibra óptica distribuidos se utilizan para medir influencias ambientales tales como la presión, la temperatura, el movimiento mecánico o incluso las vibraciones en diversas aplicaciones que incluyen el control de las condiciones en pozos petrolíferos, de gas y otros pozos, el control de estructuras tales como tuberías, edificios y puentes, la vigilancia acústica para la seguridad perimetral, así como la adquisición sísmica. Estas técnicas de vigilancia utilizan, por ejemplo, mediciones distribuidas por fibra óptica.

El principio básico de las mediciones distribuidas por fibra óptica consiste en disparar un pulso de luz láser en un extremo de la fibra óptica, y recoger después la luz retrodispersada que regresa de la fibra óptica. La luz retrodispersada se recoge y analiza para correlacionar las características de la luz retrodispersada recogida (intensidad luminosa), longitud de onda, fase...) con un fenómeno físico aplicado a la fibra óptica y el tiempo de recorrido de la luz retrodispersada recogida en la posición del fenómeno físico.

No obstante, en los sistemas de detección distribuida por fibra óptica, se produce una atenuación o incluso un desvanecimiento de la señal (denominado "fading" en inglés), lo que provoca una pérdida de información y una incapacidad para analizar la medición.

El desvanecimiento es una consecuencia de las interferencias debidas al fenómeno ondulatorio de las ondas electromagnéticas que constituyen el pulso de láser y a la adición de ondas electromagnéticas retrodispersadas de la misma longitud de onda y coherentes entre sí (es decir, con una relación de fase constante). El fenómeno de desvanecimiento depende, por tanto, de la longitud de onda (o frecuencia óptica), de la fase y de la polarización. El resultado es una distribución aleatoria de zonas de señal fuerte (interferencias constructivas) y de señal débil (interferencias destructivas) a lo largo de la fibra óptica.

La calidad de la extracción de un valor de fase dependerá entonces de la atenuación o incluso del desvanecimiento de la señal en la fibra óptica. En efecto, las zonas de señal débil dificultarán la extracción de la fase y, por tanto, el análisis de las influencias ambientales. Se han desarrollado técnicas basadas en la diversidad de frecuencia o de fase para atenuar el efecto del desvanecimiento y mejorar la calidad de la medición de fase.

Por ejemplo, puede utilizarse un método ilustrado en el documento WO2013/066654 basado en un sistema OTDR de detección coherente para extraer la información de fase de una señal de retrodispersión. Este método comprende varios impulsos de interrogación de diferentes frecuencias lanzados en la fibra óptica, y requiere un sistema de detección heterodino. Ahora bien, la implementación de varios impulsos de interrogación de diferentes frecuencias hace que el esquema de interrogación y detección sea más complejo y requiere además la aplicación de un criterio de selectividad.

Otro método divulgado en el documento "Phase-sensitive OTDR System based on digital coherant détection", Pan et al., Asia Communication and Photonics, vol. 8311, 83110S, 2011, se basa en cambiar parcialmente la fase de cada segundo pulso. La detección heterodina no varía con respecto a una detección heterodina convencional, pero los impulsos con fases diferentes deben procesarse de forma independiente, lo que aumenta el tiempo y la dificultad de análisis de la señal retrodispersada. Además, el ruido de la fuente láser se convierte en un factor de ruido abrumador para medir la fase. De este modo, la fuente de ruido es demasiado grande para medir la fase de manera precisa y fiable.

Otro enfoque, expuesto en el documento US9009003, consiste en diversificar la detección en polarización, ya sea en un esquema con dos polarizaciones ortogonales o con tres polarizaciones a 60° entre sí. Las diferentes polarizaciones pueden tratarse de forma independiente, y aplicarse un criterio de selectividad, o combinarse. En el primer caso, la información siempre es parcial. En el segundo caso, se recupera la amplitud total y se suprime el efecto de desvanecimiento inducido por la polarización, pero la información de fase se pierde al calcular la amplitud.

Otro método ilustrado en el documento WO2010/045286 consiste en la detección óptica heterodina resuelta en polarización que se ha desarrollado tal como se ilustra en la Figura 1. Para ello, una señal luminosa procedente de una fuente luminosa 101 a una frecuencia v0 se envía a un acoplador óptico 102. La señal luminosa se divide en dos caminos separados, hacia un oscilador local 107 de frecuencia v0 y hacia una fibra óptica 106 que se va a ensayar. Por este camino, la potencia óptica se aumenta y controla mediante un amplificador óptico 103. A continuación, un modulador acústico-óptico 104 permite generar un tren de impulsos de duración y frecuencia de repetición definidas.

La frecuencia óptica se desplaza así en un valor igual a la frecuencia heterodina elegida. El tren de impulsos así generado y amplificado se envía a la fibra 106 a través de un circulador óptico 105. La onda electromagnética retrodispersada por la fibra tipo Rayleigh que se va a ensayar 106 se recupera utilizando el mismo circulador óptico 105 y se guía hacia un acoplador/divisor de polarización 108. Se mezcla con la onda electromagnética procedente del oscilador local 107 y se separa en dos polarizaciones ortogonales 109 y 110. La mezcla obtenida contiene una componente espectral en la frecuencia heterodina cuya amplitud y fase dependen de las de la onda retrodispersada. Los fotodetectores 111 convierten entonces la información electromagnética en información eléctrica. La señal eléctrica así obtenida puede ser enviada directamente a un sistema de conversión analógica/digital y adquisición 112 para extraer digitalmente la información de amplitud y fase de la componente heterodina. Sin embargo, esto requiere un muestreo importante, con el fin de resolver suficientemente la señal en la frecuencia heterodina, así como disponer de suficiente potencia de cálculo para una extracción digital de la fase. Además, la utilización del acoplador para recombinar la señal del oscilador local y la señal retrodispersada implica una pérdida de la mitad de la señal y, por tanto, una disminución de la calidad de la extracción. La utilización de un divisor de polarización para una medición cuantitativa resuelta en polarización implica que el oscilador local tiene una polarización lineal a 45° con respecto a los ejes del divisor de polarización. Esta polarización debe seleccionarse y permanecer estable en el tiempo, lo que representa un inconveniente para la calidad de las mediciones. También puede utilizarse un sistema analógico de extracción de la amplitud y la fase entre los fotodetectores y el sistema de adquisición, para evitar la extracción digital. Aunque se basa en la detección óptica heterodina resuelta en polarización, el método presentado no permite rastrear los parámetros completos de la onda, es decir, el comportamiento espacial y temporal del campo eléctrico de la onda retrodispersada por una fibra óptica. Asimismo, la utilización de la información recogida por el dispositivo no se utiliza para disminuir o eliminar el efecto de desvanecimiento.

De este modo, existe una necesidad de nuevos métodos o dispositivos que permitan optimizar la extracción de las propiedades de una onda electromagnética retrodispersada reduciendo al mismo tiempo el efecto de desvanecimiento, permitiendo así aprovechar al máximo la información de la onda electromagnética retrodispersada.

[Problema técnico]

El objetivo de la invención es, por tanto, remediar los inconvenientes de la técnica anterior. En particular, el objetivo de la invención es proponer un procedimiento de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada, siendo dicho procedimiento sencillo y permitiendo acceder a la totalidad de la onda electromagnética y optimizar la extracción de sus propiedades, reduciendo al mismo tiempo el efecto de desvanecimiento. El procedimiento permite además identificar una variación de uno o varios parámetros externos que actúan sobre el comportamiento de la onda electromagnética.

La invención tiene por objeto además proporcionar un dispositivo de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica, permitiendo dicho dispositivo la reconstrucción completa de una onda electromagnética vectorial retrodispersada y el acceso al conjunto de sus propiedades características, permitiendo a la vez atenuar el fenómeno de desvanecimiento.

[Breve descripción de la invención]

Para ello, la invención se refiere a un procedimiento de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica, comprendiendo dicho procedimiento:

- Una etapa de inyección de una señal luminosa de frecuencia v⁰ o v⁰ + va en la fibra óptica,

- Una etapa de detección óptica heterodina resuelta en polarización que comprende la generación, por un medio de separación óptica y a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada y de una onda electromagnética procedente de un oscilador local, de al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, produciendo un latido, preferentemente de frecuencia va,

- Una etapa de conversión, por al menos uno, preferentemente al menos dos, fotodetectores, de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales,

- Una etapa de detección eléctrica homodina, mediante un desmodulador IQ, permitiendo la desmodulación de tipo IQ de cada una de las señales analógicas iniciales, a fin de generar las señales analógicas desmoduladas I y Q para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, y

- Una etapa de reconstrucción, por un módulo de procesamiento, de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas.

Dicho procedimiento permite reconstruir una onda electromagnética vectorial retrodispersada y proporcionar así un acceso completo, simultáneo y en tiempo real a las propiedades que la caracterizan (amplitud, fase, estado y grados de polarización, dinámica vectorial). A continuación, se pueden analizar las características de dicha onda electromagnética vectorial retrodispersada para caracterizar mejor su medio de propagación, es decir, las variaciones del índice, del camino óptico, de la birrefringencia, de la dispersión modal de polarización, y esto distribuido por toda la fibra óptica o parte de ella. Además, dicho procedimiento ayuda a mitigar el fenómeno de desvanecimiento. El procedimiento permite igualmente facilitar el análisis de las mediciones distribuidas por fibra óptica y presenta la ventaja de ser barato. Además, no se aplica ningún criterio de selectividad, la información de fase se conserva para que pueda ser utilizada.

De este modo, el procedimiento permite una reconstrucción y un análisis precisos sin necesidad de un muestreo importante ni de disponer de una gran potencia de cálculo.

La utilización de un oscilador local idéntico para la detección óptica heterodina y de una señal de referencia idéntica para la desmodulación eléctrica IQ permite un procesamiento sincronizado en el tiempo, en paralelo y en combinación con las dos polarizaciones ortogonales. Su relación se conserva en todos los aspectos.

Según otras características opcionales del procedimiento:

- comprende una etapa de desfase de una parte de las señales luminosas retrodispersadas, de una parte de las señales analógicas iniciales o de una señal analógica de referencia a la frecuencia va. Esto permite reducir el ruido y mejorar la calidad de las mediciones. Además, esto permite acceder a la amplitud compleja o a la fase y la amplitud.

