WO2016016485A1 - Sistema y método de caracterización distribuida continua de un medio de fibra óptica - Google Patents

Sistema y método de caracterización distribuida continua de un medio de fibra óptica Download PDF

Info

Publication number
WO2016016485A1
WO2016016485A1 PCT/ES2014/070937 ES2014070937W WO2016016485A1 WO 2016016485 A1 WO2016016485 A1 WO 2016016485A1 ES 2014070937 W ES2014070937 W ES 2014070937W WO 2016016485 A1 WO2016016485 A1 WO 2016016485A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength
light
optical signal
fiber
optical
Prior art date
Application number
PCT/ES2014/070937
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juan PASTOR GRAELLS
Sonia Martin Lopez
Miguel Gonzalez Herraez
Aitor Villafranca Velasco
Original Assignee
Universidad De Alcalá
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Alcalá filed Critical Universidad De Alcalá
Publication of WO2016016485A1 publication Critical patent/WO2016016485A1/es

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre

Definitions

  • the present invention belongs to the field of technologies based on optical fiber, and in particular, to a method and system of distributed characterization of optical fiber media.
  • This type of quasi-distributed system has the limitations of providing sampled sensing and of increasing bandwidth by increasing the maximum length and / or spatial resolution of the sensing. Additionally, the sensing is carried out based on elements integrated in the optical fiber and not by the light propagation itself to along the fiber These schemes, therefore, are not extensible to fully distributed sensing systems based on linear or non-linear dispersion effects, or to metrology systems of the optical fiber itself, said systems being fully distributed the object of the present invention.
  • sensors are an attractive and very promising technique for spatially continuous sensing over long lengths of physical parameters such as deformation and temperature.
  • sensors based on fiber optic technology and linear effects such as Rayleigh scattering (scattering), and non-linear sensors such as Raman scattering and Brillouin scattering, have experienced a growing application in instrumentation of all types of civil infrastructure ( bridges, tunnels, buildings, dams ...), transport (airplanes, railway lines %), industrial (gas, water, oil rigs ).
  • Rayleigh scattering takes place in any material by the interaction of photons with the atoms that make up the material. As a result of this interaction, in the particular case of the optical fiber, part of the optical signal returns through it to the sending source.
  • the Raman effect is the absorption and subsequent emission of a photon when interacting with electrons in a material medium with energy exchange with this medium, passing the electron to a virtual state and generating a new energy photon greater or less than that of the photon incident.
  • the loss or gain of energy is explained by the generation of a particle called an optical phonon.
  • the Brillouin effect is similar to that described as Raman but the energy exchange is explained by the generation of an acoustic sound. Both effects, which produce new photons at frequencies different from those of the incident photon (or pumping photon), are used as distributed amplifiers, since low signal photons take energy from the photons generated by these processes throughout their propagation by fiber optic
  • Raman optical reflectometers in the temporal domain (ROTDR) of the Raman Optical Time Domain Reflectometer have been developed, among others, Raman optical reflectometers in the frequency domain (ROFDR) of the Raman Optical Frequency Domain Reflectometer '), Brillouin optical domain time reflectometers (BOTDR), Brillouin Optical Time Domain Analyzers (BOTDA), and Optical Analyzers Brillouin in the frequency domain (BOFDA, from English 'Brillouin Optical Frequency Domain Analyzer').
  • ROFDR Raman optical reflectometers in the frequency domain
  • BOTDR Brillouin optical domain time reflectometers
  • BOTDA Brillouin Optical Time Domain Analyzers
  • BOFDA Optical Analyzers Brillouin in the frequency domain
  • US 2013/0222811 A1 presents a distributed sensor that uses pulses of multiple durations and wavelengths to monitor a single stretch of optical fiber.
  • the backscatter in English, backscatter
  • the backscatter generated by the different wavelengths is detected independently and compared to each other to monitor the desired physical parameter.
  • the techniques of distributed metrology of optical fibers are of great help for the evaluation and control of fiber lines already installed, mainly for applications in the field of communications.
  • the demand for fiber lines has experienced such a great growth that it is necessary to make the most of existing lines, as well as new facilities. Therefore, the availability of measuring equipment that allows metrological examinations to be distributed on the specific characteristics of the optical fiber has gained great importance.
  • the fundamental parameters to be determined are the polarization mode dispersion (PMD), the chromatic dispersion (CD), and the parameters derived from said chromatic dispersion, such as null dispersion wavelength
  • the transmitted PMD is the widening that the pulse of light guided on the fiber It experiences the difference in propagation speed between the two fundamental polarization states transmitted (slow mode and fast mode).
  • a uniform, symmetrical and installed single-mode fiber optic so that the curvatures do not induce birefringence should have zero PMD.
  • all random variations of curvatures, asymmetries of the fiber, etc. cause random fluctuations of the birefringence along the fiber and, consequently, differences in the time of flight of the light pulse according to its polarization.
  • Random fluctuations in fiber birefringence occur in all installed fibers, and depend on the physical characteristics of the fibers (refractive index, concentration of dopants, non-circularity and ellipticity of the core %), how it installed the fiber (curvatures, microcurvatures, pressures and tensions %), of polarizing elements included in the transmission line (filters, insulators, Bragg networks %) and, in addition, of the atmospheric conditions (mainly the temperature) .
  • Chromatic dispersion is a phenomenon that appears as a consequence of the linear propagation of light by the fiber, and that is directly related to the dependence of the propagation constant on frequency.
  • the effect of chromatic dispersion on the signals that propagate through the optical fiber is an undesirable widening of the light pulses that contain the information. This makes it necessary to compensate for this widening to maintain undisturbed communication, so it is crucial to know the dispersion curve presented by the fibers with metrological precision.
  • the typical chromatic dispersion curves of commercial optical fibers have a wavelength for which parameter D is null, which is very interesting when deciding which wavelengths of light will be used in communication.
  • optical polarization reflectometers in the time domain POTDR
  • COTDR consistent optical reflectometers in the time domain
  • FWM-ODR four-wave mixing reflectometers
  • TCOTDR coherent optical time-tunable reflectometers
  • US 6724469 B2 and EP 1235064 A2 have two distributed PMD and CD measurement systems respectively.
  • KR 2013-0058797 A proposes a distributed sensor with several selectable fiber optic branches through the use of a switch.
  • the branches can only be analyzed sequentially, preventing their simultaneous monitoring.
  • all branches share a single sensing signal, so access to branch switching is required for active control thereof.
  • US 6,879,742 B2 presents a sensing system based on Bragg networks with multiple parallel branches.
  • the sensors of all frames are multiplexed using the same wavelengths, so that a system of intensity multiplexing is necessary to differentiate between sensors of different branches associated with the same wavelength.
  • the analysis provided is sampled in length.
  • Each sampling point within the same branch represents a Bragg network with a slightly different wavelength, which makes it difficult to scale by increasing the sensing length of the system or its resolution.
  • WO 2013/028110 A1; US 7,310,134 B2 and WO 2013/141765 A1 present monitoring systems for fiber optic communications networks using different OTDR variants in which monitoring signals with different spectral components are used for each fiber or group of fibers leaving a branch.
  • all of them have limitations as to the type of measure that can be carried out, being only focused on the detection of faulty lines by analysis of reflected light signals.
  • the described provisions do not allow metrological measurements of the fiber, such as averages of PMD or CD, or implement other distributed sensing techniques, such as those that involve non-linear processes or that require access to the fiber under measure at both ends.
  • the techniques presented show limitations in terms of parsable network topologies, such as when cascading bifurcations occur, and in terms of the possibility of simultaneous measurements of several optical fibers.
  • the present invention solves all the above problems by means of a fully distributed method and characterization system of branched fiber optic media that employs wavelength multiplexing techniques to interrogate and identify the different branches of said fiber optic medium.
  • This characterization can be applied both to metrological measures of intrinsic properties of the fiber and to measurements for sensing, from the effect produced by external phenomena in the propagation of light in the fiber.
  • a distributed characterization system of a fiber optic medium comprising at least one branch from which at least two fiber optic segments arise is presented.
  • the system includes:
  • Light emission means coupled to the fiber optic medium, adapted to emit light at at least two different wavelengths.
  • the particular emission wavelengths, as well as the bandwidth and the power of the emitted light, are adapted to the particular distributed sensing or distributed metrology technique implemented by the system and to the characteristics of the optical fiber medium that acts as sensing medium or metrology.
  • Routing means located in each branch of the fiber optic medium, and adapted to route or distribute the light emitted between the fiber optic segments that arise from said branch. That is, the routing means are configured to route at least one light emitted at a first wavelength to a first fiber optic segment and a light emitted at a second wavelength to a second fiber optic segment.
  • the fiber optic medium acts as a means of sensing or metrology, and not as a mere means of transmitting signals between light sources and other additional elements. Therefore, the fiber optic segments preferably maintain a constant transverse structure along its path.
  • the specific sensing or metrology technology affects the type of optical signal to be analyzed, and therefore the configuration of the detection means.
  • the optical signals to be analyzed comprise one or more of the following options: light transmitted at the emission wavelength; light reflected at the emission wavelength; and light at a wavelength other than the emission wavelength, generated as a result of nonlinear processes in the optical fiber medium.
  • the optical signal resulting from the propagation of the light at the first wavelength in the first fiber segment (first optical signal)
  • any other optical signal generated in segments and / or additional bifurcations have spectral components identifying the segment or segments through which the light that has generated said optical signals has been propagated.
  • the optical signals Prior to reception in the detection means, the optical signals are multiplexed again until they meet in a single optical fiber that serves as input of said detection means.
  • the multiplexing of the optical signals can be performed by the routing means themselves operating in the opposite direction, or by dedicated multiplexing means.
  • each fiber optic segment is connected to the detection means, that characterize each fiber optic segment according to the optical signal or signals generated in said segment. This characterization is resolved in length, and provides spatially continuous information (that is, not sampled in length). Since each optical signal has different spectral components and is independently detected from the rest of the optical signals, the system allows to characterize arbitrary topologies of the fiber optic medium without the need to incorporate measuring elements or active switches in the bifurcations.
  • the emission means are tunable means, either by comprising a tunable laser source or a tunable filter. Since at a given time, the detection means only receive the signal or optical signals corresponding to a single branch of the fiber optic medium, said detection means does not need to discriminate in frequency said signal or optical signals received from the signals associated with other branches
  • the emission means are adapted to simultaneously emit light at all wavelengths necessary to analyze all branches of the fiber optic medium.
  • the detection means comprise discrimination means frequency, such as a tunable filter, so that at a given time only the information of the optical signals associated with a branch is transmitted to the analysis means.
  • the emission means are adapted to simultaneously emit light at all the wavelengths necessary to analyze all branches of the fiber optic medium.
  • the detection means comprise spectroscopy analysis means), such as an optical spectrum analyzer or a demultiplexer connected to an array of photodetectors, adapted to simultaneously and separately detect all the received optical signals, corresponding to the different Fiber optic medium branches.
