PT104237B - Filtro óptico com resposta sintonizável de forma contínua baseado na combinação de diferentes filtros ópticos - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM FILTRO ÓPTICO COM RESPOSTA EM FREQUÊNCIA SINTONIZÁVEL DE ELEVADA SIMPLICIDADE EM QUE A OPERAÇÃO DO FILTRO SE REALIZA INTEGRALMENTE NO DOMÍNIO ÓPTICO. A RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DO FILTRO, EM AMPLITUDE E FASE, É SINTONIZÁVEL DE FORMA CONTÍNUA. NA FIG 1 REPRESENTA UMA ESTRUTURA GENÉRICA DO FILTRO ÓPTICO SINTONIZÁVEL PROPOSTO, QUE SERVE TAMBÉM PARA EXPLICAR O FUNCIONAMENTO DO MESMO. O FILTRO ÓPTICO CONSISTE NA COMBINAÇÃO DE VÁRIOS FILTROS ÓPTICOS COM RESPOSTA ARBITRÁRIA. A SINTONIA É OBTIDA ATRAVÉS DA VARIAÇÃO DO PESO DE CADA FILTRO. O PRESENTE INVENTO APRESENTA UM MÉTODO DE SINTONIA, MODOS DE REALIZAÇÃO EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES BASEADOS EM FIBRA ÓPTICA, E UM MÉTODO PARA FORMATAÇÃO DE PULSOS ÓPTICOS. AS CARACTERÍSTICAS DO FILTRO ÓPTICO SINTONIZÁVEL ADEQUAM-SE ESPECIALMENTE À MANIPULAÇÃO DINÂMICA DE PULSOS ÓPTICOS.

Description

DESCRIÇÃO

FILTRO ÓPTICO COM RESPOSTA SINTONIZÁVEL DE FORMA CONTÍNUA BASEADO NA COMBINAÇÃO DE DIFERENTES FILTROS ÓPTICOS

Âmbito da invenção

A presente invenção diz respeito a um filtro óptico com resposta em frequência sintonizável de forma continua baseado na combinação de diferentes filtros ópticos e de elevada simplicidade.

A operação do filtro realiza-se integralmente no domínio óptico.

A resposta em frequência do filtro, em amplitude e fase, é sintonizável de forma contínua.

sinal óptico a ser filtrado é dividido por vários ramos, cada um com um filtro óptico com resposta em frequência arbitrária.

A sintonia entre as respostas dos filtros pertencentes a cada um dos ramos é realizada através da variação da potência do sinal de cada ramo.

sinal filtrado consiste na soma dos sinais propagados nos vários ramos.

As características do filtro óptico sintonizável adequamse especialmente à manipulação dinâmica de pulsos ópticos.

Descrição da técnica anterior processamento de dados no domínio óptico tem vindo a afirmar-se como uma alternativa ao processamento de dados no domínio eléctrico, especialmente quando está em causa o tratamento de um enorme volume de dados num curto espaço de tempo.

Nos sistemas de telecomunicações por fibra óptica, esta alternativa tem sido considerada para suplantar os limites de processamento de sinal no domínio eléctrico.

processamento óptico pode ser activo ou passivo.

processamento passivo consiste essencialmente em operações de filtragem, enquanto que o processamento activo se baseia em dispositivos cuja resposta varia em função dos sinais de entrada.

Como aplicações do processamento passivo, no que diz respeito a operações de filtragem, pode citar-se, por exemplo, filtragem de ruído, filtragem selectiva de canal, formatação de impulso, compensação de dispersão cromática, compensação de dispersão nos modos de polarização e filtros fotónicos de microondas.

Aplicações como regeneração de sinal, encaminhamento e comutação totalmente ópticos, amplificação não linear e interacção entre canais fazem parte do processamento activo.

Um filtro óptico é caracterizado pela sua resposta em amplitude, fase e polarização.

Pode ainda ser estático ou sintonizável.

A resposta em amplitude é considerada para processamento selectivo no comprimento de onda, como por exemplo selecção de um canal.

A resposta em fase é importante para evitar distorções no sinal.

Considerando que um sinal é afectado por dispersão cromática, pode-se usar um filtro óptico com dispersão simétrica à do sinal para eliminar o alargamento do pulso.