- la etapa de detección eléctrica homodina comprende una desmodulación a la frecuencia va por el desmodulador IQ. La detección eléctrica homodina permite una desmodulación de tipo IQ. La desmodulación eléctrica IQ a la frecuencia vApermite reducir el ruido y mejorar la calidad de las mediciones accediendo directamente a la amplitud compleja de las señales desmoduladas y adquiriéndolas a una frecuencia de muestreo reducida.

- comprende una etapa de cálculo de la amplitud compleja a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas.

- la etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada comprende una etapa de cálculo de la fase y/o de la amplitud en la totalidad o en parte de la fibra óptica y para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica en función de los valores de las amplitudes complejas determinados a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas. La realización de esta subetapa de cálculo proporciona por tanto la posibilidad de reconstruir rápidamente la onda electromagnética vectorial retrodispersada.

- comprende una etapa de cálculo de los valores de la fase y la amplitud a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas.

- la etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada comprende una etapa de cálculo de la amplitud compleja en la totalidad o en parte de la fibra óptica y para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica en función de los valores de amplitud y fase calculados a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas.

- comprende el cálculo de una amplitud máxima que comprende la identificación de un ángulo óptimo asociado a la amplitud máxima para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica, correspondiendo dicho ángulo óptimo al ángulo que presenta la amplitud máxima más elevada entre las amplitudes de una pluralidad de ángulos correspondientes a los ejes de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica. La realización de esta subetapa de cálculo proporciona por tanto la posibilidad de reconstruir rápidamente la onda electromagnética vectorial retrodispersada. Además, esto permite acceder a uno o varios parámetros de interés de la onda electromagnética vectorial retrodispersada.

- comprende una etapa de detección de un parámetro de interés, preferentemente de la onda electromagnética vectorial retrodispersada. Esto permite caracterizar la onda electromagnética vectorial retrodispersada. Además, esto permite igualmente caracterizar las influencias ambientales que pueden afectar a la fibra óptica.

- la etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada comprende una etapa de cálculo, en una pluralidad de puntos de la totalidad o parte de la fibra óptica, de la amplitud de la señal para una pluralidad de ángulos. Esto permite acceder a la amplitud máxima de la señal en una pluralidad de puntos de la fibra óptica, permitiendo la amplitud máxima acceder a una información poco o nada afectada por los fenómenos de desvanecimiento. De forma más general, dicha etapa permite acceder al estado de polarización.

- comprende una etapa de identificación de un eje óptico principal de la señal luminosa retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica a partir de un cálculo de amplitud máxima, preferentemente de la amplitud de la señal calculada para una pluralidad de ángulos. Esto permite el acceso al eje óptico principal y, por tanto, atenuar el efecto del desvanecimiento. En efecto, el eje óptico principal de la señal luminosa retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica corresponde a los ejes que permiten una amplitud máxima de la señal para una pluralidad de puntos en la totalidad o en parte de la fibra óptica. Al proyectar la amplitud compleja sobre el eje principal, se elimina el efecto de desvanecimiento inducido por la polarización al tiempo que se conserva la información de fase.

- comprende una etapa de modulación de la señal luminosa mediante un modulador, antes de la etapa de inyección en la fibra óptica, permitiendo dicha modulación un desplazamiento de la frecuencia de la señal luminosa en un valor igual a va. Esto permite diferenciar entre las diferentes señales procedentes de la retrodispersión o del oscilador local.

- comprende una etapa de amplificación intermedia de la señal eléctrica procedente del modulador a la frecuencia de modulación ^va, por ejemplo, por un amplificador. Esto permite mejorar la sensibilidad del resultado.

- comprende una etapa de filtrado analógico, por ejemplo, mediante al menos un filtro de paso bajo, que permite suprimir las frecuencias de las señales analógicas superiores a un umbral predeterminado. Esto permite disminuir el ruido en torno a la frecuencia va.

Según otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de medición optoelectrónica en un sistema de detección acústica distribuida que comprende una reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica según la invención y una medición de una deformación y/o de una variación de temperatura en la totalidad o en parte de la fibra óptica en función de la onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida. Esto permite acceder a información sobre las influencias ambientales en la fibra de diversas maneras. En efecto, gracias a la invención, cualquier tensión, deformación o variación de la temperatura o incluso de la presión, por ejemplo, pueden detectarse y analizarse.

Según otras características opcionales del procedimiento, comprende una medición de una deformación y/o de una variación de temperatura en la totalidad o en parte de la fibra óptica en un eje óptico principal preferentemente reconstruido.

Según otro aspecto, la invención se refiere a un dispositivo de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica, comprendiendo dicho dispositivo:

- Una fuente luminosa configurada para generar una señal luminosa de frecuencia V0, adecuada para su inyección en la fibra óptica,

- Un medio de separación óptica configurado para generar al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, produciendo un latido, preferentemente de frecuencia ^va, a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada y de una onda electromagnética procedente de un oscilador local,

- Al menos uno, preferentemente al menos dos, fotodetectores, configurados para convertir las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales,

- Un desmodulador IQ dispuesto para realizar una detección eléctrica homodina, que permite una desmodulación de tipo IQ en cada una de las señales analógicas iniciales a fin de generar las señales analógicas desmoduladas I y Q para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, y

- Un módulo de procesamiento configurado para reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica a partir de las señales analógicas desmoduladas I y Q generadas.

Dicho dispositivo según la invención permite reconstruir completamente la onda electromagnética retrodispersada en una fibra óptica cuando se inyecta un pulso en la misma. El medio de separación óptica está ventajosamente configurado para realizar una detección óptica heterodina resuelta en polarización. El dispositivo que permite la reconstrucción de una onda electromagnética extrae simultáneamente la amplitud compleja o la amplitud y la fase para dos polarizaciones ortogonales de la onda electromagnética retrodispersada. El acceso a la onda electromagnética vectorial permite disponer de todas sus características, lo que abre unas vías hasta ahora inaccesibles para analizar la señal retrodispersada. En particular, al reconstruir la onda electromagnética retrodispersada, el efecto de desvanecimiento inducido por la polarización puede eliminarse por completo y, sobre todo, se conserva la información de fase, permitiendo así su utilización. Las amplitudes complejas adquiridas por el dispositivo que contienen la información de amplitud y de fase de las dos polarizaciones ortogonales adquiridas por el dispositivo se combinan y no se procesan por separado para proporcionar una información de fase y de amplitud de la onda en la que se suprime el efecto de desvanecimiento inducido por la polarización. De este modo, no se impone ningún criterio de selectividad, la atenuación del fenómeno de desvanecimiento depende por completo de las propiedades físicas de la onda electromagnética guiada por la fibra óptica. Además, el dispositivo presenta la ventaja de ser menos complejo que los sistemas que utilizan una diversidad de frecuencias ópticas para atenuar el efecto de desvanecimiento.

Otras ventajas y características de la invención resultarán evidentes tras la lectura de la siguiente descripción, que se proporciona a modo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las Figuras anexas:

la [Fig. 1] representa un esquema de un dispositivo según la técnica anterior de un sistema de medición distribuida basado en la retrodispersión Rayleigh que utiliza la detección óptica heterodina resuelta en polarización y un análisis digital de la amplitud y la fase.

la [Fig. 2] representa un esquema de un dispositivo según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 3] representa un esquema de un dispositivo según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 4] representa un esquema de un dispositivo según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 5] representa un esquema de un procedimiento según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 6] representa un esquema de un procedimiento según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 7] representa un esquema de un modo de realización de una detección eléctrica homodina según la invención. la [Fig. 8] representa un esquema de una etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 9] representa un esquema de un ejemplo de una onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida. la [Fig. 10] representa la variación del ángulo del eje principal de la onda electromagnética retrodispersada en función de la distancia de la fibra óptica durante la propagación de un pulso en dicha fibra óptica.

la [Fig. 11] representa un esquema de un procedimiento de medición optoelectrónica según un modo de realización de la invención.

la [Fig. 12] representa una comparación de las etapas de cálculo de la amplitud y la fase según diferentes modos de realización de la invención (A, B) en comparación con el estado de la técnica (C).

la [Fig. 13] representa un esquema que ilustra una mejora en la calidad de la señal obtenida al utilizar el eje óptico principal según un procedimiento de la invención en comparación con la utilización de un eje fijo según la técnica anterior.

Los aspectos de la presente invención se describen con referencia a diagramas de flujo y/o diagramas de bloques de procedimientos, aparatos (sistemas) según los modos de realización de la invención.

En las figuras, los diagramas de flujo y los diagramas de bloques ilustran la arquitectura, la funcionalidad y el funcionamiento de las posibles implementaciones de sistemas, de procedimientos según diversos modos de realización de la presente invención. A este respecto, cada bloque de los diagramas de flujo o de bloques puede representar un sistema, un dispositivo, un módulo o un código, que comprende una o varias instrucciones ejecutables para implementar la o las funciones lógicas especificadas. En ciertas implementaciones, las funciones asociadas a los bloques pueden aparecer en un orden diferente al que se indica en las figuras. Por ejemplo, dos bloques mostrados en sucesión pueden, de hecho, ser ejecutados de forma sustancialmente simultánea, o a veces los bloques pueden ser ejecutados en orden inverso, en función de la funcionalidad implicada. Cada bloque de los diagramas esquemáticos y/o del diagrama de flujo, y las combinaciones de bloques de los diagramas esquemáticos y/o del diagrama de flujo, pueden implementarse mediante sistemas materiales especiales que ejecuten las funciones o acciones especificadas o lleven a cabo combinaciones de material especial e instrucciones informáticas.

Por otro lado, los bloques punteados corresponden a etapas opcionales.

[Descripción de la invención]

En lo sucesivo en la descripción, la expresión "onda electromagnética vectorial retrodispersada" en el sentido de la invención corresponde a la onda electromagnética retrodispersada por un material en el que se propaga, tal como una fibra óptica definida por el comportamiento espacial y temporal de su campo eléctrico (su orientación espacial), su amplitud y su fase).

El término "reconstrucción" en el sentido de la invención corresponde al cálculo de las características de amplitud y de fase de la onda electromagnética vectorial retrodispersada cualquiera que sea el eje de polarización, y preferentemente para cualquier eje de polarización.

