WO2003079080A1 - Línea de retardo múltiple basada en awg y diferentes tramos de un medio óptico dispersivo - Google Patents

Línea de retardo múltiple basada en awg y diferentes tramos de un medio óptico dispersivo Download PDF

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WO2003079080A1
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awg
delay line
optical
wavelengths
dispersive
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PCT/ES2003/000122
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Javier Marti Sendra
Juan Luis CORRAL GONZÁLEZ
Borja VIDAL RODRÍGUEZ
Daniel Madrid Diaz
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Universidad Politecnica De Valencia
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    • G02B6/2861—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using fibre optic delay lines and optical elements associated with them, e.g. for use in signal processing, e.g. filtering

Definitions

  • the present invention consists of a delay line based on an AWG (Arrayed Wavegruide Grating or diffraction frame with grouped waveguides) and different sections of a dispersive optical medium that allows to simultaneously generate a multiplicity of delays corresponding to a multiplicity of optical carriers .
  • the values of the multiple delays will depend on the specific wavelengths, the separation between them and the dispersion of the optical medium.
  • the invention provides essential novelty characteristics and notable advantages in terms of cost reduction with respect to structures known and used for similar purposes in the current state of the art.
  • the present invention has its application in any field in which it is necessary to achieve a multiplicity of delays as, for example, occurs in the area of optical beam shaping for antenna clusters "where obtaining different subsets of progressive delays is essential for its operation
  • Other fields of application would be analog-digital optical converters, time domain optical multiplexing (OTDM) or code multiplexing-based optical systems (CDMA).
  • OTDM time domain optical multiplexing
  • CDMA code multiplexing-based optical systems
  • the antenna groupings allow the synthesis of radiation diagrams with characteristics that cannot be obtained by elementary antennas. Specifically, they allow functionalities such as beam aiming, beam shaping or null introduction dynamically, based on the amplitude control and feeding delay of the different elements that make up the grouping. Therefore, they have been widely used in many areas within the field of telecommunications.
  • the most common functionality of a group of antennas is the aiming of the beam in different directions of space, which in the case of a linear grouping with constant spacing is achieved by introducing a progressive delay
  • Beam optical shaping architectures have, among other advantages, low weight and size, immunity against electromagnetic interference, and, above all, allow to easily obtain a wide instantaneous bandwidth and operation in true delay (TTD, True Time Delay) which It allows to aim the beam independently of the operating frequency.
  • TTD True Time Delay
  • US Patent No. 5,793,907 proposes a delay line based on an AWG.
  • the proposal is based on a feedback and symmetric configuration of the AWG (known as loop-back, that is, the feedback is made between an output port of the AWG and its corresponding input) as previously proposed for use.
  • ADM Additional Drop Mul tiplexer or multiplexer insert-extract
  • the delays are achieved by lengths such that the propagation of the signal delays the optical signal for the desired time.
  • this delay line has a serious drawback: it is necessary to replicate the structure for each element of the grouping, which can make the system unfeasible for large groups given the high cost of AWGs.
  • the present invention combines the switching properties as a function of the AWG wavelength together with the periodicity in wavelength of its behavior and the ability of an optical dispersive medium to delay different wavelengths differently.
  • the invention proposes the use of an AWG in a feedback configuration.
  • each optical signal is propagated twice through the AWG with sections of a dispersive optical medium, together with a source that can switch between different subconjs of wavelengths (WDM, Wavelength Division Mul tiplex or Multiplexing by division in length of wave) and could even combine different wavelengths of each subset.
  • WDM Wavelength Division Mul tiplex or Multiplexing by division in length of wave
  • the different wavelengths meet that the separation between them is equal to the spectral periodicity of the AWG (FSR, Free Spectral Range or free spectral range) so that, when all the wavelengths of the subset are introduced by a AWG port, all are routed to the same output port.
  • FSR Free Spectral Range
  • the chosen output port is connected by a certain length of dispersive optical medium with one of the specific inputs or outputs (the chosen or different one) of the AWG so that the dispersive medium delays differently each wavelength of the subset before crossing the AWG again and being routed to the common output port.
  • the relative delays between the different wavelengths will depend on the spectral separation between them and the total dispersion of the dispersive medium. If each of the AWG outputs is connected to a dispersive medium with different dispersion parameters, selecting the appropriate subset of wavelengths will allow you to select the values of the different delays associated with each optical carrier.
  • the multiple delay line object of this invention obtains multiple delays, by routing different optical carriers through the same stretch of dispersive optical medium, taking advantage of the periodicity of the AWG transmission response.