  • some of the preferred options contemplated for the light emission means of the system are a multi-wavelength light source, such as a generator of frequency sources, and a plurality of light sources narrowband multiplexed.
  • a tunable narrowband source and a broadband light source coupled to a tunable filter are contemplated as preferred options for the light emission means of the system.
  • both the emission of light and the detection of the light resulting from the propagation of the emitted light can be carried out at one or several ends of the fiber optic medium.
  • the following preferred options are contemplated:
  • the light emission and detection means are connected to the same end of the fiber optic medium.
  • the optical signals detected therefore comprise either reflected light, or backscattered light (from English 'backscattered').
  • the light emitting means are connected to two opposite ends of the fiber optic medium.
  • the system then comprises the additional routing means necessary to generate at least two counterpropagating signals in each fiber optic segment.
  • the detection means may be connected either to a single end of the fiber optic medium, or to both ends to which the emission means are connected.
  • the light detection means are connected to two opposite ends of the fiber optic medium.
  • the system then comprises the additional multiplexing means necessary to multiplex all the optical signals to be analyzed by each of the light detection means.
  • the light emitting means may be connected either to a single end of the fiber optic means, or to the two ends to which the detection means are connected.
  • a preferred option comprises implementing a phase sensitive optical reflectometry (OOTDR) method.
  • OOTDR phase sensitive optical reflectometry
  • the light emitting means are adapted to emit light with the coherence necessary to perform the ⁇ 3> OTDR measurements
  • the channels of the routing means are adapted to guarantee a level of interference between adjacent channels that allows the carrying out said measurements
  • the analysis means are configured to characterize the fiber optic medium following said ⁇ J> OTDR technique.
  • a distributed characterization method is presented, applicable to a fiber optic medium with at least one branching, the branching in turn comprising at least two segments of optical fiber.
  • the method comprises. i) To emit light, comprising the light emitted, at least, light centered on a first wavelength and light centered on a second wavelength.
  • Some preferred options for the step of emitting light include emitting light with a multi-wavelength source, with a frequency comb, with a plurality of narrowband sources and with a broadband source connected to a tunable filter. The emission of light centered on the different wavelengths can be carried out simultaneously or sequentially depending on the particular implementation of the method.
  • the detection can be performed at a single end of the fiber optic medium or at two opposite ends of said fiber optic medium.
  • ii) Distribute the emitted light between the fiber optic segments of the fork according to its wavelength. That is, at least the light centered on the first wavelength is routed to a first fiber optic segment of the fork, and at least the light centered on the second wavelength is routed to a second fiber optic segment of said bifurcation. fork.
  • light centered at a different wavelength is propagated on each fiber optic segment of the branch, said propagation generating at least one optical signal in each segment.
  • the optical signal generated in each segment may be centered on the same emission wavelength and be generated by reflection or transmission, or be centered on a wavelength different from that of emission as a result of non-linear processes, also being able to propagate in the same direction of the emitted light or be counterpropagant with respect to said emitted light.
  • each fiber optic segment based on the signal or optical signals generated as a result of the propagation by said segment of the emitted light centered on the wavelengths routed in said segment.
  • the detection of the optical signals can be performed simultaneously or sequentially depending on the particular implementation of the method. Also, depending on the sensing technique or metrology implemented, the detection can be performed at a single end of the fiber optic medium or at two opposite ends of said fiber optic medium.
  • the method consists of characterizing the fiber optic medium by means of a phase sensitive optical reflectometry (pOTDR) technique.
  • pOTDR phase sensitive optical reflectometry
  • the steps of light emission, wavelength routing and analysis of detected light are adapted to the particular requirements of said technique.
  • the system and method of the invention make it possible to characterize fiber optic means with an arbitrary branch topology without the need to add measuring equipment in each of said branches.
  • the characterization provided is fully distributed, that is, it provides measures determined in length, said measurements being also continuous and not sampled.
  • the system and method of the invention are easily scalable to any topology of the fiber optic medium and to any distributed sensing and metrology technique, and allows maximum sensing lengths similar to those of said techniques to be achieved when used in a single fiber segment.
  • Figure 1 shows a diagram of a system for characterizing a fiber optic medium with emission and detection of light from a single end of said fiber optic medium, in accordance with a particular implementation of the invention.
  • Figure 2 shows a system with emission and detection of light from two opposite ends of a fiber optic medium with a symmetrical branch structure, in accordance with a particular implementation of the invention.
  • Figure 3 exemplifies a system with access to two ends of a fiber optic medium, said two ends being located in the same location, in accordance with a particular implementation of the invention.
  • Figure 4 illustrates various particular implementations of the light emitting means comprised in the system of the invention.
  • Figure 5 presents several particular implementations of the detection means of light included in the system of the invention.
  • Figure 6 specifies a possible configuration of the routing means of the system, in the case of comprising return optical fibers following the layout of the optical characterization fibers, in accordance with a particular implementation of the invention.
  • the term 'distributed characterization' includes both distributed sensing techniques to detect and characterize effects and conditions originating outside the fiber (OTDR, OFDR, ROTDR, ROFDR, BOTDR, BOTDA, BOFDA, COTDR, ⁇ POTDR and any other known in the state of the art), as distributed metrology systems for characterization of the intrinsic properties of the fiber (POTDR, PMD-OTDR, DC-OTDR, FWM-OTDR, and any other known in the state of the art) .
  • the distributed characterization is performed through the analysis of the propagation of light along the optical fiber, and not based on additional elements or components located along the fiber. That is, the optical fiber itself acts as a means of sensing and metrology, and not as a simple means of transmitting optical signals.
  • the invention is not limited to the specific embodiments that have been described, but also covers, for example, the variants that can be made by the average person skilled in the art (for example, in terms of the choice of materials , dimensions, components, configuration, etc.), within what follows from the claims.
  • the preferred embodiments of the invention are described for some specific topologies of the fiber optic media, the described method and system can be applied to fiber optic media with different topologies. There are, therefore, no limitations inherent to the invention in terms of the number of branches, their structure, the length of the fiber optic segments, the number of fiber optic segments that arise from the same branch, or the number of different wavelengths used.
  • Figure 1 schematically presents a first preferred embodiment of the system of the invention, which in turn implements a first preferred embodiment of the steps of the method of the invention.
  • the system comprises emission means 100 coupled through a circulator 101 to a first end of a fiber optic medium 102.
  • the emission means are configured to emit light centered on a plurality of emission wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • the system comprises detection means 103, as well as analysis means 104 connected to the detection means 103.
  • the circulator 101 may be replaced by other coupling and isolation means that result in equivalent light redirection.
  • the fiber optic means 102 comprises a plurality of segments 105a, 105b, 105c, 105d, 105e organized in a branched structure.
  • Each branch comprises routing means 106a, 106b, configured to distribute (demultiplex) the light emitted between the different segments 105a, 105b, 105c, 105d, 105e based on their emission wavelength ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • the technology on which the routing means 106a, 106b for routing the emitted light are based can be any of those available in the state of the art, for example: Bragg networks, add-drop filters and multiplexers, filter filters thin sheets, filters based on fused fiber coupler technology (fused fiber-coupler), etc.
  • each segment comprising a network termination that is, segments 105b, 105d, 105e are characterized as a function of the propagation of a single spectral component of the emitted light, each of said spectral components having a distinctive wavelength, different from the wavelength other segments with network termination.
  • the routing means they can route multiple wavelengths in the same segment, either to perform independent and complementary characterizations, or to participate in a joint optical process such as the generation of optical signals at other wavelengths.
  • network terminations are typically passive terminations, without additional optical equipment.
  • a plurality of optical signals are generated, from which the characterization is performed.
  • Said optical signals may be centered at the same emission wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 or have frequency shifts.
  • the optical signals may be reflected, transmitted, or backcast optical signals.
  • the network terminations typically comprise mirrors or other intended elements to reflect the transmitted light.
  • the generated optical signals are multiplexed again into a single fiber 105a, coupled to the sensing means 103. Said multiplexing is performed by the tightening means 106a, 106b operating in the opposite direction to demultiplexing. However, there may be particular implementations in which multiplexing and demultiplexing is performed by independent unidirectional devices. Note that the routing means 106a, 106b or any other additional device responsible for multiplexing the optical signals is configured to route the optical signals, whose wavelength may have undergone variations with respect to the light emitted by the emission means. Therefore, each channel of routing means 106a, 106b comprises not only the emission wavelength ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 but also a sufficient range to include any frequency offset resulting from optical effects used by the technique of metrology or sensing.
  • routing means 106a, 106b are configured to route each optical signal to the same segment as the emitted light whose propagation generates it.
  • the fiber optic medium 102 acts as a means of sensing and metrology, and not as a mere means of transmitting signals to other measuring elements.
  • the branch structure can cause the existence of segments through which multiple wavelengths propagate (such as 105a and 105b in the example in the figure). Therefore, the wavelength and emission power of all the light propagated through said segments is adapted to avoid nonlinear phenomena outside the characterization process.
  • said segments are independently characterized by each wavelength propagated through them. That is, segment 105a is independently characterized by the emission wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 , while segment 105b is independently characterized by the emission wavelengths AL ⁇ 2 .
  • the detection means 103 are configured to detect the plurality of optical signals received independently and without interference between them. Accordingly, the analysis means 104 characterize with each optical signal all fiber segments through which the light has been routed to the wavelength whose propagation has generated said optical signal. For example, the analysis of the optical signal generated by the light emitted at wavelength ⁇ 2 , uniquely and simultaneously characterizes segments 105a, 105c and 105e, and not only the final segments in which other wavelengths do not propagate .
  • Figure 2 shows a second application example in which the characterization technique requires access to both ends of each segment under analysis.
  • the system comprises second emission means 100 'and second detection means 103' connected to a second end of the fiber optic means 102 through a second circulator 101 '.
  • the first detection means 103 and the second detection means 103 ' are connected to the same analysis means 104.
  • the fiber optic medium 102 has a symmetrical branch structure.
  • a second routing means 106a ', 106b' distributes the emission wavelengths of the second transmission means 100 'between a second plurality of segments 105a', 105b ', 105c', 105d ', 105e' .