Se entiende por "en su totalidad o en parte", en el sentido de la invención, una parte de la fibra óptica o el conjunto de la fibra óptica. De este modo, en el ámbito de las mediciones distribuidas, éstas pueden estar distribuidas a lo largo de la fibra óptica o sobre una o varias porciones de la fibra óptica, pero igualmente puede tratarse de una medición distribuida sobre una pluralidad de puntos dentro de la fibra óptica. Preferentemente, no se trata de una medida puntual.

Se entiende por "señal luminosa", en el sentido de la invención, una onda electromagnética de frecuencia fija o variable, de intensidad fija o variable, libre o guiada. Preferentemente, se trata de una señal guiada en una fibra óptica. El término "inyección", en el sentido de la invención, corresponde a la introducción de una señal luminosa en una fibra óptica, por ejemplo.

El término "retrodispersada" o "retrodispersión", en el sentido de la invención, corresponde a la fracción de la onda incidente que es devuelta en la dirección de emisión de la onda incidente. Se trata de una retrodispersión de una partícula, una desviación de la radiación debida a la dispersión por el material en ángulos superiores a 90° con respecto a su dirección de emisión.

Se entiende por "señales luminosas de polarización ortogonal", en el sentido de la invención, las señales luminosas para las que el producto escalar de los dos vectores JONES que representan el estado de polarización de estas señales luminosas es igual a cero, en otras palabras, las señales luminosas cuyo estado de polarización, representado respectivamente por dos vectores E1 y E2, están polarizadas ortogonalmente si E1*. E2 = 0, donde * es el operador de transposición conjugada.

La expresión "señal analógica", en el sentido de la invención, corresponde a una señal que presenta una magnitud física y que varía de forma continua. Por ejemplo, al convertir una señal óptica en una señal eléctrica, dicha señal eléctrica es entonces una señal analógica.

Se entiende por "señal digital", en el sentido de la invención, particularmente un conjunto de magnitudes físicas o de datos representados mediante caracteres codificados en los que la información está representada por un número finito de valores discretos bien determinados, tal que una de sus características puede tomar tiempo.

Se entiende por "una parte de la señal" una fracción del conjunto de la señal, por ejemplo, la mitad de la señal.

La expresión "detección homodina", en el sentido de la invención, corresponde a una detección que permite extraer características tales como la amplitud y la fase de una señal que oscila a una determinada frecuencia por comparación con una oscilación de referencia de la misma frecuencia. La comparación se realiza generalmente por multiplicación con un oscilador local que presenta una forma idéntica a la forma de la señal oscilante. La señal se lleva así a la banda de base (frecuencia nula). En general, homodina corresponde a una frecuencia única, por posición a las frecuencias dobles (detección heterodina).

La expresión "detección heterodina", en el sentido de la invención, corresponde a una detección basada en la mezcla de la señal luminosa retrodispersada con una señal luminosa de referencia, por ejemplo, la señal luminosa de un oscilador local. La detección heterodina permite desplazar en frecuencia el espectro de frecuencias que compone una señal. La detección heterodina permite, por ejemplo, llevar una señal de alta frecuencia hacia una frecuencia más baja. Para llevar una señal a una frecuencia más baja, esta señal puede mezclarse con una señal conocida de un oscilador local, la frecuencia obtenida es entonces la diferencia entre el oscilador local y la señal estudiada.

Se entiende por "modulación", el sentido de la invención, la acción de hacer variar una señal para modificar su amplitud, su fase, su frecuencia en el tiempo.

El término "desmodulación", en el sentido de la invención, corresponde a un método de análisis de una señal inicial que permite separar una señal de interés de la oscilación que modula. Se dice que una desmodulación es "de tipo IQ" cuando comprende una desmodulación en fase y una desmodulación en cuadratura de fase.

La expresión "amplitud compleja", en el sentido de la invención, corresponde a la amplitud de una señal tal que está compuesta por una parte real y una parte imaginaria.

La expresión "parte real e imaginaria", en el sentido de la invención, corresponde a cada parte de una señal compleja. Se trata de una representación en un plano complejo, donde la parte real se proyecta sobre el eje real y la parte imaginaria sobre el eje imaginario, correspondiendo entonces el argumento a la fase y el módulo a la amplitud. La utilización de una señal compleja simplifica los cálculos.

Se entiende por "desfase", la diferencia de fase en el origen de las señales estudiadas. El desfase está comprendido generalmente entre n y -n y se considera un retraso en la variación de una señal con respecto a otra, a la misma frecuencia.

La expresión "multiplicada en fase", en el sentido de la invención, corresponde a la mezcla de la señal procedente de un modulador con la señal analógica.

La expresión "multiplicada en cuadratura de fase", en el sentido de la invención, corresponde, por oposición a "multiplicada en fase", a la mezcla de la señal procedente de un modulador con la señal analógica, estando la relación de fase entre ambas desfasada únicamente 90° o pi/2 radianes con respecto a la "multiplicación en fase".

La expresión "umbral predeterminado", en el sentido de la invención, corresponde a un valor determinado por encima o por debajo del cual se filtran las frecuencias. Se trata de un valor límite y corresponde generalmente a un valor de frecuencia por encima del cual se elimina una cantidad máxima de ruido conservando la señal de interés.

Se entiende por "tensión", en el sentido de la invención, una fuerza aplicada a un material o un cuerpo. Esta fuerza puede ejercerse mediante una torsión, una tracción, un empuje o cualquier otra fuerza que provoque una "deformación" o un desplazamiento del material o del cuerpo sobre el que se ejerce.

El término "deformación", en el sentido de la invención, corresponde a un cambio de forma o dimensión de un material o de un cuerpo sin sobrepasar el límite de rotura del material o del cuerpo en cuestión. Por ejemplo, una deformación en el sentido de la invención tiende a estirar o comprimir un material o un cuerpo sometido a una fuerza, y particularmente en forma de una tensión.

La expresión "eje óptico principal", en el sentido de la invención, corresponde al eje óptico sobre el cual la amplitud de la proyección de la onda electromagnética es máxima en el interior de una fibra óptica. El eje principal es aquel en el que la señal presenta una amplitud máxima, es decir, superior al conjunto de las demás amplitudes de señal en el mismo tramo de fibra óptica. Es el eje principal de la elipse formada por el campo eléctrico de la onda electromagnética en una posición dada de la fibra, definiendo la elipse el estado de polarización de la onda electromagnética. De este modo, en el sentido de la presente invención, el eje óptico principal varía a lo largo de la fibra óptica de forma que siempre se corresponde con el eje en el que la señal, en este punto de la fibra óptica, presentará una amplitud máxima.

La expresión "eje de proyección", en el sentido de la invención, corresponde al eje a lo largo del cual oscilará el campo eléctrico, es decir, donde es posible observar la oscilación del campo eléctrico.

Se entiende por "estado de polarización", en el sentido de la invención, la forma definida por el movimiento de la orientación del campo eléctrico en el plano de sección perpendicular a la propagación de la onda electromagnética. El estado de polarización puede ser entonces rectilíneo, elipsoidal o circular.

Se entiende por "detección de un parámetro" o por "parámetros de interés", en el sentido de la invención, una o varias características de la onda electromagnética vectorial retrodispersada, tales como amplitud, fase, estado y grados de polarización, dinámica vectorial, variaciones del índice, del camino óptico, de la birrefringencia, de la dispersión modal de polarización.

Se entiende por "acoplada", en el sentido de la invención, mezclar, por ejemplo, sumar o multiplicar, dos señales entre sí.

En lo sucesivo en la descripción, se utilizan las mismas referencias para designar los mismos elementos.

Se sabe que durante una medición por fibra óptica se producen diversos efectos ópticos, en particular, la retrodispersión Brillouin, Raman y Rayleigh, y cada una de estas técnicas presenta unas características diferentes que permiten determinar diferentes influencias ambientales, en diferentes escalas temporales. Los parámetros ambientales de la fibra óptica que pueden medirse mediante una técnica de medición distribuida por fibra óptica basada en la retrodispersión están relacionados con los comportamientos de la onda electromagnética vectorial retrodispersada. Por otro lado, los parámetros ambientales de la fibra óptica actualmente medibles mediante una técnica de medición distribuida por fibra óptica basada en la retrodispersión Rayleigh están directa y linealmente relacionados con la fase de la onda electromagnética retrodispersada. De este modo, para determinar cuantitativamente una influencia ambiental basada en la retrodispersión de Rayleigh, la calidad de la medición depende directamente de la capacidad de extraer correctamente la fase de la onda electromagnética retrodispersada.

En la actualidad, el estudio de las influencias ambientales mediante la medición distribuida por fibra óptica está limitado por el fenómeno de desvanecimiento. El fenómeno de desvanecimiento hace que la extracción de fase sea más compleja, y por tanto, la calidad de las mediciones y, por extensión, el estudio de las influencias ambientales.

Por ello, los inventores han desarrollado un procedimiento y un dispositivo que permite reconstruir una onda electromagnética vectorial; permitiendo la reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada suprimir el efecto de desvanecimiento inducido por la polarización.

La invención se describirá en el contexto de una retrodispersión de tipo Rayleigh en una fibra óptica, no obstante, no se limita a una fibra óptica y puede ser implementada por cualquier medio capaz de guiar una onda luminosa.

La Figura 2 esquematiza un dispositivo de reconstrucción 3 de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica 106.

En particular, la onda electromagnética vectorial retrodispersada puede reconstruirse a partir de una señal luminosa retrodispersada en una fibra óptica 106.

Además, la señal luminosa retrodispersada puede corresponder preferentemente a una señal de retrodispersión de tipo Rayleigh.

Una fibra óptica 106 según la invención puede corresponder a cualquier tipo de fibra óptica configurada para propagar y guiar una señal luminosa. Preferentemente, una fibra óptica según la invención es una fibra óptica de sílice para telecomunicaciones. Ventajosamente, una fibra óptica de sílice reduce las pérdidas durante la propagación de la onda luminosa en la fibra óptica. Opcionalmente, una fibra óptica 106 puede corresponder a una fibra modificada para aumentar el proceso de retrodispersión. Por ejemplo, pueden utilizarse fibras "mejoradas". Estas fibras presentan la particularidad de aumentar la retrodispersión aumentando las impurezas de la fibra o inscribiendo en su interior redes de Bragg para aumentar la reflexión de la luz.

Un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender una fuente luminosa 101. La fuente luminosa 101 está configurada para generar una señal luminosa. La señal luminosa presenta, por ejemplo, una frecuencia vq. La señal luminosa es susceptible de ser inyectada en la fibra óptica 106.