Um filtro pode ser	proj ectado	para operar	em apenas	uma
polarização, ou em	ambas as	polarizações	mas de forma
distinta.
Este último caso é	útil para	a compensação	nos modos	de

dispersão.

Os sistemas de telecomunicações por fibra óptica de ponta são caracterizados por terem um elevado número de canais, uma taxa de transmissão por canal igual ou superior a 10 Gb/s e uma arquitectura complexa, onde um utilizador se encontra conectado a vários outros utilizadores.

A eficiência da rede depende essencialmente da gestão das limitações impostas pela transmissão em fibra óptica e dos processos de encaminhamento.

Assim, o papel do processamento de sinal no domínio óptico é muito importante.

processo de filtragem óptica deve adaptar-se continuamente às características da rede; por exemplo, a variação dos valores de dispersão cromática devido à propagação do sinal por diferentes percursos obriga a uma sintonia da compensação de dispersão.

mesmo acontece para a dispersão nos modos de polarização devido às características estocásticas desta limitação.

Um encaminhamento dinâmico deve permitir a reutilização de canais, ou seja, um filtro selector de canal deve permitir a sintonia do canal a receber.

Um outro exemplo encontra-se na manipulação da forma do pulso transmitido: a interacção de diferentes sinais provenientes de vários utilizadores no mesmo troço de fibra óptica pode ser minimizada através do ajuste da forma do pulso transmitido.

As razões anteriores têm em comum a necessidade de um processamento óptico flexível e dinâmico, que por sua vez é a causa do interesse na investigação de processos de sintonia de filtros ópticos.

Um filtro óptico pode ser implementado com base em várias tecnologias, por exemplo com base em interferómetros, redes de Bragg, cavidades Fabry-Perot, óptica em espaço livre ou fibras birefringentes.

A alteração da estrutura destas tecnologias permite a sintonia dos filtros ópticos.

Dependendo do filtro óptico, a sintonia pode alterar o comprimento de onda central, largura de banda, resposta em atraso de grupo, transmissão/reflexão máximos, etc.

A patente Norte-americana US N° 5701371, de Ishida descreve um filtro óptico sintonizável baseado num agregado de guias de onda, onde a sintonia é obtida através da selecção dos guias de onda que vão ser transparentes ou opacos.

Este filtro permite uma selecção fina de vários componentes de frequência do sinal de entrada e o redireccionamento destes para diferentes portas de saída.

Trata-se de um dispositivo de encaminhamento, limitado pela granularidade imposta pela selecção discreta de cada guia.

A patente Norte-americana US N° 5351317 de Weber descreve um filtro óptico sintonizável baseado numa estrutura interferométrica de Mach-Zehnder de N braços, onde a sintonia é obtida através do controlo da amplitude e fase em cada ramo.

No entanto, todos os braços consistem apenas numa linha de atraso com atenuação e fase sintonizáveis.

A patente Norte-americana US N° 5073004, de Clayton et al. descreve um filtro óptico sintonizável baseado numa cavidade Fabry-Perot, cuja largura pode ser variada através de um transdutor piezo-eléctrico.

Esta configuração permite sintonia na resposta em amplitude, ou seja, variação de largura de banda e de alcance espectral máximo.

A patente Norte-americana US N° 4655547, de Heritage et al. descreve um filtro óptico formatador de impulso, que opera tanto em resposta de amplitude como de fase.

0 sinal é decomposto espacialmente nas suas componentes espectrais, e cada componente espectral é aplicada num elemento com cristais líquidos.

Trata-se de uma estrutura análoga à patente NorteAmericana US 5351317, onde cada braço consiste numa célula com cristais líquidos.

Para obter uma elevada flexibilidade na filtragem, é necessário um agregado de cristais líquidos com muitas células, o que resulta em limitações de granularidade.

A patente Norte-americana US N° 6148127, de Adams et al., descreve um filtro óptico baseado numa rede de Bragg sintonizável através da aplicação de um gradiente de tensão mecânica.

A aplicação deste filtro consiste na compensação sintonizável de dispersão cromática.

A indução de tensão mecânica altera a estrutura da rede, que por sua vez resulta numa alteração da resposta em atraso de grupo.