  • the second routing means 106a ', 106b' and the second plurality of segments 105a ', 105b', 105c ', 105d', 105e 'do not have a symmetric branch structure, as long as the second routing means 106a ', 106b' are adapted to implement a multiplexing / demultiplexing of wavelengths equivalent to said symmetric structure.
  • said symmetric structure can be replaced by unique routing means adapted to redirect the appropriate emission wavelengths to each end fiber segment (in the example of the figure, wavelength A, to segment 105b, length of wave A 2 to segment 105d and wavelength A 3 to segment 105b) and / or multiplex the optical signals generated in said segments.
  • the emission lengths Ai, A 2 , A 3 of the first emission means 100 and the second emission means 100 'do not have to coincide.
  • the channels of the routing means are therefore adapted to correctly route all the signals involved in the characterization of each segment.
  • the fiber 105b being characterized by an optical signal A a generated in a counterpropagory direction to the light emitted with wavelength ⁇ as a result of the interaction with light emitted in the wavelength A for the second emission means, for example in the case of a Brillouin pumping system.
  • the channels of the routing means 106a would be adapted to route wavelength ⁇ in segment 105b and to route wavelengths A a and A in segment 105a.
  • the channels of the routing means 106 ' would be adapted to route the wavelengths A a and A b in the segment 105b' and the wavelength ⁇ in the segment 105a '.
  • the plurality of wavelengths involved in the characterization of each channel are adapted so as not to cause interference with the signals involved in other channels, and to allow the described routing.
  • a third example with a similar topology is shown in Figure 3, its main difference from the previous figure being that the second plurality of segments 105a ', 105b', 105c ', 105d', 105e 'shares plotting with the first plurality of segments 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, allowing the first emission means 100, the second emission means 100 ', the first detection means 103 and the second detection means 103' to share the same physical location.
  • routing means 106a and 106b are responsible for both multiplexing and demultiplexing of signals, having independent inputs and outputs for each of the two processes.
  • the method and system of the invention can implement various variants depending on whether their emission and their detection of the different spectral components is performed simultaneously or sequentially. Therefore, some possible variants of implementation of the emission means 100 and the detection means 103 adapted to the different emission and detection configurations are detailed below. However, the invention is not limited to the specific embodiments described, but also encompasses any variant thereof known in the state of the art and realizable by the person skilled in the art, within what follows from the claims.
  • Figure 4 shows various preferred embodiments of the broadcast media 100.
  • Figure 4a shows broadcast media 100 based on a broadband source 200 connected to a tunable filter 201.
  • the bandwidth of the broadband source 200 comprises all emission wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 , which are sequentially selected by the tunable filter 201.
  • said tunable filter 201 is coordinated with the detection means 103 in order to identify the segment or segments under Analysis at a certain time.
  • the segment or segments under analysis is identified in the detection means 103 directly from the frequency content of the received optical signals.
  • the broadcasting means 100 also comprise additional elements such as a controller 202 for managing the broadband source 200 and the tunable filter 201; power control means 203, which may comprise both amplifiers and attenuators; an insulator 204 to protect the source from any reflected beam; Y any other element necessary for the operation of the emission means 100.
  • a controller 202 for managing the broadband source 200 and the tunable filter 201 power control means 203, which may comprise both amplifiers and attenuators; an insulator 204 to protect the source from any reflected beam; Y any other element necessary for the operation of the emission means 100.
  • Figure 4b shows emission means 100 comprising a tunable laser 210 whose emission range covers all emission wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • the wavelengths are emitted sequentially, so that at each instant of operation, only a single branch of the fiber optic medium is being characterized.
  • Figure 4c shows emission means 100 formed by a plurality of narrowband sources 220.
  • Each narrowband source emits light centered on one of the emission wavelengths ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 , all emissions being multiplexed in a single fiber output by means of a multiplexer 221.
  • This arrangement allows the simultaneous analysis of all branches of the fiber optic medium 102.
  • Figure 4d shows a multi-wavelength source 230 that generates all of them by itself. the emission wavelengths ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • Multi-wavelength source 230 can be implemented, for example, by a frequency optical comb.
  • Figure 5 shows multiple variants regarding the implementation of the detection means 103.
  • Figure 5a presents a system based on a single photodetector 302 for sequential analysis of the optical signals received through a tunable filter 301.
  • detection means may also comprise power control means 300.
  • the tunable filter 301 of the detection means 103 is adapted to sequentially filter the wavelengths of the optical signals to be analyzed, which may have suffered deviations from the lengths emission wave ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • Figure 5b shows detection means 103 comprising an independent photodetector 302 for each optical signal received, allowing parallel analysis thereof by the same analysis means 104.
  • the detection means 103 also comprise a demultiplexer 310 adapted to separate said optical signals depending on their wavelength.
  • Fig. 5c shows detection means 103 based on an optical spectrum analyzer 320 (OSA) of the "Optical Spectrum Analyzer".
  • OSA optical spectrum analyzer
  • Each trace of OSA 320 simultaneously provides information on all optical signals under analysis. The separation between optical signals is therefore carried out at the level of data processing in the analysis media 104.
  • the characterization techniques typically require the temporal analysis of the optical signals, so that the scanning time of the OSA 320 should be sufficiently short to ensure the correct temporal analysis of the signals optical maintaining the desired spatial resolution.
  • Figure 6 shows a possible configuration for routing means 106a, 106b in the case where they act as both demultiplexing means and multiplexing means with separate input and output fibers.
  • Said routing means 106b use a demultiplexer 400 and a multiplexer 401 with independent inputs and outputs.
  • demultiplexer 400 receives as input the light emitted at wavelengths A 2 and ⁇ 3 and distributes them in segments 105d and 105e.
  • segments 105d and 105e, or its extensions 105d 'and 105e' act as inputs of multiplexer 401, which combines the resulting optical signals in segment 105c '.
  • the system and method of the invention implement a time-sensitive phase-sensitive optical reflectometry (OOTDR) system.
  • OOTDR time-sensitive phase-sensitive optical reflectometry
  • the emission means 100 emit highly coherent pulses of light, while the detection means 103 and the analysis means 104 detect and analyze light reflected by scattering centers. Since the position of the scattering centers is random, the ⁇ t> OTDR traces have random oscillations. If localized vibrations occur, the cDOTDR traces have oscillations synchronized with the vibration frequency.
  • the analysis means 104 are therefore adapted to characterize in a distributed manner the fiber optic means 102 as a function of said oscillations.
  • routing means 106a, 106b are adapted to route highly coherent light pulses, and to ensure, together with the emission means 100, that the wavelengths involved do not interfere with each other preventing the measurement of the OOTDR traces of Each fiber segment.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Sistema y método para sensado y metrología distribuidos que permiten caracterizar un medio de fibra óptica (102) ramificado mediante multiplexado por longitud de onda. El sistema comprende medios de emisión de luz (100) adaptados para emitir luz a múltiples longitudes de onda (λ1, λ2, λ3) y medios de enrutado (106a, 106b) adaptados para distribuir dichas longitudes de onda (λ1, λ2, λ3) en una pluralidad de segmentos (105a, 105b, 105c, 105d, 105e) del medio de fibra óptica (102). El sistema comprende asimismo medios de detección (103) y medios de análisis (104) adaptados para caracterizar cada segmento (105a, 105b, 105c, 105d, 105e) en función de una luz resultante de una propagación de una o más longitudes de onda (λ1, λ2, λ3) por dicho segmento.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE CARACTERIZACIÓN DISTRIBUIDA CONTINUA DE UN
MEDIO DE FIBRA ÓPTICA
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al sector de las tecnologías basadas en fibra óptica, y en particular, a un método y sistema de caracterización distribuida de medios de fibra óptica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La caracterización distribuida de fibras ópticas, ya sea para sensado o metrología, ha despertado un gran interés en los últimos años gracias a su capacidad de proporcionar medidas resueltas en longitud a partir de diversos efectos que afectan a la propagación de la luz a lo largo de la fibra óptica. Dichos efectos pueden ser de origen externo, como en el caso de los sensores distribuidos, o intrínsecos a la propia fibra, como ocurre en los sistemas de metrología.
Nótese que, al contrario que los sistemas quasi-distribuidos, como por ejemplo aquellos basados en redes de Bragg, los sistemas totalmente distribuidos proporcionan información continua a lo largo de la fibra. Por lo tanto, la información proporcionada no está limitada a los puntos de muestreo marcados por la posición de dichas redes de Bragg. A modo de ejemplo, US 5,757,487 presenta un sistema de sensado quasi- distribuido de presión basado en un único segmento de fibra óptica que comprende una pluralidad de grupos de redes de Bragg equiespaciadas con longitudes de onda de operación crecientes. La emisión de una pluralidad de fuentes de luz centradas en dichas longitudes de onda es combinada para su introducción en el segmento de fibra óptica, y posteriormente demultiplexada para su análisis.
Este tipo de sistemas quasi-distribuidos presentan las limitaciones de proporcionar un sensado muestreado y de requerir un ancho de banda creciente al aumentar la longitud máxima y/o la resolución espacial del sensado. Adicionalmente, el sensado se realiza en base a elementos integrados en la fibra óptica y no por la propia propagación de la luz a lo largo de la fibra. Estos esquemas, por lo tanto, no son extensibles a sistemas totalmente distribuidos de sensado basados en efectos lineales o no lineales de dispersión, ni a sistemas de metrología de la propia fibra óptica, siendo dichos sistemas totalmente distribuidos el objeto de la presente invención.
Los sensores distribuidos constituyen una técnica atractiva y muy prometedora para sensado espacialmente continuo en largas longitudes de parámetros físicos como la deformación y la temperatura. En los últimos años, los sensores basados en tecnología de fibra óptica y efectos lineales como el scattering (dispersión) Rayleigh, y no lineales como el scattering Raman y el scattering Brillouin, han experimentado una creciente aplicación en instrumentación de todo tipo de infraestructuras civiles (puentes, túneles, edificios, presas...), de transporte (aviones, líneas ferroviarias...), industriales (conducciones de gas, de agua, plataformas petrolíferas...). El scattering Rayleigh tiene lugar en cualquier material por la interacción de los fotones con los átomos que componen el material. Como resultado de esta interacción, en el caso particular de la fibra óptica, parte de la señal óptica retorna por ella hacia la fuente emisora. El efecto Raman es la absorción y posterior emisión de un fotón al interaccionar con electrones en un medio material con intercambio de energía con este medio, haciendo pasar al electrón a un estado virtual y generándose un nuevo fotón de energía mayor o menor que la del fotón incidente. La pérdida o ganancia de energía se explica mediante la generación de una partícula llamada fonón óptico.
El efecto Brillouin es similar al descrito como Raman pero el intercambio de energía se explica con la generación de un fonón acústico. Ambos efectos, que producen nuevos fotones a frecuencias diferentes a las del fotón incidente (o fotón de bombeo), se usan como amplificadores distribuidos, ya que los fotones de baja señal toman energía de los fotones generados por estos procesos a lo largo de su propagación por la fibra óptica.
Los fenómenos no lineales de scattering Raman y Brillouin que tienen lugar en la fibra óptica, tienen una dependencia directa con las variaciones de temperatura (Raman y Brillouin) y deformaciones (Brillouin) que experimenta la fibra óptica, permitiendo implementar técnicas directas de sensado de estas magnitudes. Basados en los diversos fenómenos físicos mencionados, se conocen en el estado de la técnica diversas familias de sensores distribuidos. Basados en scattering lineal, se han desarrollado, por ejemplo, reflectómetros ópticos en el dominio temporal (OTDR, del inglés 'Optical Time Domain Reflectometer'), y reflectómetros ópticos en el dominio frecuencial (OFDR, del inglés 'Optical Frequency Domain Reflectometer'). Basados en scattering no lineal, se han desarrollado, entre otros, reflectómetros ópticos Raman en el dominio temporal (ROTDR, del inglés 'Raman Optical Time Domain Reflectometer'), reflectómetros ópticos Raman en el dominio frecuencial (ROFDR, del inglés 'Raman Optical Frequency Domain Reflectometer'), reflectómetros ópticos Brillouin en el dominio temporal (BOTDR, del inglés 'Brillouin Optical Time Domain Reflectometer'), analizadores ópticos Brillouin en el dominio temporal (BOTDA, del inglés 'Brillouin Optical Time Domain Analyzer'), y analizadores ópticos Brillouin en el dominio frecuencial (BOFDA, del inglés 'Brillouin Optical Frequency Domain Analyzer').