Una fuente luminosa 101 puede ser una fuente óptica continua con un único pulso óptico o una discontinua que comprende varios pulsos ópticos (denominada igualmente "pulse" en inglés). Preferentemente, la fuente luminosa es continua.

Una fuente luminosa 101 según la invención puede ser una fuente de banda estrecha tal como un láser de fibra de realimentación distribuida (que generalmente proporciona el espectro de láser más estrecho disponible para el que la longitud de onda de emisión puede seleccionarse en una amplia gama), un láser DFB ("Distributed FeedBack' en inglés), que utiliza una red de Bragg, o un láser de cavidad externa (ECL, External Cavity Laseren inglés). La longitud de onda de emisión Aü es preferentemente igual o sustancialmente igual a 1550 nm, a la frecuencia correspondiente V⁰. La línea de la onda luminosa emitida está centrada en la longitud de onda de emisión A^ü y tiene una gran longitud de coherencia.

La fuente luminosa 101, por ejemplo, un láser, emite una señal luminosa moderadamente potente, normalmente del orden de 20 mW, en una fibra óptica 106.

La fuente luminosa 101 emite una señal luminosa que posee un estado de polarización lineal.

Opcionalmente, puede utilizarse un dispositivo que permite hacer que el estado de polarización sea lineal.

Un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender un acoplador óptico 102, preferentemente un acoplador óptico 102 que mantiene la polarización. Un acoplador 102 que mantiene la polarización está configurado para dividir la señal luminosa procedente de la fuente luminosa 101 en dos señales de idéntica frecuencia distribuidas en dos brazos. El primer brazo orienta una parte de la señal luminosa a frecuencia vo hacia un oscilador local 107. El oscilador local está compuesto por una fibra que mantiene la polarización. El segundo brazo orienta la otra parte de la señal luminosa a la frecuencia vo hacia la fibra óptica 106 conservando el estado de polarización inicial de la fuente luminosa 101.

Ventajosamente, la utilización de un acoplador que mantiene la polarización 102 y de una fibra que mantiene la polarización en el oscilador local permite mantener la polarización saliente de la fuente luminosa. Se mejora la estabilidad de polarización del oscilador local. Esto sirve de referencia, particularmente durante la separación de polarización, su estabilidad es crucial para la calidad de la señal.

Un acoplador 102 puede corresponder a un conector, espejo, lente, ensamblaje de fibras ópticas (por ejemplo, basado en la fusión de una sección de dos fibras ópticas) que permite orientar la señal luminosa en una dirección deseada. Puede tratarse de cualquier medio, preferentemente óptico, configurado para dividir y dirigir la señal luminosa conservando su estado de polarización.

Un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender un amplificador óptico 103. El amplificador está configurado para amplificar la señal. En particular, está configurado para aumentar y controlar la potencia de la señal.

Un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender un modulador óptico 104. El modulador es preferentemente un modulador acústico-óptico. Preferentemente, el modulador óptico puede disponerse a continuación del amplificador óptico. El modulador está configurado para generar un tren de impulsos con una duración y una frecuencia de repetición predeterminadas. En la fibra óptica 106 pueden transmitirse múltiples pulsos ópticos, se pueden enviar múltiples pulsos ópticos simultáneamente o en diferentes momentos. Los pulsos ópticos múltiples pueden tener diferentes frecuencias, polarizaciones y duraciones.

La frecuencia vo se desplaza con respecto a la señal luminosa de la fuente luminosa 101 en un valor igual a, o un múltiplo entero de, el valor de frecuencia predeterminado del modulador. Además, la frecuencia vo también puede desplazarse con respecto a la señal luminosa procedente de la fuente luminosa 101 en un valor igual a -^va. Preferentemente, el valor de frecuencia del modulador 104 corresponde a un valor de frecuencia igual a va. De este modo, como se muestra en la figura 2, se proporciona una frecuencia ^va siguiendo una señal de control para el modulador 104. El pulso puede ser disparado por una subunidad de control del pulso de disparo. El pulso óptico así extraído del modulador 104 se desplaza así también en frecuencia con respecto a la entrada de la señal luminosa en el modulador 104 desde la fuente luminosa 101, y también con respecto a la señal del oscilador local en el primer brazo.

El modulador 104 es preferentemente capaz de imponer un desplazamiento de frecuencia de al menos 10 MHz a la señal continua y transformarla en una señal pulsada destinada a ser inyectada en una fibra óptica. La señal procedente del modulador comprende una componente continua de frecuencia v⁰, transformada en una componente pulsada de frecuencia vo va. El modulador 1ü4 es capaz de generar una señal pulsada que presenta una frecuencia desfasada con respecto a la frecuencia de la señal luminosa continua. El desplazamiento de frecuencia ^va aplicado a dicha frecuencia desplazada puede ser mayor o igual a 10 MHz. La frecuencia ^va es la frecuencia natural del modulador y suele ser mayor o igual a 10 MHz y menor o igual a 1 GHz, preferentemente sustancialmente igual a 200 MHz. La anchura temporal del pulso así generado puede estar comprendida, por ejemplo, entre 10 ns y 500 ns, preferentemente sustancialmente igual a 20 ns.

Como variante, el desplazamiento de frecuencia puede implementarse en la trayectoria del oscilador local 107.

También pueden utilizarse otros mecanismos de creación de pulsos y de desplazamiento de frecuencia, tales como moduladores electroópticos o una combinación de moduladores electroópticos y moduladores electroacústicos. El desplazamiento de frecuencia, aunque no es estrictamente necesario, es práctico porque también permite distinguir las señales resultantes de la combinación de las señales reflejadas y del oscilador local de la luz procedente únicamente de la trayectoria del oscilador local o de la señal retrodispersada.

Esto permite igualmente medir la fase óptica relativa de diversas señales de forma apropiada en el dominio eléctrico.

Opcionalmente, puede implementarse un disparador para determinar el momento en el que debe generarse el siguiente pulso por parte del modulador 104. El modulador óptico 104 permite así disminuir los efectos de las interferencias intrapulso y, por tanto, el ruido. Esta característica es particularmente ventajosa cuando se desea un seguimiento por retrodispersión Rayleigh.

Ventajosamente, a la salida del modulador 104, la señal luminosa, preferentemente de frecuencia v⁰ + va se dirige hacia un circulador.

Preferentemente, también se inyecta una señal eléctrica de frecuencia va, preferentemente de forma continua, en el modulador, y orientada hacia un amplificador 204. Esta señal permite servir de referencia a la frecuencia ^va.

Un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender un circulador óptico 105. Preferentemente, el circulador óptico 105 está dispuesto a continuación del modulador 104. El circulador óptico 105 está configurado para recibir la señal luminosa, por ejemplo, procedente del acoplador 102, del modulador 104 o del amplificador 103, preferentemente a una frecuencia igual a v⁰ + ^va. Además, el circulador óptico 105 está configurado para inyectar la señal luminosa en la fibra óptica 106. Por último, el circulador óptico 105 está configurado para recoger la retrodispersión, preferentemente de Rayleigh, procedente de la fibra óptica 106. En efecto, la señal, que tiene una frecuencia v⁰ o v⁰ + va, se inyecta en la fibra óptica, que genera en sentido contrario, una señal de retrodispersión (por ejemplo, Rayleigh) en respuesta al pulso. La señal de retrodispersión Rayleigh tiene una frecuencia v⁰ o v⁰ + ^va. La señal de retrodispersión se separa de la luz de avance para ser dirigida hacia un medio de separación óptica 202,303.

De este modo, un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención comprende un medio de acoplamiento/división óptico 202. El medio de acoplamiento/división óptico 202 está configurado preferentemente para acoplar la onda electromagnética procedente del oscilador local 107 a una frecuencia v⁰ + va o v⁰ con la señal de retrodispersión Rayleigh procedente de la fibra óptica a una frecuencia v⁰ o v⁰ + ^va. El medio de acoplamiento/división óptico 202 también está configurado para generar al menos dos señales luminosas retrodispersadas con polarizaciones ortogonales a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada. Dichas al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal presentan una frecuencia, por ejemplo, de v⁰ + va, preferentemente, un latido a una frecuencia va.

Al ser las frecuencias procedentes del oscilador local 107 y de la señal de retrodispersión Rayleigh diferentes, un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención comprende una detección óptica heterodina resuelta en polarización 201.

Un medio de acoplamiento/división óptico 202 puede corresponder a un acoplador divisor, un acoplador divisor de polarización, a un hibridador de 90°, a un hibridador de 180°. Preferentemente, en este modo de realización, el medio de acoplamiento/división óptico puede corresponder a un hibridador de 180°. La polarización del oscilador local se mantiene y se fija a 45° con respecto a los ejes del divisor de polarización, lo que permite resolver en polarización de manera cuantitativa.

En otro modo de realización, la señal óptica de retrodispersión se combina primero con la señal luminosa procedente del oscilador local 107 para formar una señal combinada. Un divisor de haz de polarización en el medio de división óptica divide entonces la señal combinada en al menos dos partes de señal que tienen polarizaciones diferentes (por ejemplo, polarizaciones ortogonales).

Ventajosamente, este medio de separación óptica permite atenuar los desvanecimientos por polarización (es decir, el debilitamiento de la señal cuando las polarizaciones de la señal de retrodispersión y de la señal del oscilador local no son idénticas).

Y lo que es más importante, en ciertos casos, las dos polarizaciones pueden llevar información diferente. Este es particularmente el caso cuando se aplican influencias asimétricas a la fibra, tales como una fuerza lateral, que tiende a actuar para hacer variar la diferencia de velocidad de propagación entre los dos modos de polarización de la fibra (es decir, modifica la birrefringencia de la fibra).

El medio de separación óptica está entonces configurado preferentemente para orientar una primera parte de señal correspondiente a una primera polarización hacia un primer fotodetector 203, y una segunda parte de señal correspondiente a una segunda polarización diferente se suministra a un segundo fotodetector 203.

De este modo, un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención comprende al menos un fotodetector 203, preferentemente, al menos dos fotodetectores 203. Dicho o dichos fotodetectores están configurados para convertir las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales. Una señal analógica inicial procedente del fotodetector presenta preferentemente una frecuencia va.

Un fotodetector 203 puede corresponder a un fotodetector equilibrado, fotodiodos, fotodiodos de avalancha.