As ideias presentes nas patentes apresentadas nos parágrafos acima podem ser reduzidas ao seguinte:

• A sintonia pode ser obtida através da manipulação da estrutura do próprio filtro, que resulta em limitações imposta pelas características físicas deste (por exemplo gama e velocidade de sintonia e estabilidade);

• a sintonia é obtida aplicando uma transformação de amplitude e fase a várias componentes espectrais do sinal, havendo uma limitação de granularidade imposta pelo número de componentes espectrais produzidas.

Descrição detalhada do invento filtro óptico com resposta sintonizável continuo é composto por iV filtros ópticos com funções de transferência í = l,. .,.,Λ^Γ.

sinal de entrada é dividido em N ramos.

Cada ramo tem um controlador de potência que atenua ou amplifica o sinal conforme a sintonia pretendida.

Os sinais filtrados são adicionados para obter o sinal de saída.

Assim, a expressão que relaciona o sinal de entrada com o sinal de saída é

onde

S-ç(f) é ^a representação do sinal de entrada no domínio da frequência,

5,(/) é a representação do sinal de saída no domínio da frequência e

A o ganho/atenuação imposto por cada controlador de potência.

Os termos representam as linhas de atraso, usadas para alinhar os sinais ópticos em cada braço.

Esta configuração resulta numa resposta em frequência global que é uma combinação das respostas em frequência de cada filtro.

A sintonia é obtida variando o peso de cada filtro, i.e., os termos A.

A rapidez da sintonia depende apenas do tempo que é necessário para mudar os termos A.

Assim, o método para implementar o filtro óptico proposto pode tirar partido de componentes ópticos comerciais.

A divisão do sinal de entrada assim como a combinação dos sinais filtrados em cada ramo podem ser implementadas com acopladores estrela (1) para os controladores de potência podem ser atenuadores ópticos fixos ou variáveis.

Como os filtros ópticos podem ter resposta arbitrária, podem utilizar-se várias tecnologias como, por exemplo, redes de Bragg, cavidades Fabry-Perot ou agregados de guias de onda.

A sintonia deste dispositivo é realizada de forma diferente dos filtros sintonizáveis propostos na literatura.

Num tipo de filtros é a própria resposta em frequência que é sintonizada.

Noutro tipo de filtro, a sintonia é obtida de forma análoga à expressão, com a diferença de que representam linhas de atraso que podem ter atenuação sintonizável, e que todos os sinais são adicionados em coerência.

Assim, o processo de sintonia proposto traduz-se num conceito mais geral, que é essencialmente a combinação de filtros.

A realização/implementação da invenção é descrita com base na FIG que se anexa.

Configuração proposta:

Esta representação (FIG 1) compreende um divisor de sinal de N portas (2), um combinador de sinal de N portas (10), N controladores de potência (4), N linhas de atraso (6) e N filtros ópticos (8).

O sinal de entrada é aplicado no porto (1), enquanto que o sinal de saida se encontra no porto (11).

As conexões definidas por (3), (5), (7) e (9) podem ser em fibra ou noutro material não opaco, e podem mesmo ser suprimidas por integração.

Considera-se que a resposta em frequência dos controladores de potência está incluída no filtro óptico correspondente, pelo que os controladores de potência têm uma resposta em frequência composta apenas por um termo independente.

sinal de entrada é dividido em N réplicas iguais com a mesma potência.

Cada sinal percorre um dos N ramos.

Cada ramo é composto por um controlador de potência, uma linha de atraso e um filtro óptico.

Cada réplica é atenuada/amplifiçada pelo controlador de potência correspondente, sendo seguidamente filtrada.

As linhas de atraso têm como função alinhar os sinais em cada ramo.

combinador de sinal adiciona todas as réplicas após atenuação/amplificação, alinhamento temporal e filtragem para formar o sinal de saída.

A sintonia consiste na variação da potência de cada réplica, realizada pelo controlador de potência correspondente.

Assim, a função de transferência final consiste numa soma pesada das funções de transferência dos filtros ópticos de cada ramo.

A sensibilidade à polarização não é considerada na FIG 1, pelo que uma estrutura sensível à polarização deve considerar controladores de polarização para estabilizar o sistema e garantir a correcta potência de sinal em cada ramo.

