ES2331994T3 - Dispositivo para el analisis espectral por medio del efecto de amplificacion optica por difusion brillouin y metodo de medida asociado. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para el análisis espectral de señales ópticas basado en el efecto de Difusión Brillouin Estimulada y procedimiento de medida asociado que utiliza la amplificación óptica de las señales por el propio efecto de Difusión Brillouin. El efecto de Difusión Brillouin permite la amplificación óptica selectiva de una determinada componente del espectro óptico de la señal a analizar, que se denominará señal problema, para su medida con una resolución, sensibilidad y rango dinámicos determinados. La señal problema se introduce en una fibra óptica conjuntamente con una señal óptica de banda estrecha, que denominaremos señal sonda, centrada en una determinada longitud de onda, que se propaga en sentido contrario al de la señal problema interaccionando ambas señales, debido al efecto Brillouin, en el interior de la fibra.

Description

Dispositivo para el análisis espectral por medio del efecto de amplificación óptica por difusión Brillouin y método de medida asociado.
Sector de la técnica
La presente invención concierne a un dispositivo para el análisis espectral de señales ópticas basado en el efecto de Difusión Brillouin Estimulada y procedimiento de medida asociado que utiliza la amplificación óptica de las señales por el propio efecto de Difusión Brillouin. En este dispositivo, el efecto de Difusión Brillouin permite la amplificación óptica selectiva de una determinada componente del espectro óptico de la señal a analizar, que se denominará señal problema, para su medida con una resolución, sensibilidad y rango dinámicos determinados.
Para este fin, la señal problema se introduce en una fibra óptica conjuntamente con una señal óptica de banda estrecha, que denominaremos señal sonda, centrada en una determinada longitud de onda, que se propaga en sentido contrario al de la señal problema. Cuando ambas interaccionan, debido al efecto Brillouin, en el interior de la fibra se genera una señal de salida que viaja en sentido contrario a la señal sonda y cuya intensidad está determinada por el producto de las intensidades de las dos primeras señales, de modo que de dicha señal de salida es posible obtener una medida de una componente espectral de dicha señal problema, estando esta componente determinada por la longitud de onda central de dicha señal sonda.
Estado de la técnica
La patente americana US4997277 describe un método y un aparato para evaluar la distribución de varias propiedades de una fibra óptica a lo largo de tu dirección longitudinal. La fibra óptica se caracteriza por el cambio la forma de onda de la señal luminosa debido al efecto no lineal de la amplificación Brillouin. En este documento las señales son conocidas y la fibra óptica desconocida.
La presente invención también hace uso de la propiedad de interacción Brillouin pero con la diferencia principal de que en la presente invención la fibra óptica es conocida siendo una señal de prueba el objeto de las medidas.
La patente europea EP-1-199549-A1 describe un dispositivo que utiliza el efecto de Difusión Brillouin en una fibra óptica para la realización de medidas espectroscópicas y constituye el antecedente más reciente con un campo de invención próximo al que se describe en el presente documento.
La principal innovación que se incluye en la presente invención es el uso de la amplificación óptica por el efecto de Difusión Brillouin, combinado con la selectividad espectral que proporciona el propio efecto de Difusión Brillouin como consecuencia de la estrechez de la curva de ganancia Brillouin en una fibra óptica.
Para obtener el efecto de amplificación Brillouin, las señales problema y sonda se introducen en la fibra óptica en que tiene lugar el efecto por extremos opuestos y con sentidos de propagación contrarios, a diferencia de la configuración que se describe en la patente EP-1-199549-A1. Esta diferencia está asociada a unos principios de operación del dispositivo sustancialmente diferentes que permiten la obtención de un elevado nivel de amplificación óptica de la señal problema junto con la alta selectividad espectral del efecto Brillouin.
La resolución en la medida de espectros ópticos con el dispositiva descrito en la presente invención está determinada por la anchura espectral de la curva de ganancia Brillouin, y no se basa en ningún filtrado pasivo de la señal problema mediante sistemas con redes de difracción, interferómetros Fabry- Perot u otros sistemas análogos.
Descripción de la invención
Cuando, en determinadas condiciones, se propaga un haz de luz o señal óptica, con suficiente intensidad por un medio material, se produce una respuesta no lineal del medio que da lugar a la aparición del efecto conocido como Difusión Brillouin Espontánea. Por este efecto, una parte de la luz de la señal incidente es difundida en sentido opuesto al de la señal incidente, con un pequeño desplazamiento en la longitud de onda (\Delta\lambda_{D}) del haz retrodifundido respecto al incidente. Este desplazamiento se debe al efecto Doppler.
Para que se produzca el efecto de Difusión Brillouin, al igual que para otros efectos de carácter nolineal, se requiere muy alta densidad espacial de potencia óptica en el medio material, tal como la que se consigue con facilidad actualmente en fibras ópticas monomodo, en las que se pueden inyectar potencias hasta del orden de 1 W, de manera continua, en áreas del orden de 50-100 \mum^{2}.
Además y de forma específica, el efecto de Difusión Brillouin requiere un alto grado de coherencia espacial de la señal incidente. El grado de coherencia necesario para la generación de la Difusión Brillouin se puede obtener con facilidad empleando láseres tales como los de semiconductor con cavidad externa, usados habitualmente como fuentes sintonizables en equipos de caracterización de fibras ópticas.