Preferentemente, la utilización de un hibridador de 180° con fotodetectores equilibrados permite suprimir las pérdidas asociadas al acoplador divisor.

Ventajosamente, cada señal analógica inicial procedente de dichas al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal es una señal eléctrica orientada hacia un desmodulador eléctrico IQ.

De este modo, un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención comprende un desmodulador IQ 211,302. El desmodulador IQ está dispuesto para realizar una detección eléctrica homodina en cada una de las señales analógicas iniciales. Por ejemplo, puede configurarse para realizar una detección eléctrica homodina en la frecuencia ^va mezclando las señales analógicas iniciales detectadas para cada una de las polarizaciones con señales analógicas de referencia que tengan una frecuencia ^va.

En particular, permite generar señales analógicas desmoduladas I y Q para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal.

Preferentemente, permite generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q(Q1,Q2) para cada una de las señales analógicas iniciales. Ventajosamente, puede configurarse un desmodulador IQ para realizar un desfase de una parte de las señales luminosas retrodispersadas, de una parte de las señales analógicas iniciales o de una señal analógica de referencia a la frecuencia va.

De forma más preferida, y como se explicará con más detalle más adelante, un desmodulador IQ según la invención está dispuesto de forma que realice una multiplicación en fase y una multiplicación en cuadratura de fase de las señales analógicas procedentes de cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal con una señal de referencia. De este modo, como se explicará con más detalle más adelante, una parte de las señales luminosas retrodispersadas, una parte de las señales analógicas iniciales o la señal analógica de referencia de frecuencia vA pueden pasar a través de un desfasador.

El desmodulador IQ puede comprender al menos un mezclador eléctrico 205. Preferentemente, el desmodulador IQ comprende dos mezcladores eléctricos 205 para cada señal analógica inicial. De este modo, en un modo de realización, una señal analógica inicial procedente de una de las al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal es orientada hacia un sexto brazo que comprende un mezclador eléctrico 205 y hacia un séptimo brazo que comprende igualmente un mezclador eléctrico 205.

La señal analógica inicial procedente de una de las al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal puede mezclarse, mediante un mezclador eléctrico 205, con una señal analógica de referencia. Preferentemente, la señal analógica de referencia procede del modulador 104 a una frecuencia ^va. Opcionalmente, la señal de referencia puede generarse a partir de una fuente externa.

No obstante, antes de ser mezclada con una señal analógica inicial, una señal analógica de referencia puede atravesar varios componentes configurados para modificar sus propiedades.

Por ejemplo, una señal analógica de referencia puede ser dirigida previamente a un amplificador intermedio 204. El amplificador intermedio 204 es preferentemente ajustable. Además, el amplificador intermedio permite amplificar el resultado de la señal y aumentar la sensibilidad.

Además, una señal analógica de referencia, procedente del amplificador intermedio 204 o directamente del modulador, puede ser dirigida igualmente hacia un desfasador 206 tal como se ilustra en la figura 2.

De este modo, el desmodulador IQ puede comprender un desfasador 206. El desfasador está configurado para desfasar la señal incidente. Un desfasador 206 puede corresponder a un desfasador de 90°, es decir, que desfasa la señal incidente en 90°.

Como se ilustra en la figura 2, el desfasador 206 desfasa la fase de la señal analógica de referencia 90° antes de que sea dirigida hacia un mezclador 205 dispuesto para mezclarla con una señal analógica inicial. La señal analógica inicial procedente de una de las al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal puede mezclarse entonces con una señal analógica de referencia desfasada procedente del desfasador 206 mediante el mezclador eléctrico 205, tal como se ilustra en la figura 2.

Según un modo de realización particular de la presente invención, ilustrado en la figura 3, el desmodulador IQ puede comprender al menos un desfasador 206 configurado para desfasar una señal analógica inicial en 90° antes de que sea dirigida hacia un mezclador 205 dispuesto para mezclarla con una señal analógica de referencia.

En la figura 4 se ilustra otro ejemplo de un dispositivo de reconstrucción 3. En este modo de realización, un medio de separación óptica 303 es preferentemente un hibridador de 90°. Dicho hibridador está configurado además para generar directa y ópticamente, la señal en fase I y en cuadratura de fase Q entre el oscilador local y la señal de cada polarización ortogonal. El uso de un hibridador de 90° con fotodetectores equilibrados permite suprimir las pérdidas asociadas al divisor de colores.

En este modo de realización, una primera parte de señal que tiene una primera polarización se suministra a un primer detector 203 y a un segundo detector en cuadratura de fase con respecto a este último. La segunda parte de la señal con una segunda polarización diferente es suministrada a un tercer detector 203 y a un cuarto detector en cuadratura de fase con respecto a este último.

Por otro lado, en este modo de realización no es necesario un desfasador eléctrico (206). Las señales analógicas en fase y en cuadratura de fase procedentes de los detectores 203 se mezclan directamente con la señal procedente del modulador 104. La señal procedente del modulador 104 también puede amplificarse mediante un amplificador intermedio 204.

De este modo, los mezcladores eléctricos 205 que funcionan a la frecuencia heterodina mezclan las señales analógicas iniciales detectadas para cada una de las polarizaciones con señales analógicas de referencia, en fase o en cuadratura de fase (es decir, obtenidas mediante un desfasador 206). Alternativamente, como se ha descrito anteriormente, los mezcladores eléctricos 205 que funcionan a la frecuencia heterodina mezclan las señales analógicas iniciales en fase o en cuadratura de fase para cada una de las polarizaciones (es decir, obtenidas mediante un desfasador 206 o directamente mediante un hibridador, tal como se ilustra en la figura 4, con una señal analógica de referencia. La señal de interés, preferentemente a la frecuencia heterodina ^va, se lleva así a la banda de base en fase I y en cuadratura de fase Q con respecto al oscilador local para cada una de las polarizaciones detectadas.

El desmodulador IQ puede comprender igualmente al menos un filtro 207. Preferentemente, el desmodulador IQ comprende un filtro 207 para cada señal en fase y en cuadratura de fase. Se puede utilizar un filtro 207 para seleccionar una banda de frecuencias por encima de la frecuencia nula.

Un filtro está configurado para filtrar la señal de interés a la frecuencia heterodina en la banda de base.

Un filtro según la invención puede corresponder a un filtro de paso bajo, un filtro de paso de banda o un filtro de paso alto. Preferentemente, se trata de un filtro de paso bajo.

Filtros, preferentemente de paso bajo, que permite obtener la envolvente compleja de la señal correspondiente a la onda electromagnética vectorial retrodispersada para cada una de las dos polarizaciones ortogonales.

A diferencia de un montaje heterodino convencional, la señal de interés no se procesa en torno a una frecuencia portadora. De este modo, la obtención de la envolvente de la señal permite un reprocesamiento digital acelerado.

De este modo, como ya se ha descrito, el desmodulador IQ puede comprender un sistema de adquisición 208. El sistema de adquisición 208 está configurado para convertir la o las señales analógicas en una señal digital.

El sistema de adquisición está configurado para recibir las señales en fase y en cuadratura de fase que llevan información de amplitud y de fase para cada una de las dos polarizaciones ortogonales.

Opcionalmente, puede utilizarse una sincronización para disparar las tarjetas de adquisición con cada pulso luminoso generado por el modulador e inyectado en la fibra óptica. El sistema de adquisición puede estar configurado igualmente para muestrear las señales entrantes con el fin de adquirir la información de fase a partir de las mismas.

El desmodulador IQ permite una detección eléctrica homodina para proporcionar una desmodulación de tipo IQ en cada una de las señales analógicas iniciales, para generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Qs) para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, preferentemente, las señales analógicas iniciales correspondientes a las dos polarizaciones ortogonales.

Estas señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) pueden utilizarse para calcular una señal compleja (l+jQ) que comprenderá toda la información necesaria para la reconstrucción de la señal real. En efecto, al estar el desmodulador IQ configurado para realizar una multiplicación en fase y en cuadratura de fase, la señal se divide en dos componentes ortogonales vinculadas por una relación trigonométrica. Una parte de la señal en fase es cosenoidal, mientras que la otra parte de la señal en cuadratura de fase es sinusoidal. De este modo, estas dos partes de la misma señal se independizan entre sí, de modo que la señal en fase corresponde a la parte real de la señal compleja y la señal en cuadratura de fase corresponde a la parte imaginaria de la señal compleja. De este modo, el sistema de adquisición permite determinar la amplitud compleja (l+jQ) para cada una de las dos polarizaciones ortogonales. Esto permite calcular con mayor fiabilidad la fase y la amplitud de la señal retrodispersada y limitar así la atenuación o el desvanecimiento de la señal.

Como veremos en los ejemplos de procesamiento, a diferencia de un sistema basado en la desmodulación homodina IQ puramente óptica, los ruidos de baja frecuencia se filtran en la mayoría de los casos utilizando una frecuencia portadora y una detección eléctrica.

Además, la adquisición en paralelo de la amplitud compleja (l+jQ) en las dos polarizaciones ortogonales mediante desmodulación IQ permite la reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada de un pulso que se propaga en toda la fibra óptica o en parte de la fibra óptica.

Por otro lado, las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) pueden utilizarse para calcular los valores de fase y de amplitud, lo que permitirá acceder a toda la información necesaria para la reconstrucción de la señal real.

Para ello, un dispositivo de reconstrucción 3 según la invención puede comprender un módulo de procesamiento 209. El módulo de procesamiento está configurado para reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica 106 en función de los valores de amplitud compleja (l+jQ) determinados, o de los valores de fase y amplitud. En efecto, una relación matemática, permite determinar la onda electromagnética vectorial retrodispersada en función de los valores de amplitud compleja (l+jQ) determinados a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas. Una relación matemática permite igualmente calcular los valores de las amplitudes complejas a partir de los valores de fase y de amplitud.

Ventajosamente, el módulo de procesamiento está configurado para identificar ejes ópticos a lo largo de toda o parte de la longitud de la fibra óptica, correspondientes a las amplitudes máximas detectadas. Las amplitudes máximas pueden ser determinadas mediante cálculo matemático a partir de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) determinados. Igualmente, los valores de fase pueden ser calculados a partir de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) determinados. El efecto de desvanecimiento inducido por la polarización se suprime totalmente y, sobre todo, se conserva la información de fase, permitiendo así su utilización. De este modo, el módulo de procesamiento 209 es capaz de reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada y así, por ejemplo, calcular un eje óptico principal sobre una parte o a lo largo de la fibra óptica.