  • the loop-back configuration if different separate FSR optical carriers are introduced through an AWG input, they are all routed to the same output and therefore will be fed back to the AWG through the same input, thus crossing the same section. If this section corresponds to a dispersive medium such as a certain length L (m) of fiber with a constant dispersion Dfps / nm-mj, two optical carriers that were separated ⁇ ⁇ ⁇ nmj, would suffer a relative delay between both of value:
  • the most common embodiment of this invention would be the use of a subset of wavelengths separated from each other FSR, it would be possible to introduce the wavelengths with a separation not equal to the FSR of the AWG but to arbitrary multiples thereof, of such that multiple arbitrary delays of the elementary delay are achieved, elementary delay being understood as the one that corresponds to that due to the dispersive effect between two separate wavelengths of the FSR of the AWG. It would even be possible, the simultaneous selection of one or several carriers of more than one of the subsets, allowing greater flexibility in the selection of delays at the cost of greater complexity of the optical generation and demultiplexing stages.
  • Figure 1 shows the diagram of an integrated AWG, the basic device of the delay line shown here.
  • Figure 2 is a detail of the free propagation zone thereof, represented in the previous figure.
  • Figure 3 shows the line diagram of time delay. It is an AWG in what is known as a loop-back configuration. Unlike previous proposals, the feedback is done with a dispersive optical medium.
  • Figure 4 shows the spectra of the optical signals at the input of the delay line.
  • Figure 5 shows an example of a complete architecture of a cluster of antennas based on an optical shaper that includes the AWG-based multiple delay line with dispersive fiber sections.
  • Figure 6 shows the delay line diagram in a fold-back configuration (feedback between AWG output ports), appropriate when using a dispersive medium working in reflection mode.
  • Figure 1 refers to the main component of the architecture, the AWG, formed by free propagation zones (2 and 4) joined by a group of waveguides of different lengths (3) and a set of waveguides of access at each end of the free propagation zones (1 and 5).
  • Figure 2 is a detail of the free propagation zone (2 and 4) of the AWG.
  • ⁇ represents the angle of divergence between the input and output waveguides
  • R is the focal length
  • d a is the separation between waveguides of the grouping of guides (6)
  • d r is the separation between waveguides of the output guides (5)
  • ⁇ represents the angle of dispersion resulting from the phase difference between adjacent guides.
  • Figure 3 shows the multiple delay line, subject of the invention, in a loop-back configuration composed of an AWG (12) and as many stretches of dispersive optical medium (8, 9, 10 and 11) as number of AWG ports minus one, which corresponds to the common input and output ports.
  • the complete architecture composed of: the multiple delay line of Figure 3 is shown in Figure 5; the optical source (7), which must provide multiple wavelengths, as depicted in Figure 4; a data source (15) and an electro-optical modulator (14); a demultiplexer (22) that separates the different wavelengths and assigns them to the corresponding photoreceptor (23, 25, 30 or 34) to the element of the appropriate grouping (27, 28, 31 or 33).
  • this delay line can be used both in the transmission mode of the antenna grouping and in the reception mode, being necessary to add only a series of separation and combination devices together with the corresponding optical conversion stages -electric and electro-optical; Specifically, we must add: a demultiplexer (35), a splitter (16) that sends multiple carriers on the way (18) for the transmission mode and on the way (17) for the reception mode, a combiner (37), a pair of diplexers (19 and 20), electric circulators (24, 26, 29, 32) electro-optical modulators (36, 38, 39, 40) and a photoreceptor (21) as shown in Figure 5 .
  • Figure 6 shows the multiple delay line, subject of the invention, in a fold-back configuration composed of an AWG and so many stretches (41) of dispersive optical medium acting in reflection mode as the number of ports of the AWG.
  • the basic element of the multiple delay line proposed in this invention is the AWG schematically represented in Figure 1.
  • the signal enters through one of the optical input guides (1), hereinafter input ports.
  • the free propagation zone FPR, Free Propagation Region
  • the beam is coupled to the waveguide cluster (3) and propagates through the individual waveguides to the outlet opening (5), in the second free propagation zone ( 4) .
  • the length of these guides is chosen so that the difference in length between adjacent guides is equal to an integer multiple of the central wavelength of the AWG.
  • the fields in the individual waveguides (3) will reach the output with the same phase, apart from an integer multiple of 2 ⁇ , and the field distribution we had at the input opening will be reproduced in the output Therefore, the divergent beam at the input opening is transformed into a convergent one with equal amplitude and phase distribution at the output.
  • the beam Exit will be tilted and the focal point will move along the image plane.
  • a set of wavelengths will be chosen which will be introduced through the common input port of the delay line (8).
  • Within the set there will be as many wavelengths as delays you wish to generate and the separation between them will correspond to multiples of the FSR of the AWG so that they all go to the same output port. Therefore, all wavelengths will cover the same stretch of dispersive medium.