Por ejemplo, US 2013/0222811 A1 presenta un sensor distribuido que utiliza pulsos de múltiples duraciones y longitudes de onda para monitorizar un único tramo de fibra óptica. La retrodispersión (en inglés, backscatter) generada por las distintas longitudes de onda es detectada independientemente y comparada entre sí para monitorizar el parámetro físico deseado.
De manera equivalente al sensado distribuido, las técnicas de metrología distribuida de fibras ópticas resultan de gran ayuda para la evaluación y control de tendidos de fibra ya instalada, fundamentalmente para aplicaciones en el ámbito de las comunicaciones. En los últimos años, la demanda de tendidos de fibra ha experimentado un crecimiento tan grande que hace necesario el máximo aprovechamiento de las líneas ya existentes, así como de las nuevas instalaciones. Por ello, el disponer de equipos de medida que permiten realizar exámenes metrológicos distribuidos de las características específicas de la fibra óptica ha ganado gran importancia. Entre los parámetros fundamentales a determinar están la dispersión del modo por polarización (PMD, del inglés 'Polarization Mode Dispersión'), la dispersión cromática (CD, del inglés 'Chromatic Dispersión'), y los parámetros derivados de dicha dispersión cromática, como la longitud de onda de dispersión nula
(λο).
La PMD transmitida es el ensanchamiento que el pulso de luz guiado en la fibra experimenta por la diferencia de velocidad de propagación entre los dos estados de polarización fundamentales transmitidos (modo lento y modo rápido). Una fibra óptica monomodo uniforme, simétrica e instalada de forma que las curvaturas no induzcan birrefringencia, debería tener PMD nula. En la realidad, todas las variaciones aleatorias de curvaturas, asimetrías de la fibra, etc., provocan fluctuaciones aleatorias de la birrefringencia a lo largo de la fibra y, por consiguiente, diferencias en el tiempo de vuelo del pulso de luz según su polarización. Las fluctuaciones aleatorias en la birrefringencia de la fibra se producen en todas las fibras instaladas, y dependen de las características físicas de las fibras (índice de refracción, concentración de dopantes, no circularidad y elipticidad del núcleo...), de cómo se haya instalado la fibra (curvaturas, microcurvaturas, presiones y tensiones...), de elementos polarizadores incluidos en la línea de transmisión (filtros, aisladores, redes de Bragg...) y, además, de los condicionantes atmosféricos (fundamentalmente la temperatura). La dispersión cromática es un fenómeno que aparece como consecuencia de la propagación lineal de la luz por la fibra, y que está directamente relacionado con la dependencia de la constante de propagación con la frecuencia. El efecto de la dispersión cromática sobre las señales que se propagan por la fibra óptica es un indeseable ensanchamiento de los pulsos de luz que contienen la información. Esto obliga a compensar este ensanchamiento para mantener una comunicación sin perturbaciones, por lo que es crucial conocer la curva de dispersión que presentan las fibras con precisión metrológica. Las curvas de dispersión cromática típicas de las fibras ópticas comerciales presentan una longitud de onda para la cual el parámetro D es nulo, hecho muy interesante a la hora de decidir qué longitudes de onda de luz se van a usar en la comunicación.
Para la caracterización de estos parámetros, se han desarrollado equipos y técnicas de metrología como reflectómetros ópticos de polarización en el dominio del tiempo (POTDR, del inglés 'Polarizaron Optical Time Domain Reflectometer'), reflectómetros ópticos coherentes en el dominio del tiempo (COTDR, del inglés 'Coherent Optical Time Domain Reflectometer'), reflectómetros de mezclado de cuatro ondas (FWM- ODR, del inglés 'Four Wave Mixing Optical Time Domain Reflectometer'), reflectómetros ópticos coherentes sintonizables en el dominio del tiempo (TCOTDR, del inglés 'Coherent Optical Time Domain Reflectometer'), así como sus análogos en el domino de las frecuencias. Por ejemplo, US 6724469 B2 y EP 1235064 A2 presentan dos sistemas distribuidos de medida de PMD y CD respectivamente. Todas estas técnicas, tanto de sensado como de metrología, están diseñadas para realizar monitorizaciones de una única línea de fibra, y no son adaptables a estructuras ramificadas en las que cada rama deba ser analizada sin perjuicio del resto y sin necesidad de multiplicar el número de instrumentos de medida. No resultan por lo tanto válidas para aplicarse a redes complejas con múltiples ramificaciones, como son, por ejemplo, las nuevas infraestructuras de distribución de energía y de comunicaciones. KR 2013-0058797 A propone un sensor distribuido con varias ramas de fibra óptica seleccionares mediante el uso de un conmutador. No obstante, presenta el inconveniente de que las ramas sólo pueden ser analizadas secuencialmente, impidiendo la monitorización simultánea de las mismas. Adicionalmente, todas las ramas comparten una única señal de sensado, por lo que se requiere un acceso a la conmutación en la ramificación para un control activo de la misma. Esto impide el uso del sensor en redes de fibra óptica complejas con múltiples ramificaciones, especialmente cuando las distancias entre dichas ramificaciones son grandes o están ubicadas en configuraciones de difícil acceso. US 6,879,742 B2 presenta un sistema de sensado basado en redes de Bragg con múltiples ramas paralelas. Los sensores de todas las tramas están multiplexados utilizando las mismas longitudes de onda, por lo que se hace necesario un sistema de multiplexado en intensidad para diferenciar entre sensores de ramas diferentes asociados a una misma longitud de onda. Sin embargo, al tratarse de un sistema quasi- distribuido el análisis proporcionado está muestreado en longitud. Cada punto de muestreo dentro de una misma rama representa una red de Bragg con una longitud de onda ligeramente distinta, lo que dificulta su escalado al aumentar la longitud de sensado del sistema o la resolución del mismo. Adicionalmente, la multiplexación en intensidad necesaria requiere distinguir distintos niveles de potencia en las medidas espectrométricas resultantes, perjudicando la sensibilidad de unas ramas frente a otras y dificultando su aplicación en redes con múltiples ramificaciones anidadas y segmentos de fibra óptica de diferentes longitudes, así como limitando su aplicación al caso particular de monitorización de desplazamientos frecuenciales de redes de Bragg. WO 2013/028110 A1 ; US 7,310,134 B2 y WO 2013/141765 A1 presentan sistemas de monitorización de redes de comunicaciones basadas en fibra óptica mediante distintas variantes de OTDR en las que se emplean señales de monitorización con distintas componentes espectrales para cada fibra o grupo de fibras saliente de una ramificación. No obstante, todas ellas presentan limitaciones en cuanto al tipo de medida realizable, estando únicamente enfocadas a la detección de líneas defectuosas por análisis de señales de luz reflejadas. Por lo tanto, las disposiciones descritas no permiten realizar medidas metrológicas de la fibra, como por ejemplo medias de PMD o CD, ni implementar otras técnicas de sensado distribuido, como por ejemplo aquellas que involucran procesos no lineales o que requieren de acceso a la fibra bajo medida en sus dos extremos. Asimismo, las técnicas presentadas muestran limitaciones en cuanto a las topologías de red analizables, como por ejemplo cuando se producen bifurcaciones en cascada, y en cuanto a la posibilidad de realizar medidas simultáneas de varias fibras ópticas.
En definitiva, existe en el estado de la técnica la necesidad de un método y sistema de caracterización totalmente distribuida de medios de fibra óptica que pueda ser aplicado a redes complejas con ramificaciones arbitrarias, y que pueda ser adaptado a diversas técnicas de sensado y metrología. Es deseable, además, que dicho método y sistema sea fácilmente escalable tanto a un número elevado de ramificaciones anidadas como a segmentos de fibra óptica de gran longitud, y que permita monitorizar simultáneamente todos los segmentos que conforman el medio de fibra óptica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención soluciona todos los problemas anteriores mediante un método y sistema de caracterización completamente distribuida de medios de fibra óptica ramificados que emplea técnicas de multiplexado en longitud de onda para interrogar e identificar las distintas ramas de dicho medio de fibra óptica. Dicha caracterización puede ser aplicada tanto a medidas metrológicas de propiedades intrínsecas de la fibra como a medidas para sensado, a partir del efecto producido por fenómenos externos en la propagación de la luz en la fibra.
En un primer aspecto de la invención, se presenta un sistema de caracterización distribuida de un medio de fibra óptica que comprende al menos una ramificación de la que surgen, al menos, dos segmentos de fibra óptica. El sistema comprende:
- Unos medios de emisión de luz acoplados al medio de fibra óptica, adaptados para emitir luz a al menos dos longitudes de onda distintas. Las longitudes de onda particulares de emisión, así como el ancho de banda y la potencia de la luz emitida, están adaptados a la técnica particular de sensado distribuido o metrología distribuida implementado por el sistema y a las características propias del medio de fibra óptica que actúa como medio de sensado o metrología.
- Unos medios de enrutado, ubicados en cada ramificación del medio de fibra óptica, y adaptados para enrutar o distribuir la luz emitida entre los segmentos de fibra óptica que surgen de dicha ramificación. Es decir los medios de enrutado están configurados para enrutar, al menos, una luz emitida a una primera longitud de onda hacia un primer segmento de fibra óptica y una luz emitida a una segunda longitud de onda hacia un segundo segmento de fibra óptica.
- Unos medios de detección, acoplados al medio de fibra óptica y adaptados para detectar una pluralidad de señales ópticas resultantes de la propagación de la luz emitida por los distintos segmentos de fibra óptica. Nótese que con el fin de proporcionar una caracterización completamente distribuida, las señales ópticas son el resultado de la propagación de la luz en la fibra óptica, y no de elementos conectados o incorporados a dicha fibra óptica. Es decir, el medio de fibra óptica actúa como medio de sensado o metrología, y no como mero medio de transmisión de señales entre las fuentes de luz y otros elementos adicionales. Por ello, los segmentos de fibra óptica mantienen preferentemente una estructura transversal constante a lo largo de su recorrido.
La tecnología concreta de sensado o metrología afecta al tipo de señal óptica a analizar, y por lo tanto a la configuración de los medios de detección. Preferentemente, las señales ópticas a analizar comprenden una o más de las siguientes opciones: luz transmitida a la longitud de onda de emisión; luz reflejada a la longitud de onda de emisión; y luz a una longitud de onda distinta a la longitud de onda de emisión, generada como resultado de procesos no lineales en el medio de fibra óptica.
Gracias al multiplexado en frecuencia de la luz emitida, la señal óptica resultante de la propagación de la luz a la primera longitud de onda en el primer segmento de fibra (primera señal óptica), la señal óptica resultante de la propagación de la luz a la segunda longitud de onda en el segundo segmento de fibra (segunda señal óptica), así como cualquier otra señal óptica generada en segmentos y/o bifurcaciones adicionales, presentan componentes espectrales identificativas del segmento o segmentos por los que ha sido propagada la luz que ha generado dichas señales ópticas. Previamente a su recepción en los medios de detección, las señales ópticas son multiplexadas de nuevo hasta reunirse en una única fibra óptica que sirve de entrada de dichos medios de detección. Dependiendo de la implementación particular de la invención, el multiplexado de las señales ópticas puede ser realizado por los propios medios de enrutado operando en el sentido contrario, o por medios de multiplexado dedicados.
- Unos medios de análisis, conectados a los medios de detección, que caracterizan cada segmento de fibra óptica en función de la señal o señales ópticas generadas en dicho segmento. Dicha caracterización está resuelta en longitud, y proporciona información espacialmente continua (es decir, no muestreada en longitud). Puesto que cada señal óptica presenta unos componentes espectrales distintos y es detectada independientemente del resto de señales ópticas, el sistema permite caracterizar topologías arbitrarias del medio de fibra óptica sin necesidad de incorporar elementos de medida o conmutadores activos en las bifurcaciones.
Se contemplan varias opciones preferentes de configuración de los medios de emisión y detección de luz para la gestión de las distintas longitudes de onda empleadas para la caracterización del medio de fibra óptica: - Emisión y detección secuencial. Los medios de emisión son medios sintonizables, ya sea por comprender una fuente láser sintonizable o un filtro sintonizable. Puesto que en un instante determinado, los medios de detección sólo reciben la señal o señales ópticas correspondientes a una única rama del medio de fibra óptica, dichos medios de detección no necesitan discriminar en frecuencia dicha señal o señales ópticas recibidas de las señales asociadas a otras ramas.