Al acceder a la onda electromagnética total, podemos optimizar la extracción de sus propiedades.

Las amplitudes complejas que contienen la información de amplitud y de fase de las dos polarizaciones ortogonales adquiridas por el sistema se combinan y no se procesan por separado para proporcionar y utilizar una única amplitud compleja de interés en función de la posición del pulso luminoso en la fibra.

El dispositivo de reconstrucción 3 permite beneficiarse de las ventajas, y particularmente de la precisión de una desmodulación digital, evitando al mismo tiempo la necesidad de muestrear la frecuencia con una resolución suficiente y de disponer de una potencia de cálculo suficiente para una extracción de fase digital.

Según otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de reconstrucción 1 de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica 106, tal como se ilustra en las figuras 5 y 6.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención comprende una etapa 200 de inyección de una señal luminosa en la fibra óptica 106, preferentemente de frecuencia v0 ^va. La frecuencia v0 ^va se obtiene preferentemente por un desplazamiento de frecuencia de una señal luminosa de frecuencia v0. El desplazamiento de frecuencia puede realizarse mediante un modulador 104. Además, la señal luminosa de frecuencia v0 puede ser generada por una fuente luminosa 101.

Alternativamente, el procedimiento puede comprender una etapa de inyección 200 de una señal luminosa de frecuencia v0 en la fibra óptica 106. En este caso, es la señal luminosa que es orientada hacia un oscilador local 107 que presenta una frecuencia v0 ^va.

De este modo, el procedimiento puede incluir una etapa de separación de la señal luminosa procedente de la fuente luminosa. La etapa de separación puede realizarse mediante un acoplador óptico que mantiene la polarización 102. La señal luminosa se divide en dos partes de frecuencia idéntica v0. La señal es orientada hacia dos caminos separados. Una parte de la señal luminosa es orientada hacia un amplificador 103 y la otra parte de la señal luminosa es orientada hacia un oscilador local 107.

Un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de amplificación 210 de la señal luminosa. Esta etapa es implementada por un amplificador 103. La etapa de amplificación aumenta y controla la potencia óptica de la señal luminosa antes de la inyección de la señal luminosa en la fibra óptica 106.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención puede comprender una etapa de modulación 220 de la señal luminosa. La modulación puede ser realizada mediante un modulador 104. Preferentemente, la modulación se realiza antes de la etapa de inyección 200 en la fibra óptica 106. La modulación puede permitir un desplazamiento de la frecuencia de la señal luminosa en un valor igual a va. La frecuencia resultante de la modulación puede desplazarse (hacia arriba o hacia abajo) con respecto a la frecuencia de la señal luminosa procedente de la fuente luminosa. La modulación puede comprender la generación de diferentes pulsos de frecuencia con una duración y una frecuencia de repetición predeterminadas.

La señal luminosa modulada se inyecta en la fibra óptica, lo que genera una señal de retrodispersión Rayleigh.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención puede comprender una etapa de detección óptica 300 heterodina resuelta en polarización. Ventajosamente, esta etapa de detección óptica 300 implica la generación de al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, que producen un latido, preferentemente de frecuencia va. En particular, esta generación puede realizarse por un medio de separación óptica y a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada y de una onda electromagnética procedente de un oscilador local. La señal luminosa retrodispersada de frecuencia v0 o v0 ^va se acopla entonces con la señal luminosa procedente del oscilador local 107 a una frecuencia v0 o v0 ^va. El acoplamiento de las frecuencias v0 y v0 ^va permite que dichas al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal presenten preferentemente una frecuencia va.

Además, cuando la señal de retrodispersión se mezcla con la señal procedente del oscilador local, las señales se combinan para proporcionar una diferencia de frecuencia que conserva tanto la amplitud como la información de fase de la señal de retrodispersión, siempre que el oscilador local tenga una intensidad constante y una banda suficientemente estrecha. Las señales del oscilador local y de retrodispersión tienen frecuencias diferentes, la etapa puede corresponder, por tanto, a una detección óptica heterodina.

La detección heterodina consiste en recombinar la señal retrodispersada que se va a analizar con la señal luminosa del oscilador local 107, teniendo los dos unas frecuencias diferentes.

Como se ha descrito hasta ahora, la ventaja de la detección heterodina es la mejora de la relación señal/ruido, así como una mejora del rango dinámico, ya que la señal heterodina es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad de la retrodispersión.

Además, la etapa de generación permite separar la mezcla de señales en dos polarizaciones ortogonales. Esto atenúa los desvanecimientos por polarización y el debilitamiento de la señal cuando las polarizaciones de la señal de retrodispersión y la señal del oscilador local no son idénticas.

Las señales luminosas de retrodispersión de polarización ortogonal son dirigidas hacia, al menos, dos detectores separados 203, una para cada una de las polarizaciones ortogonales.

Opcionalmente, las señales luminosas de retrodispersión de polarización ortogonal pueden ser dirigidas hacia cuatro detectores separados 203.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención puede comprender una etapa de conversión 400, de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales. Preferentemente, esta etapa se realiza mediante al menos un fotodetector 203.

Esto permite generar señales eléctricas que comprenden la información de la señal retrodispersada. A continuación, cada señal analógica inicial correspondiente a una de las señales luminosas de polarización ortogonal es dirigida hacia una etapa de detección eléctrica homodina 500.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención puede comprender una etapa de detección eléctrica homodina 500. Esta etapa se realiza preferentemente mediante un desmodulador IQ que permite una desmodulación de tipo IQ en cada una de las señales analógicas iniciales. En la figura 7 se ilustra una etapa de detección homodina según un modo de realización de la invención. Esta detección eléctrica homodina puede realizarse a la frecuencia va mezclando las señales analógicas iniciales detectadas para cada una de las polarizaciones con señales analógicas de referencia que tengan una frecuencia ^va.

La etapa de detección eléctrica homodina 500 permite generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal.

Cada señal analógica correspondiente a una de las señales luminosas de polarización ortogonal se divide en dos partes antes de ser orientada hacia una etapa de mezcla 525.

Ventajosamente, la etapa de mezcla 525 permite una multiplicación en fase y una multiplicación en cuadratura de fase de las señales analógicas procedentes de cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal con una señal de referencia.

De este modo, un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de desfase 520 de una parte de las señales luminosas retrodispersadas, de una parte de las señales analógicas iniciales o de una parte de la señal analógica de referencia.

Según un modo de realización particular de la invención, la etapa de desmodulación IQ puede comprender una etapa de desfase de una parte de una señal analógica de referencia a frecuencia va. Preferentemente, esta señal, preferentemente eléctrica, procede del modulador 104.

A continuación, se desfasa una única parte de la señal analógica de referencia a la frecuencia va y se multiplica entonces con cada una de las señales analógicas retrodispersadas iniciales, tal como se ilustra en la figura 2. Este modo de realización presenta la ventaja de utilizar un fotodiodo equilibrado por polarizaciones detectadas y una desmodulación eléctrica IQ basada en el desfase de la señal de referencia de frecuencia ^va procedente del modulador, cuyas propiedades permanecen constantes en el tiempo.

Según otro modo de realización particular de la invención, la etapa de desmodulación IQ puede comprender una etapa de desfase de una parte de las señales analógicas iniciales, preferentemente correspondiente a una señal luminosa retrodispersada, y, a continuación, una multiplicación con una señal analógica de referencia. De manera preferente, se desfasa una única parte de cada señal analógica inicial correspondiente a una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal y, a continuación, se multiplica con la señal analógica de referencia va, tal como se ilustra en la figura 3. Este modo de realización presenta la ventaja de utilizar un fotodiodo equilibrado por las polarizaciones detectadas y una desmodulación IQ eléctrica.

Según otro modo más de realización particular de la invención, la etapa de desmodulación IQ puede comprender una etapa de desfase de una parte de las señales luminosas retrodispersadas, como se ilustra en la figura 4. En este modo de realización, las señales luminosas retrodispersadas se desfasan ópticamente, lo que simplifica el esquema de detección eléctrica. Este modo de realización requiere la utilización de cuatro fotodetectores equilibrados, frente a únicamente dos en los dos modos de realización anteriores.

De este modo, la etapa de detección eléctrica homodina puede incluir una etapa de desfase 520. Esta etapa puede ser realizada por al menos un desfasador 206.

Alternativamente, la etapa de detección óptica heterodina comprende una etapa de desfase. Esta etapa puede ser realizada por un hibridador de 90°.

Además, la etapa de desfase puede ir precedida o seguida de una etapa de amplificación intermedia 510. La etapa de amplificación intermedia corresponde a una amplificación de la señal eléctrica procedente del modulador 104 a la frecuencia de modulación va. La etapa de amplificación puede ser implementada por un amplificador intermedio.

La señal procedente del modulador 104 y amplificada puede entonces ser orientada, por un lado, hacia la etapa de desfase 520, y por otro lado, hacia una etapa de mezcla.

Además, y preferentemente tras la etapa de desfase, un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de mezcla 525 de cada una de las señales analógicas iniciales correspondientes a una señal luminosa retrodispersada con la señal analógica de referencia (en fase y/o en cuadratura de fase), preferentemente procedente del modulador 104, a una frecuencia ^va. Preferentemente, esta etapa se realiza mediante al menos un mezclador eléctrico 205.

De este modo, cada parte de cada señal analógica inicial procedente de una de las dos señales luminosas de retrodispersión de polarización ortogonal se mezcla, por un lado, con una señal analógica de referencia procedente del modulador 104, correspondiente a una multiplicación en fase. La otra parte de cada señal analógica inicial procedente de una de las dos señales luminosas de retrodispersión de polarización ortogonal se mezcla con una señal de referencia desfasada 90° procedente del modulador 104, correspondiente a una multiplicación en cuadratura de fase de la señal.

Alternativamente, la otra parte de cada señal analógica inicial procedente de una de las dos señales luminosas de retrodispersión de polarización ortogonal puede desfasarse 90° y mezclarse con una señal de referencia procedente del modulador 104, correspondiente a la multiplicación en cuadratura de fase.