Claims (16)

1. Método de operação de um filtro óptico sintonizável baseado na combinação de diferentes filtros ópticos que inclui a recepção de um sinal de entrada (1) e a geração de N réplicas do mesmo com o auxilio de um divisor de sinal (2) sendo cada réplica do sinal sujeita a uma regulação sintonizável de potência, realizada por um controlador de potência (4), atrasada temporalmente com recurso a uma linha de atraso (6) e filtrada por um filtro óptico com resposta em frequência arbitrária (8) em que a ordem das operações de controlo de potência, atraso e filtragem em cada réplica do sinal de entrada é arbitrária e em que após a realização destas três operações de processamento sobre cada réplica do sinal de entrada, as N réplicas são somadas com o auxilio de um combinador de sinal, formando assim o sinal de saida (11) caracterizado por:

a) a sintonia do filtro óptico com resposta sintonizável ser realizada através do controlo de potência efectuado pelos controladores de

potência (4);

b) a resposta em frequência do filtro óptico

corresponder a uma média ponderada das respostas em frequência dos N filtros ópticos (8), em que o peso de cada filtro depende do controlo de potência a ele associado.

2. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:

a) permitir um funcionamento bidireccional, desde que todos os seus componentes também o permitam;

b) a resposta em frequência para ambos os sentidos de funcionamento ser a mesma, desde que todos os componentes sejam lineares.

3. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por operar exclusivamente no domínio óptico.

4. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada controlador de potência ter ganho/atenuação sintonizável.

5. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada linha de atraso poder ser um elemento sintonizável.

6. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada linha de atraso ser um elemento opcional.

7. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:

a) cada filtro óptico usado em cada ramo poder ter uma resposta em frequência sintonizável;

b) por o filtro sintonizável poder ter dois tipos de sintonia acrescidos ao esquema de sintonia consistindo na sintonia de cada filtro óptico, e/ou na sintonia de cada linha de atraso.

8. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o divisor ou combinador de sinal e os controladores de potência poderem ser um único dispositivo, por exemplo, um acoplador óptico de 1 para N com razões de acoplamento ajustáveis.

9. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os filtros ópticos de cada ramo e os respectivos controladores de potência poderem ser um único dispositivo, através da possível sintonia da resposta em amplitude de cada um dos N filtros.

10. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por poder operar na polarização por a divisão de sinal, controlo de potência, linha de atraso, filtragem óptica em cada ramo e combinação de sinal poderem ser sensíveis ao estado de polarização da luz incidente.

11. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com as reivindicações 1 e 10, caracterizado por o divisor e/ou combinador de sinal compostos por um conjunto de divisores/combinadores de modos de polarização (16), (20), (28), (32) e controladores de polarização (14), (18), (30), (34) poderem também realizar a operação de controlo de potência, tornando a utilização dos controladores de potência (22) opcional.

12. Método de operação de um filtro óptico sintonizável,

de acordo com as reivindicações 1 e 10, caracterizado por poder ter: a) um sinal óptico de saída com polarização linear; ou b) um sinal óptico de saída composto pela combinação de dois sinais ópticos em polarizações ortogonais

13. Método de operação de um filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a soma dos sinais combinados em polarizações ortogonais poder ser realizada no domínio eléctrico através da detecção directa separada de ambos os sinais, e posterior soma dos sinais detectados no domínio eléctrico, ou com o auxílio de modulação em banda lateral única, em que a soma dos sinais ópticos ortogonalmente polarizados é realizada em simultâneo com a detecção directa.

14. Método para ajustar a dispersão cromática do filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os filtros ópticos de cada braço terem diferentes valores de dispersão cromática acumulada, permitindo assim obter-se uma dispersão cromática acumulada igual à média ponderada das dispersões cromáticas dos filtros ópticos que constituem o filtro óptico sintonizável.

15. Método para ajustar o declive da dispersão cromática do filtro óptico sintonizável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os filtros ópticos de cada braço terem diferentes respostas de dispersão cromática com diferentes declives, permitindo assim obter-se um declive da dispersão cromática igual à média ponderada dos declives da dispersão cromática dos filtros ópticos que constituem o filtro óptico sintonizável.

16 .

Método para implementação de um formatador de impulso, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado por a função de transferência implementada pelo filtro óptico sintonizável poder ser ajustada com vista a obter diferentes pulsos de saida; por os filtros de cada ramo serem escolhidos de acordo com funções de transferência necessárias para obter pulsos de saída com diferentes formas.