- Emisión simultánea y detección secuencial. Los medios de emisión están adaptados para emitir simultáneamente luz a todas las longitudes de onda necesarias para analizar todas las ramas del medio de fibra óptica. Por el contrario, los medios de detección comprenden medios de discriminación frecuencial, como por ejemplo un filtro sintonizable, de modo que en un instante determinado sólo transmiten a los medios de análisis la información de las señales ópticas asociadas a una rama. - Emisión y detección secuencial. Al igual que en el caso anterior, los medios de emisión están adaptados para emitir simultáneamente luz a todas las longitudes de onda necesarias para analizar todas las ramas del medio de fibra óptica. Los medios de detección, a su vez, comprenden medios de análisis espectroscopia), tales como un analizador de espectros ópticos o un demultiplexador conectado a un array de fotodetectores, adaptados para detectar simultáneamente y por separado todas las señales ópticas recibidas, correspondientes a las distintas ramas del medio de fibra óptica.
En el caso de emisión simultánea, algunas de las opciones preferentes contempladas para los medios de emisión de luz del sistema son una fuente de luz multi-longitud de onda, como por ejemplo un generador de fuentes de frecuencia, y una pluralidad de fuentes de luz de banda estrecha multiplexadas. Asimismo, en el caso de emisión secuencial, se contemplan como opciones preferentes para los medios de emisión de luz del sistema una fuente de banda estrecha sintonizable y una fuente de luz de banda ancha acoplada a un filtro sintonizable.
Dependiendo de la tecnología concreta de sensado o metrología implementada por el sistema, tanto la emisión de luz como la detección de la luz resultante de la propagación de la luz emitida puede realizarse en uno o en varios extremos del medio de fibra óptica. En particular, se contemplan las siguientes opciones preferentes:
- Los medios de emisión y detección de luz están conectados a un mismo extremo del medio de fibra óptica. Las señales ópticas detectadas comprenden por lo tanto bien luz reflejada, bien luz retrodifundida (del inglés 'backscattered').
- Los medios de emisión de luz están conectados a dos extremos opuestos del medio de fibra óptica. El sistema comprende entonces los medios de enrutado adicionales necesarios para generar al menos dos señales contrapropagantes en cada segmento de fibra óptica. Nótese que dependiendo de la técnica de caracterización particular, en este caso los medios de detección pueden estar conectados bien a un único extremo del medio de fibra óptica, bien a los dos extremos a los que están conectados los medios de emisión.
- Los medios de detección de luz están conectados a dos extremos opuestos del medio de fibra óptica. El sistema comprende entonces los medios de multiplexado adicionales necesarios para multiplexar todas las señales ópticas a analizar por cada uno de los medios de detección de luz. Nótese que dependiendo de la técnica de caracterización particular, en este caso los medios de emisión de luz pueden estar conectados bien a un único extremo del medio de fibra óptica, bien a los dos extremos a los que están conectados los medios de detección.
Si bien la invención puede implementarse con diversos métodos de sensado y metrología distribuida, una opción preferente comprende implementar un método de reflectometría óptica sensible a la fase (OOTDR). En este caso, los medios de emisión de luz están adaptados para emitir luz con la coherencia necesaria para realizar las medidas de <3>OTDR, los canales de los medios de enrutado están adaptados para garantizar un nivel de interferencia entre canales adyacentes que permita la realización de dichas medidas, y los medios de análisis están configurados para caracterizar el medio de fibra óptica siguiendo dicha técnica <J>OTDR.
En un segundo aspecto de la invención, se presenta un método de caracterización distribuida, aplicable a un medio de fibra óptica con al menos una ramificación, comprendiendo la ramificación a su vez al menos dos segmentos de fibra óptica. El método comprende. i) Emitir luz, comprendiendo la luz emitida, al menos, luz centrada en una primera longitud de onda y luz centrada en una segunda longitud de onda. Algunas opciones preferentes para el paso de emitir luz comprenden emitir luz con una fuente multi-longitud de onda, con un peine de frecuencias, con una pluralidad de fuentes de banda estrecha y con una fuente de banda ancha conectada a un filtro sintonizable. La emisión de luz centrada en las distintas longitudes de onda puede realizarse de forma simultánea o secuencial dependiendo de la implementación particular del método. Asimismo, dependiendo de la técnica de sensado o metrología implementada, la detección puede realizarse en un único extremo del medio de fibra óptica o en dos extremos opuestos de dicho medio de fibra óptica. ii) Distribuir la luz emitida entre los segmentos de fibra óptica de la bifurcación en función de su longitud de onda. Es decir, al menos la luz centrada en la primera longitud de onda se enruta hacia un primer segmento de fibra óptica de la bifurcación, y al menos la luz centrada en la segunda longitud de onda se enruta hacia un segundo segmento de fibra óptica de dicha bifurcación. Como resultado, sobre cada segmento de fibra óptica de la bifurcación se propaga luz centrada a una longitud de onda distinta, generando dicha propagación al menos una señal óptica en cada segmento.
Dependiendo de la técnica particular de metrología o sensado implementada, la señal óptica generada en cada segmento puede estar centrada en la misma longitud de onda de emisión y ser generada por reflexión o transmisión, o bien estar centrada en una longitud de onda distinta a la de emisión como resultado de procesos no lineales, pudiendo asimismo propagarse en la misma dirección de la luz emitida o ser contrapropagante respecto a dicha luz emitida. Nótese asimismo que dependiendo de la técnica de metrología o sensado, también es posible que se generen múltiples señales ópticas a emplear en la caracterización. En cualquiera de los casos, las señales ópticas generadas en cada rama tienen una composición espectral distintiva que permite multiplexar dichas señales ópticas en frecuencia e identificar el segmento o conjunto de segmentos en el que cada señal óptica ha sido generada. iii) Caracterizar cada segmento de fibra óptica en función de la señal o señales ópticas generadas como resultado de la propagación por dicho segmento de la luz emitida centrada en las longitudes de onda enrutadas en dicho segmento. La detección de las señales ópticas puede realizarse de forma simultánea o secuencial dependiendo de la implementación particular del método. Asimismo, dependiendo de la técnica de sensado o metrología implementada, la detección puede realizarse en un único extremo del medio de fibra óptica o en dos extremos opuestos de dicho medio de fibra óptica.
En una de sus implementaciones preferentes, el método consiste caracterizar el medio de fibra óptica mediante una técnica de reflectometría óptica sensible a la fase ( pOTDR). Para ello, los pasos de emisión de luz, enrutado de longitudes de onda y análisis de luz detectada, están adaptados a los requisitos particulares de dicha técnica. En definitiva, el sistema y método de la invención permiten caracterizar medios de fibra óptica con una topología arbitraria de ramificaciones sin necesidad de añadir equipos de medida en cada una de dichas ramificaciones. La caracterización proporcionada es totalmente distribuida, es decir, proporciona medidas resueltas en longitud, siendo dichas medidas además continuas y no muestreadas. El sistema y método de la invención son fácilmente escalables a cualquier topología del medio de fibra óptica y a cualquier técnica de sensado y metrología distribuidos, y permite alcanzar longitudes máximas de sensado similares a las de dichas técnicas cuando se emplean en un único segmento de fibra. Estas y otras ventajas serán aparentes a la luz de la descripción detallada de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 presenta un esquema de un sistema de caracterización de un medio de fibra óptica con emisión y detección de luz desde un único extremo de dicho medio de fibra óptica, de acuerdo con una ¡mplementación particular de la invención. La figura 2 muestra un sistema con emisión y detección de luz desde dos extremos opuestos de un médio de fibra óptica con una estructura simétrica de ramificaciones, de acuerdo con una ¡mplementación particular de la invención.
La figura 3 ejemplifica un sistema con acceso a dos extremos de un medio de fibra óptica, estando dichos dos extremos situados en una misma ubicación, de acuerdo con una ¡mplementación particular de la invención.
La figura 4 ilustra diversas implementaciones particulares de los medios de emisión de luz comprendidos en el sistema de la invención.
La figura 5 presenta diversas implementaciones particulares de los medios de detección de luz comprendidos en el sistema de la invención.
La figura 6 particulariza una posible configuración de los medios de enrutado del sistema, en el caso de comprender fibras ópticas de retorno siguiendo el trazado de las fibras ópticas de caracterización, de acuerdo con una implementación particular de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN En este texto, el término "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente. Es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir más elementos, etapas, etc. Asimismo, en el presente texto, se entiende por 'caracterización distribuida' a cualquier técnica en la que se realiza una medida resuelta en longitud a lo largo de al menos una fibra óptica, siendo además dicha medida espacialmente continua y no muestreada. En consecuencia, el término 'caracterización distribuida' incluye tanto técnicas de sensado distribuido para detectar y caracterizar efectos y condiciones originadas en el exterior de la fibra (OTDR, OFDR, ROTDR, ROFDR, BOTDR, BOTDA, BOFDA, COTDR, <POTDR y cualquier otra conocida en el estado de la técnica), como sistemas de metrología distribuida para caracterización de las propiedades intrínsecas de la fibra (POTDR, PMD-OTDR, DC-OTDR, FWM-OTDR, y cualquier otra conocida en el estado de la técnica).
Nótese que en ambos casos, la caracterización distribuida se realiza a través del análisis de la propagación de la luz a lo largo de la fibra óptica, y no en base a elementos o componentes adicionales ubicados a lo largo de la fibra. Es decir, la propia fibra óptica actúa como medio de sensado y metrología, y no como simple medio de transmisión de señales ópticas.
Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito, sino que abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones. En particular, si bien las realizaciones preferentes de la invención están descritas para algunas topologías concretas de los medios de fibra óptica, el método y sistema descrito puede ser aplicado a medios de fibra óptica con distintas topologías. No existen, por lo tanto, limitaciones inherentes a la invención en cuanto al número de ramificaciones, la estructura de las mismas, la longitud de los segmentos de fibra óptica, el número de segmentos de fibra óptica que surgen de una misma ramificación, o el número de longitudes de onda distintas utilizadas.
La figura 1 presenta esquemáticamente una primera realización preferente del sistema de la invención, que a su vez implementa una primera realización preferente de los pasos del método de la invención. En particular, el sistema comprende unos medios de emisión 100 acoplados a través de un circulador 101 a un primer extremo de un medio de fibra óptica 102. Los medios de emisión están configurados para emitir luz centrada en una pluralidad de longitudes de onda de emisión λ2, λ3. También acoplado a dicho primer extremo del medio de fibra óptica 102 a través del circulador 101 , el sistema comprende unos medios de detección 103, así como unos medios de análisis 104 conectados a los medios de detección 103. Nótese que en implementaciones particulares, el circulador 101 puede ser sustituido por otros medios de acoplo y aislamiento que resulten en un redireccionamiento de luz equivalente.
El medio de fibra óptica 102 comprende una pluralidad de segmentos 105a, 105b, 105c, 105d, 105e organizados en una estructura ramificada. Cada ramificación comprende unos medios de enrutado 106a, 106b, configurados para distribuir (demultiplexar) la luz emitida entre los distintos segmentos 105a, 105b, 105c, 105d, 105e en función de su longitud de onda de emisión λτ, λ2, λ3. La tecnología en la que están basados los medios de enrutado 106a, 106b para enrutar la luz emitida puede ser cualquiera de las disponibles en el estado de la técnica, por ejemplo: redes de Bragg, filtros y multiplexores "add-drop", filtros de láminas delgadas, filtros basados en tecnología de acopladores de fibra fusionada (del inglés "fused fiber-coupler"), etc.
Nótese que en el presente ejemplo, cada segmento que comprende una terminación de red, es decir, los segmentos 105b, 105d, 105e son caracterizados en función de la propagación de una única componente espectral de la luz emitida, teniendo cada una de dichas componentes espectrales una longitud de onda distintiva, diferente a la longitud de onda otros segmentos con terminación de red. No obstante, dependiendo de la técnica de caracterización particular implementada, los medios de enrutado pueden enrutar múltiples longitudes de onda en un mismo segmento, ya sea para realizar caracterizaciones independientes y complementarias, o para participar en un proceso óptico conjunto como por ejemplo la generación de señales ópticas a otras longitudes de onda. Nótese asimismo que las terminaciones de la red son típicamente terminaciones pasivas, sin otros equipos ópticos adicionales.