  • the choice of a section (with its associated total dispersion), and consequently of the multiplicity of delays, is done optically by choosing a specific subset of wavelengths.
  • the dispersive medium is a fiber optic with a constant dispersion
  • the expression (1) shows that a certain delay will be introduced between the different wavelengths due to the fiber dispersion.
  • the dispersive medium will preferably have a linear delay response against wavelength, Any other response (such as: curve, parabolic or sawtooth) is possible and viable with the current state of technology.
  • the wavelength set will re-enter through one of the AWG's input ports (1). Due to the symmetrical behavior of the AWG, it will route all wavelengths to the common output port (13).
  • a demultiplexer (22) is introduced, which separates each wavelength by directing it towards a photoreceptor (23, 25, 30 or 34).
  • the output of each photoreceptor will feed an element of the cluster (27, 28, 31 or 33).
  • the multiple delay line has introduced, with a single AWG, a progressive delay between elements of the grouping, which makes it possible to vary the pointing direction thereof.
  • optical source (7) it must be able to provide a spectrum similar to that shown in Figure 4.
  • optical source (7) it must be able to provide a spectrum similar to that shown in Figure 4.
  • ways of generating this type of spectra such as by switching between different multi-wavelength lasers with a adequate separation between carriers.

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Abstract

Una línea de retardo múltiple basada en un AWG con una confirguración realimentada mediante tramos de un medio óptico dispersivo en el cual la utilización de múltiples longitudes de onda simultáneamente (WDM) permite, por efecto de la dispersión de los tramos del medio óptico dispersivo, conseguir una multiplicidad de retarden que se pueden variar ópticamente mediante la sintonización individual o conjunta de las múltiples longitudes de onda. La presente invención tiene su aplicación en cualquier campo en el que sea necesario conseguir una multiplicidad de retardos como, por ejemplo, ocurre en el área del conformado óptico de haces para agrupaciones de antenas. Otros campos de aplicación son los conversores ópticos analógicos-digitales, la multiplexación óptica en el dominio del tiempo (OTDM) o los sistema ópticos basados en multiplexación en código (CDMA).

Description

LINEA DE RETARDO MÚLTIPLE BASADA EN AWG Y DIFERENTES TRAMOS DE UN MEDIO ÓPTICO DISPERSIVO
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en una línea de retardo basada en un AWG (Arrayed Wavegruíde Grating o trama de difracción con guías de ondas agrupadas) y diferentes tramos de un medio óptico dispersivo que permite generar simultáneamente una multiplicidad de retardos correspondientes a una multiplicidad de portadoras ópticas. Los valores de los múltiples retardos dependerán de las longitudes de onda concretas, de la separación entre las mismas y de la dispersión del medio óptico. La invención aporta esenciales características de novedad y notables ventajas en cuanto a reducción de coste con respecto a las estructuras conocidas y utilizadas para fines similares en el estado actual de la técnica.
La presente invención tiene su aplicación en cualquier campo en el que sea necesario conseguir una multiplicidad de retardos como, por ejemplo, ocurre en el área del conformado óptico de haces para agrupaciones de antenas" donde la obtención de diferentes subconjuntos de retardos progresivos es básica para su funcionamiento. Otros campos de aplicación serían los conversores ópticos analógicos- digitales, la multiplexación óptica en el dominio del tiempo (OTDM) o los sistemas ópticos basados en multiplexación en código (CDMA) . 03 00122
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ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las agrupaciones de antenas permiten la síntesis de diagramas de radiación con unas características que no pueden ser obtenidas mediante antenas elementales . Concretamente, permiten funcionalidades como apuntamiento del haz, conformación del haz o introducción de nulos de forma dinámica, a partir del control de la amplitud y el retardo de la alimentación de los distintos elementos que componen la agrupación. Por ello, han sido ampliamente utilizadas en multitud de áreas dentro del campo de las telecomunicaciones. La funcionalidad más habitual de una agrupación de antenas es el apuntamiento del haz en diferentes direcciones del espacio, lo que para el caso de una agrupación lineal con espaciado constante se consigue mediante la introducción de un retardo progresivo
(retardos que mantienen una diferencia constante entre elementos adyacentes de la agrupación) entre los diferentes elementos de la agrupación.
Gracias a la relación proporcional que existe entre el retardo introducido sobre una onda electromagnética y el desfase correspondiente para la frecuencia de esa señal, es habitual realizar el control sobre los desfases sufridos por las señales correspondientes a cada elemento de la agrupación en lugar de sobre los retardos. Cuando la conformación de haces se debe realizar para diferentes frecuencias o para señales de un gran ancho de banda esta proporcionalidad entre retardos y desfases deja de cumplirse dando lugar al conocido fenómeno de desapuntamiento del haz {beam squint) y obligando a la utilización de líneas de retardo.