Un procedimiento implementado por la invención, puede comprender una etapa de filtrado analógico 530 que permite suprimir una parte de las frecuencias de las señales analógicas, preferentemente superiores a un umbral predeterminado. Preferentemente, la etapa de filtrado analógico corresponde a una etapa de filtrado de las frecuencias altas. Esto permite conservar únicamente las frecuencias bajas. Esta etapa puede realizarse por medio de un filtro de paso bajo 207. De este modo, la etapa de filtrado permite librarse del ruido que pueda generarse durante la etapa de amplificación y de desfase, para conservar únicamente las señales en fase y en cuadratura de fase. Esto permite reducir el ruido de la señal final.

De este modo, la etapa de detección eléctrica homodina 500, mediante un desmodulador IQ, que permite una desmodulación de tipo IQ, por ejemplo, en cada una de las señales analógicas de las señales luminosas retrodispersadas, permite generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q(Q1,Q2) para cada una de las señales analógicas de las señales luminosas retrodispersadas.

Además, y preferentemente, las dos polarizaciones se detectan en paralelo de forma sincronizada en el tiempo, es decir, al mismo tiempo.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención puede comprender una etapa 600 de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica 106, preferentemente en función de valores de amplitud compleja (l+jQ) o de valores de fase y de amplitud determinados, a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas. Esta etapa puede ser realizada por un módulo de procesamiento 209, tal como se ilustra en la figura 8 y la figura 9. En efecto, como se ha descrito previamente, estas señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) pueden utilizarse para calcular una señal compleja (l+jQ) que comprenderá toda la información necesaria para la reconstrucción de la señal real y, por tanto, para la reconstrucción de la onda electromagnética vectorial. Estas señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) pueden utilizarse para calcular los valores de fase y de amplitud que contendrán toda la información necesaria para la reconstrucción de la señal real y, por tanto, para la reconstrucción de la onda electromagnética vectorial.

El procedimiento puede comprender una etapa de cálculo 610a de la amplitud compleja (l+jQ) a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2). Además, la etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada puede comprender una etapa de cálculo de la fase y/o de la amplitud de la señal luminosa retrodispersada a partir de las amplitudes complejas (l+jQ) determinadas. Preferentemente, esta etapa de cálculo se realiza en la totalidad o en parte de la fibra óptica. Además, esta etapa puede realizarse para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica en función de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) determinados a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

Además, un procedimiento según la invención puede comprender una etapa 610b de cálculo de la fase y la amplitud a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2). Además, la etapa de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada puede comprender una etapa de cálculo de la amplitud compleja (l+jQ), en la totalidad o en parte de la fibra óptica, a partir de los valores de fase y de amplitud calculados a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

El procedimiento puede comprender una etapa de cálculo de la amplitud compleja de la señal luminosa retrodispersada a partir de los valores de fase y de amplitud determinados. Preferentemente, esta etapa de cálculo se realiza en la totalidad o en parte de la fibra óptica.

Se obtiene una pluralidad de valores de amplitud y/o de fase para la totalidad o parte de la fibra óptica y para cada señal luminosa de polarización ortogonal.

Además, la etapa de reconstrucción 600 puede comprender un cálculo de la amplitud compleja y/o de la amplitud y/o de la fase de la señal retrodispersada para todos los ángulos del campo eléctrico y sobre la totalidad o parte de la fibra óptica. El cálculo de la amplitud compleja y/o de la amplitud y/o de la fase para todos los ángulos del campo eléctrico puede corresponder a la creación de un vector, cambiando el sistema de referencia. Además, el ángulo está comprendido entre 0 y 2n, por ejemplo.

Preferentemente, el cálculo de una amplitud máxima comprende la identificación de un ángulo óptimo asociado a la amplitud máxima para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica. Correspondiendo el ángulo óptimo, preferentemente, al ángulo que presente la amplitud máxima más elevada entre las amplitudes de una pluralidad de ángulos correspondientes a los ejes de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica, preferentemente a los ejes de proyección definidos en el plano de sección en la totalidad o en parte de la fibra óptica.

Preferentemente, el cálculo se realiza en una pluralidad de puntos de la totalidad o parte de la fibra óptica.

Por relación trigonométrica, como resultado del cambio del sistema de referencia y de la presencia de dicho vector, se puede caracterizar el comportamiento de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica y, por tanto, reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada.

La reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en su totalidad permite, además, el acceso completo y simultáneo a las propiedades que la caracterizan (amplitud, fase, estado de polarización, grado de polarización) y que caracteriza electromagnéticamente su medio de propagación (variación del índice, del camino óptico, de la birrefringencia, dispersión modal de polarización) y éstas se distribuyen por toda o parte de la fibra. De este modo, gracias a la invención, estas propiedades pueden utilizarse de forma aislada o combinada para determinar, distribuidas por la totalidad o parte de la fibra óptica interrogada, una variación de una o varias influencias ambientales que actúan sobre el comportamiento de la onda electromagnética. Esto permite obtener la amplitud máxima y el ángulo de proyección necesario para alcanzar la amplitud máxima para la totalidad o parte de la fibra óptica. Preferentemente, el cálculo de la amplitud máxima comprende la identificación de un ángulo a partir de una pluralidad de ángulos correspondientes a posibles ejes de proyección definidos en el plano de sección de la fibra en la totalidad o en parte de la fibra óptica correspondiente al eje óptico principal.

De este modo, las amplitudes máximas pueden determinarse mediante cálculo matemático a partir de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) o de los correspondientes valores de fase y de amplitud determinados. Igualmente, los valores de fase correspondientes pueden calcularse a partir de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) determinados.

Un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de detección 700 de un parámetro de interés, tal como se ilustra particularmente en la figura 8.

De este modo, un procedimiento según la invención puede comprender, además, una etapa de extracción de un perfil de fase 710. Esta etapa se realiza preferentemente para cada proyección y/o para cada fase calculada a partir de las amplitudes complejas (l+jQ) determinadas. En efecto, para cada proyección, se puede deducir la fase, lo que permite inferir un perfil de fase.

Un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de desenrollado de fase 720. En efecto, siendo la fase circular, ésta varía según un ángulo comprendido entre 0 y 2n (n y -n). Así, cuando se detecta la fase, si la diferencia de fase entre dos puntos es superior a n, esta fase se añade a n.

Esto permite librarse del efecto cíclico de la fase.

Además, gracias a la reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada, es posible igualmente reconstruir el eje óptico principal en función de las amplitudes máximas y, por tanto, de la señal máxima. De este modo, gracias al procedimiento según la invención, la extracción o el cálculo de la fase ya no se limita a un único eje óptico y, por tanto, al fenómeno de desvanecimiento.

Por otro lado, un procedimiento según la invención puede comprender una etapa de identificación 730, en la totalidad o en parte de la longitud de la fibra óptica 106, del eje óptico principal correspondiente a las amplitudes máximas o al ángulo con la mayor amplitud en comparación con el conjunto de las amplitudes calculadas. Dicha identificación se presenta en la figura 10. En efecto, cada eje óptico comprende una amplitud y una fase diferentes, siendo, por tanto, el comportamiento del campo eléctrico de la onda electromagnética retrodispersada, diferente en la totalidad o en parte de la fibra óptica. De este modo, esta etapa consiste en determinar los ejes ópticos en la totalidad o en parte de la fibra óptica en los cuales la amplitud de la señal es más importante. Dicha etapa puede comprender, particularmente, una proyección de las amplitudes complejas sobre cada eje óptico.

De este modo, el módulo de procesamiento es capaz de reconstruir un eje óptico principal en función de los valores de amplitud y de fase calculados.

Un procedimiento de reconstrucción 1 según la invención permite igualmente, por ejemplo, identificar un ángulo específico, comparar ángulos diferentes de una o de varias fibras ópticas, o incluso identificar ejes específicos y sus diferentes evoluciones. La invención es particularmente ventajosa porque permite mitigar el fenómeno de desvanecimiento y, además, recuperar más de 3 dB que podrían perderse debido a los acopladores. De este modo, es posible recuperar más del 50 % de la señal y mejorar considerablemente los análisis mediante mediciones distribuidas por fibra óptica y por retrodispersión Rayleigh.

Según otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de medición optoelectrónica 2 en un sistema de detección acústica distribuida, tal como se ilustra en la figura 11.

El sistema de detección acústica distribuida (DAS, Distributed Acoustique Sensing en inglés) detecta las vibraciones y captura la energía acústica a lo largo de la fibra óptica. Además, este sistema permite detectar las señales de frecuencia acústica a grandes distancias. La perturbación acústica en la fibra hace que ésta se alargue o se comprima, lo que provoca un cambio en la relación de fase. Además, el procedimiento puede comprender una comparación para determinar cómo varía la fase de un punto a otro de la fibra óptica, ya que la diferencia de fase es proporcional al alargamiento o la compresión de la fibra. Gracias a la invención, la medición de la diferencia de fase se realiza preferentemente en el eje óptico principal, que corresponde al eje en el que se optimiza la extracción de fase. De este modo, esta etapa permite determinar cómo varía la fase entre dos puntos. Ventajosamente, estos sistemas son baratos y muy fiables.

Un procedimiento de medición optoelectrónica 2 puede comprender una reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica 106 según la invención y tal como se ha descrito anteriormente.

Un procedimiento de medición optoelectrónica 2 puede comprender una medición de una deformación 800 y/o de una variación de temperatura 850 de la fibra óptica 106 en función de la onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida.

Cuando una señal luminosa es retrodispersada, contiene información relacionada con las influencias ambientales de la fibra. De este modo, si el entorno que rodea a la fibra óptica está sometido a tensión (por ejemplo, deformación), la señal retrodispersada de la fibra contendrá información sobre esta deformación. La fibra óptica permite una medición de una deformación 800 y de la variación de temperatura 850.

En efecto, aunque lo anterior ha descrito la diferencia de fase o de amplitud de la señal de retrodispersión como una tensión incidente en la fibra óptica, otros parámetros, tales como los cambios de temperatura, tienen igualmente la capacidad de influir en la fase entre las secciones de la fibra. Además, la tensión en la fibra puede deberse a otros efectos externos distintos de los comentados anteriormente. Por ejemplo, un cambio de presión en la fibra puede provocar una tensión en la fibra, tal como una conversión de la presión en tensión por el revestimiento de fibra.

Un procedimiento de medición optoelectrónica 2 puede comprender una medición de una deformación de la fibra óptica 106 a lo largo del eje óptico principal reconstruido.