Como resultado de la propagación de la luz emitida por los distintos segmentos 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, se generan una pluralidad de señales ópticas, a partir de las cuales se realiza la caracterización. Dichas señales ópticas pueden estar centradas a las mismas longitudes de onda de emisión λ2, λ3 o bien presentar desplazamientos frecuenciales. Las señales ópticas pueden ser señales ópticas reflejadas, transmitidas, o retrodifundidas. En el caso en el que los medios de emisión 100 y los medios de detección 103 están acoplados a un único extremo del medio de fibra óptica 102, con el fin de analizar señales transmitidas, las terminaciones de la red típicamente comprenden espejos u otros elementos destinados a reflejar la luz transmitida.
Las señales ópticas generadas son multiplexadas de nuevo en una única fibra 105a, acoplada a los medios de detección 103. Dicho multiplexado es realizado por los propios medios de enaltado 106a, 106b operando en sentido inverso al demultiplexado. No obstante, pueden existir implementaciones particulares en los que el multiplexado y demultiplexado sea realizado por dispositivos unidireccionales independientes. Nótese que los medios de enrutado 106a, 106b o cualquier otro dispositivo adicional encargado del multiplexado de las señales ópticas está configurado para enrutar las señales ópticas, cuya longitud de onda puede haber sufrido variaciones respecto a la luz emitida por los medios de emisión. Por lo tanto, cada canal de los medios de enrutado 106a, 106b comprende no sólo la longitud de onda de emisión λι, λ2, λ3 sino también un rango suficiente como para incluir cualquier desplazamiento de frecuencia resultante de efectos ópticos utilizados por la técnica de metrología o sensado.
Nótese que cuando se analizan señales ópticas co-propagantes con la luz emitida, los desplazamientos frecuenciales deben ser considerados no sólo en el multiplexado de las señales ópticas, sino en el demultiplexado de las mismas. Es decir, puesto que todo el medio de fibra óptica actúa como medio de sensado o metrología, las señales ópticas a analizar comienzan a generarse desde el segmento inicial 105a de dicho medio de fibra óptica. Por lo tanto, en ese caso, los medios de enrutado 106a, 106b están configurados para enrutar cada señal óptica hacia el mismo segmento que la luz emitida cuya propagación la genera.
El medio de fibra óptica 102 actúa como medio de sensado y metrología, y no como un mero medio de transmisión de señales hasta otros elementos de medida. Asimismo, la estructura de ramificaciones puede provocar la existencia de segmentos por los que se propagan múltiples longitudes de onda (como por ejemplo 105a y 105b en el ejemplo de la figura). Por todo ello, la longitud de onda y potencia de emisión de toda la luz propagada a través de dichos segmentos está adaptada para evitar fenómenos no lineales ajenos al proceso de caracterización. Nótese asimismo que dichos segmentos están caracterizados de manera independiente por cada longitud de onda propagada a través de ellos. Es decir, el segmento 105a está caracterizado de manera independiente por las longitudes de onda de emisión λ2, λ3, mientras que el segmento 105b está caracterizado independientemente por las longitudes de onda de emisión AL λ2.
En otras palabras, los medios de detección 103 están configurados para detectar la pluralidad de señales ópticas recibidas de manera independiente y sin interferencias entre ellas. En consecuencia, los medios de análisis 104 caracterizan con cada señal óptica todos los segmentos de fibra por los que ha sido enrutada la luz a la longitud de onda cuya propagación ha generado dicha señal óptica. Por ejemplo, el análisis de la señal óptica generada por la luz emitida a la longitud de onda λ2, caracteriza unívoca y simultáneamente los segmentos 105a, 105c y 105e, y no sólo los segmentos finales en los que no se propagan otras longitudes de onda.
La figura 2 muestra un segundo ejemplo de aplicación en la que la técnica de caracterización requiere el acceso a los dos extremos de cada segmento bajo análisis. En particular, el sistema comprende unos segundos medios de emisión 100' y unos segundos medios de detección 103' conectados a un segundo extremo del medio de fibra óptica 102 a través de un segundo circulador 101 '. Los primeros medios de detección 103 y los segundos medios de detección 103' están conectados a unos mismos medios de análisis 104. Nótese que pueden existir configuraciones en las que únicamente se conectan al segundo extremo los segundos medios de emisión 102' y no los segundos medios de detección 103' y viceversa. Se consiguen así implementaciones que permiten analizar simultáneamente luz transmitida y reflejada, así como sistemas que permiten propagar en cada segmento dos o más señales contrapropagantes. Con el fin de conseguir acceder a los dos extremos de cada segmento para la emisión y/o detección de los rangos frecuenciales correspondientes, el medio de fibra óptica 102 presenta una estructura simétrica de ramificaciones. En este caso particular, unos segundos medios de enrutado 106a', 106b' distribuyen las longitudes de onda de emisión de los segundos medios de emisión 100' entre una segunda pluralidad de segmentos 105a', 105b', 105c', 105d', 105e'. No obstante, pueden existir implementaciones en las que los segundos medios de enrutado 106a', 106b' y la segunda pluralidad de segmentos 105a', 105b', 105c', 105d', 105e' no presenten una estructura simétrica de ramificaciones, siempre y cuando los segundos medios de enrutado 106a', 106b' estén adaptados para implementar un multiplexado/demultiplexado de longitudes de onda equivalente a dicha estructura simétrica.
En particular, dicha estructura simétrica puede ser sustituida por unos únicos medios de enrutado adaptados para redirigir las longitudes de onda de emisión adecuadas a cada segmento de fibra extremo (en el ejemplo de la figura, longitud de onda A, al segmento 105b, longitud de onda A2 al segmento 105d y longitud de onda A3 al segmento 105b) y/o multiplexar las señales ópticas generadas en dichos segmentos. Nótese que las longitudes de emisión Ai, A2, A3 de los primeros medios de emisión 100 y los segundos medios de emisión 100' no tienen por qué coincidir. Los canales de los medios de enrutado (tanto para multiplexado como demultiplexado) están por lo tanto adaptados para enrutar correctamente todas las señales involucradas en la caracterización de cada segmento. Por ejemplo, supongamos un caso con la topología de la figura, siendo la fibra 105b caracterizada por una señal óptica Aa generada en sentido contrapropagante a la luz emitida con longitud de onda ^ como resultado de la interacción con luz emitida en la longitud de onda A por los segundos medios de emisión, por ejemplo en el caso de un sistema de bombeo Brillouin. En este caso, los canales de los medios de enrutado 106a estarían adaptados para enrutar la longitud de onda ^ en el segmento 105b y para enrutar las longitudes de onda Aa y A en el segmento 105a. A su vez, los canales de los medios de enrutado 106' estarían adaptados para enrutar las longitudes de onda Aa y Ab en el segmento 105b' y la longitud de onda ^ en el segmento 105a'. Asimismo, la pluralidad de longitudes de onda involucradas en la caracterización de cada canal están adaptadas para no provocar interferencias con las señales involucradas en otros canales, y para permitir el enrutamiento descrito. Un tercer ejemplo con una topología similar se muestra en la figura 3, siendo su principal diferencia respecto a la figura anterior que la segunda pluralidad de segmentos 105a', 105b', 105c', 105d', 105e' comparte trazado con la primera pluralidad de segmentos 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, permitiendo que los primeros medios de emisión 100, los segundos medios de emisión 100', los primeros medios de detección 103 y los segundos medios de detección 103' compartan una misma ubicación física. Como consecuencia, los medios de enrutado 106a y 106b se encargan tanto del multiplexado como del demultiplexado de señales, teniendo entradas y salidas independientes para cada uno de los dos procesos.
Independientemente de la topología de la red y de la técnica de caracterización implementada, el método y sistema de la invención pueden implementar diversas variantes en función de si su emisión y su detección de las distintas componentes espectrales se realiza de manera simultánea o secuencial. Por ello, a continuación se detallan algunas posibles variantes de implementación de los medios de emisión 100 y los medios de detección 103 adaptadas a las distintas configuraciones de emisión y detección. No obstante, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se describen, sino que abarca también cualquier variante de las mismas conocida en el estado de la técnica y realizable por el experto medio en la materia, dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
La figura 4 presenta diversas realizaciones preferentes de los medios de emisión 100. La figura 4a muestra unos medios de emisión 100 basados en una fuente de banda ancha 200 conectada a un filtro sintonizable 201. El ancho de banda de la fuente de banda ancha 200 comprende todas las longitudes de onda de emisión λ2, λ3, que son seleccionadas secuencialmente por el filtro sintonizable 201. En una primera opción, dicho filtro sintonizable 201 está coordinado con los medios de detección 103 con el fin de identificar el segmento o segmentos bajo análisis en un determinado momento. En una segunda opción, el segmento o segmentos bajo análisis se identifica en los medios de detección 103 directamente a partir del contenido frecuencial de las señales ópticas recibidas.
Los medios de emisión 100 comprenden asimismo elementos adicionales como un controlador 202 para la gestión de la fuente de banda ancha 200 y el filtro sintonizable 201 ; medios de control de potencia 203, que pueden comprender tanto amplificadores como atenuadores; un aislador 204 para proteger la fuente de cualquier haz reflejado; y cualquier otro elemento necesario para el funcionamiento de los medios de emisión 100.
La figura 4b presenta unos medios de emisión 100 que comprenden un láser sintonizable 210 cuyo rango de emisión abarca comprende todas las longitudes de onda de emisión λ2, λ3. De la misma manera que en el caso anterior. Las longitudes de onda se emiten secuencialmente, por lo que en cada instante de operación, sólo se está caracterizando una única rama del medio de fibra óptica.
La figura 4c presenta unos medios de emisión 100 conformados por una pluralidad de fuentes de banda estrecha 220. Cada fuente de banda estrecha emite luz centrada en una de las longitudes de onda de emisión λι, λ2, λ3, siendo todas las emisiones multiplexadas en una única salida de fibra mediante un multiplexor 221. Esta disposición permite el análisis simultáneo de todas las ramas del medio de fibra óptica 102. De manera equivalente, la figura 4d muestra una fuente multi-longitud de onda 230 que genera por sí misma todas las longitudes de onda de emisión λι, λ2, λ3. La fuente multi- longitud de onda 230 puede implementarse, por ejemplo, mediante un peine óptico de frecuencia.
La figura 5 muestra múltiples variantes en cuanto a la implementación de los medios de detección 103. En particular, la figura 5a presenta un sistema basado en un único fotodetector 302 para análisis secuencial de las señales ópticas recibidas a través de un filtro sintonizable 301. Los medios de detección pueden comprender asimismo medios de control de potencia 300. Nótese que el filtro sintonizable 301 de los medios de detección 103 está adaptado para filtrar secuencialmente las longitudes de onda de las señales ópticas a analizar, que pueden haber sufrido desviaciones respecto a las longitudes de onda de emisión λ2, λ3.
La figura 5b muestra unos medios de detección 103 que comprenden un fotodetector 302 independiente para cada señal óptica recibida, permitiendo el análisis en paralelo de las mismas por unos mismos medios de análisis 104. Los medios de detección 103 comprenden asimismo un demultiplexor 310 adaptado para separar dichas señales ópticas en función de su longitud de onda.
Alternativamente, la figura 5c muestra unos medios de detección 103 basados en un analizador de espectros ópticos 320 (OSA, del inglés "Optical Spectrum Analyzer"). Cada traza del OSA 320 proporciona simultáneamente la información de todas las señales ópticas bajo análisis. La separación entre señales ópticas se realiza por lo tanto a nivel de tratamiento de datos en los medios de análisis 104. Nótese que las técnicas de caracterización típicamente requieren el análisis temporal de las señales ópticas, por lo que el tiempo de barrido del OSA 320 deberá ser suficientemente breve como para garantizar el correcto análisis temporal de las señales ópticas manteniendo la resolución espacial deseada.
Finalmente, la figura 6 muestra una posible configuración para los medios de enrutado 106a, 106b en el caso en el que actúan tanto como medios de demultiplexado como medios multiplexado con fibras de entrada y salida separadas. Dichos medios de enrutado 106b utilizan un demultiplexor 400 y un multiplexor 401 con entradas y salidas independientes. Por ejemplo, en el caso particular de los medios de enrutado 106b de la topología de la figura 3, el demultiplexor 400 recibe como entrada la luz emitida a las longitudes de onda A2y λ3 y las distribuye en los segmentos 105d y 105e. Al tratarse de una ramificación sin más ramificaciones en cascada a su salida, los segmentos 105d y 105e, o bien sus prolongaciones 105d' y 105e', actúan como entradas del multiplexor 401 , que combina las señales ópticas resultantes en el segmento 105c'.