Tradicionalmente, el control de las agrupaciones de antenas se ha realizado mediante procesado en banda base o en radiofrecuencia (RF) . Sin embargo, a frecuencias elevadas (ondas milimétricas) y grandes anchos de banda el procesado en banda base se hace inviable y las propuestas en RF presentan distintos inconvenientes, entre ellos, un reducido ancho de banda, altas pérdidas y una gran complejidad de interconexión a medida que aumenta el número de elementos de la agrupación. Además, las soluciones en RF basadas en líneas de retardo conllevan habitualmente un gran volumen, peso y comple idad.
Para solucionar los problemas anteriormente descritos, en los últimos años han aparecido distintas propuestas de conformado óptico de agrupaciones, campo en el cuál se enmarca esta invención [1] - [4] .
Las arquitecturas de conformado óptico de haces presentan entre otras ventajas bajo peso y tamaño, inmunidad frente a interferencias electromagnéticas, y, sobre todo, permiten obtener fácilmente un amplio ancho de banda instantáneo y operación en retardo verdadero (TTD, True Time Delay) lo que permite apuntar el haz independientemente de la frecuencia de operación.
En un principio, los retardos de las distintas arquitecturas ópticas se realizaron mediante la propagación de la señal a través de un determinado tramo de fibra [5] . Posteriormente, se propuso la utilización de la dispersión de la fibra para implementar múltiples retardos simultáneamente [6] - [7] . El uso de otros medios de propagación dispersivos en lugar de diferentes longitudes de fibra dispersiva también ha sido propuesto, como es el caso de redes de difracción con periodicidad variable [8] . Las limitaciones en cuanto a ancho de banda, debidas a la dispersión inherente a las líneas de retardo basadas en elementos dispersivos, se pueden resolver con diferentes modulaciones ópticas tolerantes a la dispersión [8] - [9] .
La patente US nú . 5.793.907 propone una línea de retardo basada en un AWG. La propuesta se basa en una configuración realimentada y simétrica del AWG (conocida como loop-back, es decir, la realimentación se hace entre un puerto de salida del AWG y su correspondiente de entrada) tal y como se había propuesto con anterioridad para su uso como ADM (Add-Drop Mul tiplexer o multiplexador inserta-extrae) [10] - [11] .
En la mencionada patente, los retardos se consiguen mediante tramos de longitud tal que la propagación de la señal retarde la señal óptica el tiempo deseado. Para apuntar el haz principal del diagrama de radiación es necesario conseguir un retardo progresivo entre los distintos elementos de la agrupación, lo que obliga a introducir una línea de retardo por cada elemento de la agrupación, de modo que, cada línea de retardo debe incrementar la longitud de sus tramos de fibra para conseguir un retardo progresivo constante.
Por lo tanto, esta línea de retardo presenta un grave inconveniente: es necesario replicar la estructura por cada elemento de la agrupación, lo que puede hacer inviable el sistema para grandes agrupaciones dado el elevado coste de los AWG.
Referencias bibliográficas citadas
[1] W. Ng, A. Walston, G. Tangonan, J. Ne berg, J.J. Lee and N. Bernstein, "The First Demonstration of an optically
Steered Micro ave Phased Array Antenna Using True-Ti e
Delay", Journal Lightwave Technology, vol . 9, pp . 1124- 1131, September 1991. 0122
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[2] R.D. Esman, M.Y. Frankel , J.L.Dexter, L.Goldberg, M.G. Parent , "Fiber Optic Prism True Time Delay Antenna Feed" , IEEE Photonics Technology Letters , vol . 5, no. 11, pp.1347-1349, November 1993.
[3] H. Zmuda, E.H. Toughlian, "Photonic Aspects of Modern Radar" , Ed. Artech House, 1994.
[4] I. Frigyes and A.J. Seeds, "Optically Generated True- Time Delay in Phased-Array Antennas" , IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no. 9, pp . 2378- 2386, September 1995.
[5] A.P. Goutzoulis, D.K. Davies , "Hardware compresive 2- D fiber optic delay line architecture for time steering of phased array antennas", Applied Optics , vol. 29, no. 36, pp. 5353-5359 December 1990.
[6] R. Soref, "Optical Dispersión Technique for Time-Delay Beam Steering", Applied Optics, vol. 31, pp . 7395-7397, December 10, 1992.
[7] D. T. K. Tong and M. C. Wu, "A Novel Multiwavelenght Optically Controlled Phased Array Antenna with a Progra mable Dispersión Matrix" , IEEE Photonics Technology Letters, vol. 8, no. 6, pp . 812-814, June, 1996.