Como se ha detallado previamente, la onda electromagnética está unida al eje óptico principal. Así, a partir de la onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida según la invención, también se puede reconstruir el eje óptico principal.

El procedimiento según la invención comprende igualmente una medición de una deformación de la fibra óptica o una variación de la temperatura en el eje óptico principal reconstruido según la invención. Preferentemente, la medición de la deformación se realiza mediante una fibra óptica.

Se sabe que las señales DAS provocan desvanecimientos ópticos, en los que la intensidad de la señal depende del tiempo, debido a cambios lentos en la fibra que provocan modificaciones en la longitud del camino óptico. Utilizando el procedimiento según la invención, el sistema puede optimizarse para generar un mejor análisis de la señal por DAS.

La reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en su totalidad permite, además, el acceso completo y simultáneo a las propiedades que la caracterizan (amplitud, fase, estado de polarización, grado de polarización) y que caracteriza electromagnéticamente su medio de propagación (variación del índice, del camino óptico, de la birrefringencia, dispersión modal de polarización) y éstas se distribuyen por toda o parte de la fibra. De este modo, gracias a la invención, estas propiedades pueden utilizarse de forma aislada o combinada para determinar, distribuidas por la totalidad o parte de la fibra óptica interrogada, una variación de una o varias influencias ambientales que actúan sobre el comportamiento de la onda electromagnética.

Ejemplos

Un ejemplo de realización de un procedimiento según la invención y las técnicas de la técnica anterior se ilustran en las figuras 12A, 12B, 12C.

Se ha realizado una primera detección con un hibridador de 180° (H 180) con una detección IQ electrónica y se ha representado en la figura 12A. Este ejemplo ilustra los resultados de amplitud y de fase obtenidos mediante un procedimiento según la invención, tal como se ilustra en la figura 2.

Gracias a este procedimiento, se obtiene el perfil de amplitud con especial precisión. Además, dicho procedimiento presenta muy poco ruido. Gracias a estos resultados de amplitud de alta calidad, es fácil calcular o deducir la fase para caracterizar y, por tanto, reconstruir, la onda electromagnética vectorial retrodispersada. De una forma completamente práctica, el vector eléctrico, tal como se ha descrito anteriormente, oscila en función de las influencias ambientales que se presentan sobre la fibra. Dicho vector eléctrico oscila según una fase y una amplitud. Gracias al procedimiento según la invención, la amplitud y la fase obtenidas son poco ruidosas, por lo que resulta particularmente ventajoso extraer los valores de amplitud y de fase que caracterizan la onda electromagnética vectorial retrodispersada para cada polarización.

La reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada permite caracterizar varias influencias ambientales que pueden afectar a toda o parte de la fibra óptica. Ventajosamente, el procedimiento no presenta discontinuidad en el tiempo ni en el espacio.

Una segunda detección se realiza con un hibridador de 90° (H90) con detección IQ optoelectrónica y se muestra en la figura 12B. Este ejemplo ilustra los resultados obtenidos mediante un procedimiento según la invención, tal como se ilustra en la figura 4.

El perfil de amplitud y de fase es más ruidoso que con una detección H180 con detección IQ electrónica, sin embargo, es fácil encontrar la amplitud y la fase exactas utilizando esta detección.

En efecto, gracias a la detección eléctrica homodina, el ruido y el fenómeno de desvanecimiento para la extracción de fase se reducen considerablemente. La extracción de fase se realiza con muy poco ruido, incluso para señales débiles en la fibra óptica. La extracción de fase se realiza sobre la proyección del campo eléctrico. Además, también es posible identificar su eje principal en la totalidad o en parte de la fibra óptica, accesible gracias a la reconstrucción. De este modo, no se impone ningún criterio de selectividad, la atenuación del fenómeno de desvanecimiento depende por completo de las propiedades físicas de la onda electromagnética guiada por la fibra óptica. Además, la reconstrucción nos permite optar por el caso más favorable para una extracción menos ruidosa de la fase. La invención presenta la ventaja de ser menos compleja que los sistemas que utilizan una diversidad de frecuencias ópticas para atenuar el efecto de desvanecimiento.

Además, no se aplica ningún criterio de selectividad.

Una tercera detección se realiza con un hibridador de 90° (H90) con detección óptica IQ homodina y se muestra en la figura 12C. Esta detección homodina es, por tanto, pura y exclusivamente óptica, contraria a la invención, y representa una de las técnicas de la técnica anterior tal y como se propone en la referencia.

Dicha detección genera mucho ruido tanto en el perfil de amplitud como en el de la extracción de fase. De este modo, no es posible rastrear la información transportada por la onda electromagnética, ni reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada. La amplitud y la fase son muy ruidosas. En efecto, el ruido de baja frecuencia no es filtrado por la frecuencia portadora y la detección eléctrica. De este modo, la señal es tan ruidosa que no se puede extraer ninguna información.

Un procedimiento según la invención es por tanto particularmente ventajoso y permite responder a las necesidades existentes en el ámbito de las mediciones distribuidas por fibra óptica.

En la figura 13 se ilustra otro ejemplo comparativo de un resultado final. Las diferentes mediciones se obtienen a partir de un DAS.

Las mediciones representadas por la curva gris ilustran los resultados de la técnica anterior, y la curva negra representa las mediciones obtenidas según un procedimiento según la invención.

La curva gris representa la extracción de diferentes fases a lo largo de la fibra óptica para encontrar una deformación. No obstante, esto se realiza bajo una única polarización, sobre un único eje fijo. Además, hay presente mucho ruido. La curva negra, que ilustra el procedimiento según la invención y que comprende la identificación de un eje óptico principal en la totalidad o en parte de la fibra óptica, permite obtener resultados cuya calidad de medición se mejora y cuyo ruido se minimiza.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento (1) de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica (106), comprendiendo dicho procedimiento:

- Una etapa (200) de inyección de una señal luminosa de frecuencia v0 o v0 ^va en la fibra óptica (106),

- Una etapa (300) de detección óptica heterodina resuelta en polarización que comprende la generación, por un medio de separación óptica (202,303) y a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada y de una onda electromagnética procedente de un oscilador local, de al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, produciendo un latido de frecuencia vA,

- Una etapa de conversión (400), mediante al menos dos fotodetectores (203), de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales, caracterizada por que el procedimiento comprende

- Una etapa (500) de detección eléctrica homodina, mediante un desmodulador IQ (211, 302), permitiendo la desmodulación de tipo IQ de cada una de las señales analógicas iniciales, para generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, y

- Una etapa de reconstrucción (600), por un módulo de procesamiento (209), de la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

2. Procedimiento (1) de reconstrucción según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa de desfase (520) de una parte de las señales luminosas retrodispersadas, de una parte de las señales analógicas iniciales o de una señal analógica de referencia a la frecuencia va.

3. Procedimiento (1) de reconstrucción según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la etapa de detección eléctrica homodina (500) comprende una desmodulación a la frecuencia ^va por el desmodulador IQ.

4. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa (610a) de cálculo de la amplitud compleja (l+jQ) a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

5. Procedimiento (1) de reconstrucción según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa (600) de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada comprende una etapa de cálculo de la fase y/o de la amplitud en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) y para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica en función de los valores de las amplitudes complejas (l+jQ) determinados a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

6. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende una etapa de cálculo (610b) de los valores de fase y de amplitud a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

7. Procedimiento (1) de reconstrucción según la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa (600) de reconstrucción de la onda electromagnética vectorial retrodispersada comprende una etapa de cálculo de la amplitud compleja en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) y para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) en función de los valores de amplitud y de fase calculados a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.

8. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento comprende el cálculo de una amplitud máxima que comprende la identificación de un ángulo óptimo asociado a la amplitud máxima para cualquier eje de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica, correspondiendo dicho ángulo óptimo al ángulo que presenta la amplitud máxima más elevada entre las amplitudes de una pluralidad de ángulos correspondientes a los ejes de proyección en la totalidad o en parte de la fibra óptica.

9. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de detección (700) de un parámetro de interés.

10. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de identificación (730) de un eje óptico principal de la señal luminosa retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) a partir de un cálculo de amplitud máxima.

11. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de modulación (220) de la señal luminosa mediante un modulador (104), antes de la etapa de inyección (200) en la fibra óptica (106), permitiendo dicha modulación un desplazamiento de la frecuencia de la señal luminosa en un valor igual a va.

12. Procedimiento (1) de reconstrucción según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende una etapa (510) de amplificación intermedia de la señal eléctrica procedente del modulador (104) a la frecuencia de modulación va, por ejemplo, mediante un amplificador (204).

13. Procedimiento (1) de reconstrucción según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de filtrado analógico (530), por ejemplo, mediante al menos un filtro de paso bajo (207), que permite suprimir las frecuencias de las señales analógicas superiores a un umbral predeterminado.

14. Procedimiento (2) de medición optoelectrónica en un sistema de detección acústica distribuida que comprende una reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica (106) según una de las reivindicaciones 1 a 13 y una medición de una deformación y/o de una variación de temperatura en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) en función de la onda electromagnética vectorial retrodispersada reconstruida.

15. Procedimiento (2) de medición optoelectrónica según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende una medición de una deformación y/o de una variación de temperatura en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) sobre un eje óptico principal reconstruido.

16. Dispositivo (3) de reconstrucción de una onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de una fibra óptica (106), comprendiendo dicho dispositivo:

- Una fuente luminosa (101) configurada para generar una señal luminosa de frecuencia v0, adecuada para su inyección en la fibra óptica (106),

- Un medio de separación óptica (202,303) configurado para generar al menos dos señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, produciendo un latido de frecuencia ^va, a partir de una retrodispersión de la señal luminosa inyectada y de una onda electromagnética procedente de un oscilador local (107),

- Al menos dos fotodetectores (203), configurados para convertir las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal en señales analógicas iniciales, caracterizado porque el dispositivo comprende

- Un desmodulador IQ (211,302) dispuesto para realizar una detección eléctrica homodina, que permite una desmodulación de tipo IQ en cada una de las señales analógicas iniciales a fin de generar las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) para cada una de las señales luminosas retrodispersadas de polarización ortogonal, y

- Un módulo de procesamiento (209) configurado para reconstruir la onda electromagnética vectorial retrodispersada en la totalidad o en parte de la fibra óptica (106) a partir de las señales analógicas desmoduladas I (I1J2) y Q (Q1,Q2) generadas.