En una de sus realizaciones preferentes, el sistema y método de la invención implementan un sistema de reflectometría óptica sensible a fase en el dominio del tiempo (OOTDR). Los medios de emisión 100 emiten pulsos de luz altamente coherentes, mientras que los medios de detección 103 y los medios de análisis 104 detectan y analizan luz reflejada por unos centros de scattering. Puesto que la posición de los centros de scattering es aleatoria, las trazas <t>OTDR presentan oscilaciones aleatorias. En caso de producirse vibraciones localizadas, las trazas cDOTDR presentan oscilaciones sincronizadas con la frecuencia de vibración. Los medios de análisis 104 están por lo tanto adaptados para caracterizar de manera distribuida el medio de fibra óptica 102 en función de dichas oscilaciones. Asimismo, los medios de enrutado 106a, 106b están adaptados para enrutar los pulsos de luz altamente coherentes, y para garantizar, junto con los medios de emisión 100, que las longitudes de onda involucradas no interfieren entre sí impidiendo la medida de las trazas OOTDR de cada segmento de fibra.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Sistema de caracterización distribuida de un medio de fibra óptica (102), comprendiendo el sistema:
- unos medios de emisión de luz (100), acoplados ópticamente al medio de fibra óptica y adaptados para emitir luz;
- unos medios de detección de luz (103), acoplados ópticamente al medio de fibra óptica (102) y adaptados para recibir al menos una señal óptica resultante de la propagación por dicho medio de fibra óptica (102) de la luz emitida;
- y unos medios de análisis (104) conectados a los medios de recepción de luz (103), estando dichos medios de análisis (104) configurados para realizar una caracterización espacialmente continua y resuelta en longitud del medio de fibra óptica (102) en función de las señales ópticas recibidas;
estando el sistema caracterizado porque el medio de fibra óptica (102) comprende al menos una ramificación con al menos un primer segmento de fibra (105b) y al menos un segundo segmento de fibra (105c) y porque:
- los medios de emisión de luz (100) están adaptados para emitir luz a, al menos, una primera longitud de onda (λ^ y una segunda longitud de onda (λ2);
- el sistema comprende al menos unos medios de enrutado (106a) adaptados para enrutar al menos la primera longitud de onda (λ^ en el primer segmento de fibra
(105b) y al menos la segunda longitud de onda (λ2) en el segundo segmento de fibra (105c);
- y porque los medios de análisis (104) están adaptados para caracterizar el al menos primer segmento de fibra (105a) en función de, al menos, una primera señal óptica resultante de la propagación de la luz emitida con la primera longitud de onda (A^; y el al menos segundo segmento de fibra (105b) en función de, al menos, una segunda señal óptica resultante de la propagación de la luz emitida con la segunda longitud de onda (λ2).
2 - Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) comprenden una fuente de luz multi-longitud de onda (230) que emite líneas espectrales a, al menos, la primera longitud de onda (Ai) y la segunda longitud de onda (λ2)·
3.- Sistema según la reivindicación 2 caracterizado porque la fuente de luz multi- longitud de onda (230) es un generador de peines de frecuencia.
4. - Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) comprenden, al menos, una primera fuente de banda estrecha (220a) adaptada para emitir a la primera longitud de onda (λ^ y una segunda fuente de banda estrecha (220b) adaptada para emitir a la segunda longitud de onda (λ2).
5. - Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) comprenden una fuente de luz sintonizable (210) cuyo rango de sintonización comprende la primera longitud de onda (λ y la segunda longitud de onda (λ2).
6. - Sistema según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) comprenden una fuente de luz de banda ancha (200) cuyo ancho de banda comprende, al menos, la primera longitud de onda (λι) y la segunda longitud de onda (λ2) y un primer filtro sintonizable (201 ).
7. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) están adaptados para emitir secuencialmente luz a la primera longitud de onda (λ^ y luz a la segunda longitud de onda (λ2), y porque los medios de detección de luz (103) comprenden un segundo filtro sintonizable (301 ) adaptado para recibir secuencialmente la primera señal óptica y la segunda señal óptica.
8. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) están adaptados para emitir simultáneamente a la primera longitud de onda (λ^ y la segunda longitud de onda (λ2), y porque los medios de detección de luz (103) comprenden un filtro sintonizable (301 ) configurado para filtrar secuencialmente la primera señal óptica y la segunda señal óptica.
9. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado porque los medios de emisión de luz (100) están adaptados para emitir simultáneamente luz a la primera longitud de onda (λι) y la segunda longitud de onda (λ2), y porque los medios de detección de luz (103) comprenden medios de espectroscopia (310, 320) adaptados detectar simultáneamente la primera señal óptica y la segunda señal óptica.
10. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende unos primeros medios de detección de luz (103) acoplados a un primer extremo del medio de fibra óptica (102) y unos segundos medios de detección de luz (103') acoplados a un segundo extremo del medio de fibra óptica (102), y porque el sistema comprende unos medios de multiplexado (106a1) configurados para multiplexar en una misma fibra la primera señal óptica y la segunda señal óptica.
11.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende unos primeros medios de emisión de luz (100) acoplados a un primer extremo del medio de fibra óptica (102) y unos segundos medios de emisión de luz (100') acoplados a un segundo extremo del medio de fibra óptica (102) y porque el medio de fibra óptica (102) presenta una estructura simétrica de ramificaciones.
12.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque los medios de detección de luz (103) y los medios de emisión de luz (100) están acoplados únicamente a un primer extremo del medio de fibra óptica (102), y porque los medios de enrutado (106a) están configurados además para multiplexar en una misma fibra la primera señal óptica y la segunda señal óptica.
13.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz reflejada a la misma longitud de onda de emisión.
14.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz transmitida a la misma longitud de onda de emisión.
15. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz con distinta longitud de onda a la longitud de onda de emisión, generada por fenómenos no lineales en el medio de fibra óptica (102).
16. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el primer segmento de fibra (105b) y el segundo segmento de fibra (105c) presentan una estructura transversal de núcleo constante a lo largo de su recorrido.
17. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el medio de fibra óptica (102) comprende una pluralidad de ramificaciones y porque comprende al menos unos primeros medios de enrutado (105a) configurados para enrutar una pluralidad de longitudes de onda (λ2, λ3) hacia unos segundos medios de enrutado (105b).
18. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de la dispersión por modo de polarización del medio de fibra óptica (102).
19. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de la dispersión cromática del medio de fibra óptica (102).
20. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de una variable externa
■ sensada por el medio de fibra óptica (102).
21.- Sistema según la reivindicación 20 caracterizado porque los medios de emisión (100) están adaptados para emitir una luz con una coherencia apta para una medida de reflectometría óptica sensible a fase; los medios de enrutado (106a) comprenden canales adaptados en ancho de banda y longitud de onda central para mantener un nivel de interferencia entre canales adyacentes apto para la medida de reflectometría óptica sensible a fase; y los medios de análisis (104) están adaptados para analizar trazas de reflectometría óptica sensible a fase.
22.- Método de caracterización distribuida de un medio de fibra óptica (102) caracterizado porque comprende:
- emitir luz a, al menos, una primera longitud de onda (λ^ y una segunda longitud de onda (λ2);
- enrutar al menos la primera longitud de onda (λ en un primer segmento de fibra (105b) y al menos la segunda longitud de onda (λ2) en un segundo segmento de fibra (105c); formando el primer segmento de fibra (105b) y el segundo segmento de fibra (105c) una fiburcación del medio de fibra óptica (102);
- y caracterizar el al menos primer segmento de fibra (105a) en función de, al menos, una primera señal óptica resultante de la propagación de la luz emitida con la primera longitud de onda (Ai); y el al menos segundo segmento de fibra (105b) en función de, al menos, una segunda señal óptica resultante de la propagación de la luz emitida con la segunda longitud de onda (A2); siendo dicha caracterización espacialmente continua y resuelta en longitud.
23. - Método según la reivindicación 22 caracterizado porque el paso de emitir luz comprende emitir líneas espectrales a, al menos, la primera longitud de onda (λ y la segunda longitud de onda (λ2) mediante una fuente de luz multi-longitud de onda (230).
24. - Método según la reivindicación 23 caracterizado porque la fuente de luz multi- longitud de onda (230) es un generador de peines de frecuencia.
25. - Método según la reivindicación 22 caracterizado porque el paso de emitir luz comprende emitir a la primera longitud de onda (λι) mediante una primera fuente de banda estrecha (220a) y emitir a la segunda longitud de onda (λ2) mediante una segunda fuente de banda estrecha (220b).
26. - Método según la reivindicación 22 caracterizado porque el paso de emitir luz comprende sintonizar una fuente de luz sintonizable (210) cuyo rango de sintonización comprende la primera longitud de onda (λ y la segunda longitud de onda (λ2).
27. - Método según la reivindicación 22 caracterizado porque el paso de emitir luz comprende filtrar, mediante un primer filtro sintonizable (201 ), una fuente de luz de banda ancha (200) cuyo ancho de banda comprende, al menos, la primera longitud de onda (λΊ) y la segunda longitud de onda (λ2).
28. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 26 y 27 caracterizado porque comprende emitir secuencialmente la primera longitud de onda (λ^ y la segunda longitud de onda (λ2), y detectar secuencialmente la primera señal óptica y la segunda señal óptica mediante un segundo filtro sintonizable (301 ).
29. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 24 y 25 caracterizado porque comprende emitir simultáneamente a la primera longitud de onda (λι) y la segunda longitud de onda (λ2), y detectar secuencialmente la primera señal óptica y la segunda señal óptica mediante un segundo filtro sintonizable (301 ).
30. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 24 y 25 caracterizado porque comprende emitir simultáneamente a la primera longitud de onda (λ^ y la segunda longitud de onda (λ2), y detectar simultáneamente la primera señal óptica y la segunda señal óptica mediante unos medios de espectroscopia (310, 320).
31. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30 caracterizado porque comprende emitir luz en dos extremos del medio de fibra óptica (102).
32. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 31 caracterizado porque comprende detectar luz en dos extremos del medio de fibra óptica (102).
33. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30 caracterizado porque comprende emitir y detectar luz en un único extremo del medio de fibra óptica (102).
34.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 33 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz reflejada a la misma longitud de onda de emisión.
35. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 34 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz transmitida a la misma longitud de onda de emisión.
36. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 35 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica comprenden luz con distinta longitud de onda a la longitud de onda de emisión, generada por fenómenos no lineales en el medio de fibra óptica (102).
37. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 36 caracterizado porque el primer segmento de fibra (105b) y el segundo segmento de fibra (105c) presentan una estructura transversal de núcleo constante a lo largo de su recorrido.
38. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 37 caracterizado porque el medio de fibra óptica (102) comprende una pluralidad de ramificaciones y porque el método comprende comprende enrutar una pluralidad de longitudes de onda (λ2, λ3) desde unos primeros medios de enrutado (105a) hacia unos segundos medios de enrutado (105b).
39. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 38 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de la dispersión por modo de polarización del medio de fibra óptica (102).
40. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 38 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de la dispersión cromática del medio de fibra óptica (102).
41. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 38 caracterizado porque la primera señal óptica y la segunda señal óptica dependen de una variable externa sensada por el medio de fibra óptica (102).
42. - Método según la reivindicación 41 caracterizado porque comprende emitir una luz con una coherencia apta para una medida de reflectometría óptica sensible a fase; enlutan la primera longitud de onda (λ^ y la segunda longitud de onda (λ2) mediante canales adaptados en ancho de banda y longitud de onda central para mantener un nivel de interferencia entre canales adyacentes apto para la medida de reflectometría óptica sensible a fase; y analizar trazas de reflectometría óptica sensible a fase.
PCT/ES2014/070937 2014-07-28 2014-12-18 Sistema y método de caracterización distribuida continua de un medio de fibra óptica WO2016016485A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP201400607 2014-07-28
ES201400607A ES2561679B2 (es) 2014-07-28 2014-07-28 Sistema y método de caracterizacion distribuida continua de un medio de fibra óptica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016016485A1 true WO2016016485A1 (es) 2016-02-04