[8] J.L. Corral, J. Martí, S. Regidor, J.M. Fuster, R. Laming, M.J. Colé, "Continuously Variable True Time Delay Optical Feeder For Phased Array Antenna Employing Chirped Fiber Gratings" , IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 45, no. 8, pp . 1531-1536, 1997.
[9] G.H. Smith, D. Novak, Z. Ahmed "Novel technique for generation of optical SSB with carrier using a single MZM to overeóme fiber chromatic dispersión" , International
Topical Meeting on Microwave Photonics, Kyoto (Japan) , Paper PDP-2, December 1996.
[10] Y. Tachikawa, Y. Inoue, M. Kawachi , H. Takahashi and K. Inoue, "Arrayed-Waveguide Grating Add-drop Multiplexer with Loop-back Optical Paths" , Electronics Letters, vol. 29, no. 24, pp . 2133-2134, November 1993.
[11] Y. Tachikawa and M. Kawachi, "Lightwave Transrouter based on Arrayed-waveguide Grating Multiplexer" , Electronics Letters , vol. 30, no. 18, pp . 1504-1505, lst September 1994.
[12] M.K. Smit, "New Focusing and Dispersive planar component based on an Optical Phased Array" , Electronics Letters , vol. 24, no. 7, pp.385-386, March 1988.
[13] C. Dragone, "An NxN Optical Multiplexer Using a Planar Arrangement of Two Star Couplers" , IEEE Photonics Technology Letters , vol. 3, no. 9, pp . 812-815, September 1991.
[14] C. Dragone, C.A. Edwards and R.C. Kistler, "Integrated Optics NxN Multiplexer on Silicon", IEEE Photoni cs Technology Letters , vol. 3, no. 10, pp . 896-899,, October 1991.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
De forma concreta, la presente invención combina las propiedades de conmutación en función de la longitud de onda del AWG junto con la periodicidad en longitud de onda de su comportamiento y la capacidad de un medio dispersivo óptico de retardar de forma diferente distintas longitudes de onda .
De una manera más particular, la invención propone la utilización de un AWG en una configuración realimentada
(cada señal óptica se propaga dos veces a través del AWG) con tramos de un medio óptico dispersivo, junto con una fuente que pueda conmutar entre distintos subconj untos de longitudes de onda (WDM, Wavelength División Mul tiplex o Multiplexación por división en longitud de onda) e incluso podría combinar diversas longitudes de onda de cada subconjunto. Dentro de cada subconjunto, las distintas longitudes de onda cumplen que la separación entre ellas es igual a la periodicidad espectral del AWG (FSR, Free Spectral Range o rango espectral libre) de modo que, al introducirse todas las longitudes de onda del subconjunto por un puerto del AWG, todas se encaminan hacia el mismo puerto de salida. En la configuración básica de la línea de retardo, el puerto de salida escogido se conecta mediante una cierta longitud de medio óptico dispersivo con una de las entradas o salidas (la escogida u otra diferente) concreta del AWG de forma que el medio dispersivo retarde de forma distinta cada una de las longitudes de onda del subconjunto antes de atravesar de nuevo el AWG y ser encaminadas hacia el puerto de salida común. Los retardos relativos entre las diferentes longitudes de onda dependerán de la separación espectral entre las mismas y de la dispersión total del medio dispersivo. Si cada una de las salidas del AWG se conecta a un medio dispersivo con diferentes parámetros de dispersión, la selección del subconjunto de longitudes de onda adecuado permitirá seleccionar los valores de los diferentes retardos asociados a cada portadora óptica. Por otra parte, la línea de retardo múltiple objeto de esta invención obtiene múltiples retardos, mediante el encaminamiento de diferentes portadoras ópticas por un mismo tramo de medio óptico dispersivo, aprovechando la periodicidad de la respuesta en transmisión del AWG. En la configuración loop-back, si por una entrada del AWG se introducen diferentes portadoras ópticas separadas FSR, todas se encaminan hacia la misma salida y por lo tanto se realimentarán al AWG por la misma entrada recorriendo, por lo tanto, el mismo tramo. Si este tramo corresponde a un medio dispersivo como pueda ser una cierta longitud L (m) de fibra con una dispersión constante Dfps/nm-mj, dos portadoras ópticas que estuvieran separadas ^λ ínmj , sufrirían un retardo relativo entre ambas de valor:
Δτ(ps)= D(ps/rrm - m)-l(m)- Δλ(nm) (1)
De este modo, si se introducen a la línea de retardo tantas longitudes de onda como elementos tiene la agrupación, con una separación entre ellas constante e igual a la FSR del AWG, es posible introducir el retardo entre portadoras deseado mediante el ajuste de la dispersión total de cada tramo de medio óptico dispersivo que forman la realimentación, lo que para el caso de fibra óptica con dispersión constante equivale a ajustar la longitud de cada tramo. A la salida de la línea de retardo, las distintas longitudes de onda se. demultiplexarán, de manera que cada longitud de onda alimentará a un elemento de la agrupación. Al establecerse esta correspondencia uno a uno entre longitudes de onda y elementos de la agrupación es posible, en principio, utilizar un único AWG para toda la agrupación, independientemente del número de elementos de ésta. En la práctica, aparece una limitación debida al número de órdenes (número de canales dentro de una FSR) disponibles del AWG .
Aunque la realización más habitual de esta invención sería la utilización de un subconjunto de longitudes de onda separados entre sí FSR, sería posible introducir las longitudes de onda con una separación que no fuera igual a la FSR del AWG sino a múltiplos arbitrarios de ésta, de forma que se consigan retardos arbitrarios múltiplos del retardo elemental, entendiendo por retardo elemental aquél que corresponde con el debido al efecto dispersivo entre dos longitudes de onda separadas la FSR del AWG. Sería incluso posible, la selección simultánea de una o varias portadoras de más de uno de los subconjuntos , permitiendo una mayor flexibilidad en la selección de los retardos a costa de una mayor complejidad de las etapas de generación y de demultiplexación ópticas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Estas y otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 muestra el diagrama de un AWG integrado, dispositivo básico de la línea de retardo aquí expuesta.
La Figura 2 es un detalle de la zona de propagación libre del mismo, representada en la figura anterior.
La Figura 3 muestra el diagrama de la línea de retardo. Se trata de un AWG en lo que se conoce como configuración loop-back. A diferencia de anteriores propuestas, la realimentación se realiza con un medio óptico dispersivo.
La Figura 4 muestra los espectros de las señales ópticas a la entrada de la línea de retardo.
La Figura 5 muestra un ejemplo de arquitectura completa de un agrupación de antenas basada en un conformador óptico que incluye la línea de retardo múltiple basada en AWG con tramos de fibra dispersiva.
La Figura 6 muestra el diagrama de la línea de retardo en una configuración fold-back (realimentaciones entre puertos de salida del AWG) , apropiada cuando se utiliza un medio dispersivo trabajando en modo reflexión.
DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA
Para llevar a cabo la descripción detallada que sigue de la realización preferida de la presente invención, se hará referencia permanente a los dibujos de las Figuras, a través de 'las cuales se han utilizado las mismas referencias numéricas para las partes iguales o similares.
Así, la Figura 1 se refiere al componente principal de la arquitectura, el AWG, formado por zonas de propagación' libres (2 y 4) unidas por una agrupación de guías de onda de diferentes longitudes (3) y un conjunto de guías de onda de acceso en cada uno de los extremos de las zonas de propagación libres (1 y 5) . La Figura 2 es un detalle de la zona de propagación libre (2 y 4) del AWG. En ésta, Δ representa el ángulo de divergencia entre las guías de onda de entrada y de salida, R, es la distancia focal, da es la separación entre guías de onda de la agrupación de guías (6) , dr es la separación entre guías de onda de las guías de salida (5) y θ representa el ángulo de dispersión resultante de la diferencia de fase entre guías adyacentes.
Por otra parte, la Figura 3, muestra la línea de retardo múltiple, sujeto de la invención, en una configuración loop-back compuesta por un AWG (12) y tantos tramos de medio óptico dispersivo (8, 9, 10 y 11) como número de puertos del AWG menos uno, puerto que corresponde a los puertos de entrada y salida comunes.
En la Figura 5 se muestra la arquitectura completa compuesta por: la línea de retardo múltiple de la Figura 3; la fuente óptica (7), que debe proporcionar múltiples longitudes de onda, tal y como se representa en la Figura 4; una fuente de datos (15) y un modulador electroóptico (14); un demultiplexor (22) que separe las distintas longitudes de onda y las asigne al fotorreceptor correspondiente (23, 25, 30 ó 34) al elemento de la agrupación adecuado (27, 28, 31 ó 33) . Al tratarse de un dispositivo recíproco, esta línea de retardo se puede usar tanto en el modo transmisión de la agrupación de antenas como en el modo recepción, siendo necesario añadir únicamente una serie de dispositivos de separación y combinación junto con las correspondientes etapas de conversión óptica-eléctrica y electro-óptica; concretamente habrá que añadir: un demultiplexor (35) , un divisor (16) que envíe las múltiples portadoras en el camino (18) para el modo transmisión y en el camino (17) para el modo recepción, un combinador (37) , un par de diplexores (19 y 20), unos circuladores eléctricos (24, 26, 29, 32) unos moduladores electro-ópticos (36, 38, 39, 40) y un fotorreceptor (21) tal y como se muestra en la Figura 5. En la Figura 6 se muestra la línea de retardo múltiple, sujeto de la invención, en una configuración fold-back compuesta por un AWG y tantos tramos (41) de medio óptico dispersivo actuando en modo reflexión como número de puertos del AWG.