Family

ID=55216803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2014/070937 WO2016016485A1 (es) 2014-07-28 2014-12-18 Sistema y método de caracterización distribuida continua de un medio de fibra óptica

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2561679B2 (es)
WO (1) WO2016016485A1 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200400427A1 (en) * 2018-04-06 2020-12-24 Weir-Jones Engineering Consultants Ltd. Systems and methods for monitoring structural integrity of slopes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060110161A1 (en) * 2004-11-20 2006-05-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for monitoring optical fibers of passive optical network system
US20060164628A1 (en) * 2005-01-26 2006-07-27 I-Yu Kuo Device and method of optical fiber condition monitoring in optical networks
TW201220729A (en) * 2010-11-09 2012-05-16 Chunghwa Telecom Co Ltd capable of monitoring multiple cores of fiber routes in real time
WO2013028110A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods and apparatuses for supervision of optical networks
WO2013141765A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A system, a wavelength isolator and methods therein for supervision of a passive optical network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060110161A1 (en) * 2004-11-20 2006-05-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for monitoring optical fibers of passive optical network system
US20060164628A1 (en) * 2005-01-26 2006-07-27 I-Yu Kuo Device and method of optical fiber condition monitoring in optical networks
TW201220729A (en) * 2010-11-09 2012-05-16 Chunghwa Telecom Co Ltd capable of monitoring multiple cores of fiber routes in real time
WO2013028110A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods and apparatuses for supervision of optical networks
WO2013141765A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A system, a wavelength isolator and methods therein for supervision of a passive optical network

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200400427A1 (en) * 2018-04-06 2020-12-24 Weir-Jones Engineering Consultants Ltd. Systems and methods for monitoring structural integrity of slopes

Also Published As

Publication number Publication date
ES2561679A1 (es) 2016-02-29
ES2561679B2 (es) 2018-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9599460B2 (en) Hybrid Raman and Brillouin scattering in few-mode fibers
EP2373956B1 (en) Distributed optical fibre sensor
Chin et al. Sub-centimeter spatial resolution in distributed fiber sensing based on dynamic Brillouin grating in optical fibers
US20170108358A1 (en) Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer
AU4092100A (en) Intrinsic securing of fibre optic communication links
ITPD970025A1 (it) Strumento riflettometrico per la misura di birifrangenza distribuita in fibre ottiche monomodali
Zornoza et al. Long-range hybrid network with point and distributed Brillouin sensors using Raman amplification
ES2895879T3 (es) Dispositivo de calibración para tecnologías de detección de distribución
WO2010133744A1 (es) Sistema para la mejora del rango dinámico y la reducción de la incertidumbre de medida en sensores distribuidos sobre fibra óptica y equipos de medida distribuida de fibra óptica
Nakamura et al. High-sensitivity detection of fiber bends: 1-μm-band mode-detection OTDR
IL146075A (en) Intrinsic security of fiber optic communication links
WO2019044054A1 (ja) 振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法
ES2596260B1 (es) Sistema y método de caracterización distribuida de perfil de dispersión de una fibra óptica
Fernandez-Vallejo et al. 46-km-long Raman amplified hybrid double-bus network with point and distributed Brillouin sensors
ES2561679B2 (es) Sistema y método de caracterizacion distribuida continua de un medio de fibra óptica
Montero et al. Self-referenced optical networks for remote interrogation of quasi-distributed fiber-optic intensity sensors
CN111162835A (zh) 光时域反射仪
CN102496231B (zh) 长距离干线安全光纤波分复用式预警系统
Ito et al. Recent developments of fiber diagnosis technologies in optical communication
Weng et al. Distributed temperature and strain sensing using spontaneous Brillouin scattering in optical few-mode fibers
Zhou et al. Low coherent optical frequency domain reflectometry interrogates fiber Bragg grating sensors
Sikdar et al. Polarization multiplexed interrogation technique for FBG sensor array
Šlapák et al. Polarization changes as early warning system in optical fiber networks
JP6736518B2 (ja) 光伝送路の監視システム、光通信装置、及び、光伝送路の監視方法
Fasano et al. Fiber Interferometric Sensors for Monitoring the Telecom Infrastructure Integrity

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14898859

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14898859

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1