El elemento básico de la línea de retardo múltiple propuesta en esta invención es el AWG representado esquemáticamente en la Figura 1.
El funcionamiento de dicho dispositivo ha sido ampliamente tratado en la literatura [12] - [14] , siendo el siguiente: la señal entra por una de las guías ópticas de entrada (1) , en adelante puertos de entrada. Cuando la señal llega a la zona de propagación libre (FPR, Free Propagation Región o zona de propagación libre), (2) , deja de estar confinada lateralmente y diverge. Cuando llega a la apertura de entrada, el haz se acopla a la agrupación de guías de onda (3) y se propaga a través de las guías de onda individuales hasta la apertura de salida (5) , en la segunda zona de propagación libre (4) .
La longitud de estas guías se elige de forma que la diferencia de longitud entre guías adyacentes sea igual a un múltiplo entero de la longitud de onda central del AWG.
Para esta longitud de onda, los campos en las guías de onda (3) individuales llegarán a la salida con la misma fase, aparte de un múltiplo entero de 2π, y la distribución de campo que teníamos en la apertura de entrada se reproducirá en la de salida. Por tanto, el haz divergente en la apertura de entrada se transforma en uno convergente con igual amplitud y distribución de fase en la de salida. Como consecuencia de la dispersión introducida por la agrupación de guías de onda (3) el haz de salida se inclinará y el punto focal se desplazará a lo largo del plano imagen.
Según lo representado en la figura 2, situando guías de onda receptoras (5) en posiciones adecuadas a lo largo del plano imagen, conseguimos la separación espacial entre las distintas longitudes de onda. Es decir, si la longitud de onda cambia, el campo focal del AWG se mueve a lo largo de las guías de onda receptoras. Obteniéndose la respuesta en frecuencia de los diferentes canales de la superposición de este campo con los campos modales de las guías receptoras. El comportamiento periódico del AWG se traduce en que dos longitudes de onda separadas FSR implican un desplazamiento del campo focal hacia una misma guía de onda receptora, encaminando ambas longitudes de onda hacia la misma salida.
De acuerdo con la invención y a la vista de la figura 3, mediante la fuente (7) se elegirá un conjunto de longitudes de onda que se introducirá por el puerto de entrada común de la línea de retardo (8) . Dentro del conjunto habrá tantas longitudes de onda como retardos se deseen generar y la separación entre ellas corresponderá con múltiplos de la FSR del AWG de modo que todas se encaminen hacia el mismo puerto de salida. Por tanto, todas las longitudes de onda recorrerán un mismo tramo de medio dispersivo. La elección de un tramo (con su dispersión total asociada) , y consecuentemente de la multiplicidad deretardos, se realiza de forma óptica mediante la elección de un subconjunto concreto de longitudes de onda. En el caso de que el medio dispersivo sea fibra óptica con una dispersión constante, la expresión (1) muestra que se introducirá un determinado retardo entre las diferentes longitudes de onda debido a la dispersión de la fibra. Aunque el medio dispersivo preferiblemente tendrá una respuesta lineal de retardo frente a la longitud de onda, cualquier otra respuesta (como por ejemplo: curva, parabólica o diente de sierra) es posible y viable con el estado actual de la tecnología.
A causa de la configuración realimentada, el conjunto de longitudes de onda entrará de nuevo por uno de los puertos de entrada del AWG (1) . Debido al comportamiento simétrico del AWG, éste encaminará todas las longitudes de onda hacia el puerto común de salida (13) .
A la salida de la línea de retardo múltiple se introduce un demultiplexor (22), que separe cada longitud de onda dirigiéndola hacia un fotorreceptor (23, 25, 30 ó 34) . La salida de cada fotorreceptor alimentará un elemento de la agrupación (27, 28, 31 ó 33) . De este modo, la línea de retardo múltiple ha introducido, con un único AWG, un retardo progresivo entre elementos de la agrupación, lo que permite variar la dirección de apuntamiento de la misma.
En el caso de utilizar medios dispersivos que trabajen en modo reflexión, como es el caso de las redes de difracción con periodicidad variable (CFG, chirped fiber grating o red de difracción con periodicidad variable) la configuración de la Figura 3 se modificaría ligeramente quedando tal y como se muestra en la Figura 6, siendo su funcionamiento totalmente equivalente al de la Figura 3.
En cuanto a la fuente óptica (7) , ésta debe ser capaz de proporcionar un espectro similar al representado en la Figura 4. Existen distintas formas de generar este tipo de espectros, como por ejemplo mediante la conmutación entre distintos láseres multilongitud de onda con una separación entre portadoras adecuada.
Aunque la implementación preferida implica la 0122
15
selección de subconjuntos de portadoras ópticas con una separación espectral de múltiplos enteros de FSR, la selección simultánea de una o varias portadoras de más de uno de los subconjuntos de la Figura 4 es posible, permitiendo una mayor flexibilidad en la selección de los retardos a costa de una mayor complejidad de las etapas de generación y de demultiplexación ópticas.
No se considera necesario hacer más extenso el contenido de esta descripción para qué un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga alteración alguna de su fundamento, definido en las reivindicaciones anexas .

Claims

T E 03/0012216REIVINDICACIONES
1. - Línea de retardo múltiple basada en AWG y diferentes tramos de un medio óptico dispersivo, caracterizada porque mediante la utilización de múltiples longitudes de onda simultáneamente (WDM) separadas la FSR del AWG está capacitado para introducir un retardo distinto para cada portadora óptica, obteniéndose los retardos debido a la dispersión de los tramos del medio óptico dispersivo de las realimentaciones, y porque la obtención de un conjunto de retardos u otro se realiza de forma óptica mediante la elección de un determinado subconjunto de longitudes de onda.
2. - Línea de retardo múltiple basada en AWG según la reivindicación 1, caracterizada porque el medio óptico dispersivo consiste en tramos de fibra óptica dispersiva, redes de difracción o bien cualquier otro medio dispersivo tanto en transmisión como en reflexión.
3. - Línea de retardo múltiple basada en AWG según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada, porque la configuración de la realimentación entre los puertos de entrada y salida del AWG, es cualquier tipo de configuración loop-back, tanto aquéllas que conectan un puerto de salida con su' simétrico de entrada,, como aquéllas que conectan los puertos de entrada y salida de cualquier otra forma.
4.- Línea de retardo múltiple basada en AWG, según cualquiera de las reivindicaciones Ia y 2a, caracterizada porque la configuración de la realimentación entre los puertos de entrada y salida del AWG, es cualquier tipo de configuración fold-back en la que los puertos de salida del AWG se conectan entre sí incluso consigo mismos.
5.- Línea de retardo múltiple basada en AWG, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las longitudes de onda presentan una separación entre ellas que no es la FSR del AWG sino múltiplos de ésta.
6.- Línea de retardo múltiple basada en AWG, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se introducen simultáneamente un número finito de grupos de longitudes de onda, de forma que las longitudes de onda de cada grupo están separadas entre sí FSR, pero no así entre las longitudes de onda de grupos distintos.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7303745B2 (en) * 2005-04-15 2007-12-04 Bristol-Myers Squibb Company Method for preventing or treating the development of respiratory allergies
GB2436407B (en) * 2006-03-20 2010-04-14 Fujitsu Ltd A device for delaying an optical signal
US9482862B2 (en) * 2013-07-26 2016-11-01 Neophotonics Corporation Adjustable grid tracking transmitters and receivers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0591042A1 (en) * 1992-09-29 1994-04-06 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Arrayed-wave guide grating multi/demultiplexer with loop-back optical paths
US5793907A (en) * 1996-03-28 1998-08-11 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for a wavelength selective true-time delay for an optically controlled device
JP2001042375A (ja) * 1999-07-29 2001-02-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変光源、波長変換装置、および波長ルータ
WO2001033270A1 (en) * 1999-11-01 2001-05-10 Alcatel Optronics Uk Limited Phasar with flattened pass-band

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPP208398A0 (en) * 1998-03-02 1998-03-26 University Of Melbourne, The An optical device for dispersion compensation
KR100342426B1 (ko) * 2000-10-04 2002-07-03 윤덕용 파장분할 다중방식 환형 광통신망의 장애수리후 복귀방법
JP3816889B2 (ja) * 2002-05-15 2006-08-30 独立行政法人産業技術総合研究所 光伝送媒体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0591042A1 (en) * 1992-09-29 1994-04-06 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Arrayed-wave guide grating multi/demultiplexer with loop-back optical paths
US5793907A (en) * 1996-03-28 1998-08-11 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for a wavelength selective true-time delay for an optically controlled device
JP2001042375A (ja) * 1999-07-29 2001-02-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変光源、波長変換装置、および波長ルータ
WO2001033270A1 (en) * 1999-11-01 2001-05-10 Alcatel Optronics Uk Limited Phasar with flattened pass-band

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN *

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