\newpage
Con un grado de coherencia suficiente en la fuente de luz, el fenómeno de Difusión Brillouin Espontáneo se produce en una fibra óptica monomodo cuando el nivel de potencia óptica supera un cierto nivel umbral del orden de unos pocos miliwatios de potencia en la fibra.
Cuando, además de la señal incidente (que denominamos señal sonda) se introduce en la misma fibra óptica una segunda señal, denominada señal problema, que se propaga en sentido opuesto al de la señal incidente, se produce el efecto denominado Difusión Brillouin Estimulada.
En estas circunstancias, un pequeño nivel de potencia en la segunda señal o señal problema, si tiene las características espectrales adecuadas, produce una fuerte reducción en el nivel umbral para que se produzca la Difusión Brillouin, de manera que la magnitud de esta difusión se intensifica en respuesta al estímulo proporcionado por la señal problema.
La magnitud de la potencia retrodifundida por efecto Brillouin estimulado está directamente determinada por la mucho más débil intensidad de la señal problema. Si la longitud de interacción entre la señal sonda y la señal problema es suficientemente amplia, el haz de luz o señal óptica resultante de la Difusión Brillouin puede ser de una intensidad comparable con la de la señal sonda, pero regida por la magnitud de la señal problema que la estimula. Se produce, por tanto, un efecto de Amplificación óptica por Difusión Brillouin.
La Amplificación por Difusión Brillouin tiene un carácter selectivo en longitud de onda: se produce exclusivamente en un estrecho rango espectral (con una anchura aproximada de 0,05 pm en la zona del infrarrojo próximo,
\lambda \sim 1,5 \mum) en torno a la longitud de onda determinada por la señal sonda, ligeramente desplazada por el efecto Doppler mencionado anteriormente (con un valor aproximado de 0,1 nm en fibras ópticas de sílice y en el citado infrarrojo próximo).
Modificando la longitud de onda de la señal sonda se amplifican selectivamente distintas componentes espectrales de la señal problema. Un barrido en longitudes de onda de la señal sonda actúa de sonda amplificadora sintonizable sobre el espectro de la señal problema.
El procedimiento de medida de espectros ópticos según la presente invención se basa en la Amplificación óptica Selectiva por Difusión Brillouin de un estrecho rango del espectro de la señal problema centrado en la longitud de onda fijada por la señal sonda (salvo el desplazamiento por efecto Doppler), de manera que un barrido en longitud de onda de la sonda permite obtener un amplio rango del espectro de la señal problema.
El dispositivo analizador de espectros ópticos por Difusión Brillouin y procedimiento de medida asociado objeto de la presente invención, consigue los objetivos planteados al incorporar una fuente óptica sintonizable de banda estrecha, un segmento de fibra óptica, un circulador óptico que permite el acceso a dicho segmento por uno de sus extremos, un segundo acceso óptico por el extremo opuesto de dicho segmento de fibra óptica, un sistema de detección y un sistema de control y adquisición de datos.
Dicho segmento de fibra óptica es susceptible de recibir a través de dicho circulador óptico una señal óptica sonda que a su vez procede de dicha fuente óptica sintonizable.
Por otro lado, dicho segmento de fibra es susceptible de recibir a través de dicho segundo acceso una señal óptica problema que se desea medir, procedente de una fuente externa.
Dicho segmento de fibra es el medio material adecuado para la interacción por efecto Brillouin entre la señal sonda y la señal problema, obteniéndose por dicho circulador óptico una señal óptica de salida, que entonces es conducida a dicho sistema de detección.
Una vez detectada y obtenida una señal eléctrica proporcional, ésta señal eléctrica es aplicada a dicho sistema de control y adquisición de datos para obtener una medida de la componente espectral de dicha señal problema correspondiente a la longitud de onda de dicha señal sonda.
Además, se obtiene el espectro de la señal problema mediante dicho sistema de control, que realiza un barrido en longitud de onda de la señal sonda y la composición de las medidas obtenidas en función de dicho barrido.
El dispositivo según la presente invención incorpora los siguientes componentes para mejorar sus características de funcionamiento:
i. un aislador óptico en el dicho segundo acceso de la fibra óptica para impedir la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir sobre la fuente externa generadora de la señal problema; y
ii. un controlador de la polarización situado entre dicho circulador y dicho segmento de fibra para evitar la pérdida de eficiencia en la interacción por efecto Brillouin debida a la diferencia en los estados de polarización de las señales ópticas problema y sonda.
\newpage
Además, el dispositivo de la presente invención puede incluir, de manera opcional, para alcanzar los límites últimos en cuanto a sus prestaciones, los siguientes elementos:
iii. un amplificador óptico situado a la salida de dicha fuente óptica sintonizable para aumentar la intensidad aplicada de la señal sonda y con ello mejorar la sensibilidad del dispositivo y el rango dinámico de medida; y
iv. uno o varios moduladores, de amplitud o polarización, que permiten la utilización de un sistema de detección síncrona en el proceso de medida, a fin de alcanzar el máximo grado de sensibilidad posible en la medida.
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El procedimiento de medida espectroscópica de señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales por Difusión Brillouin incluye los siguientes pasos:
i. introducción de una señal óptica sonda procedente de una fuente óptica o láser sintonizable por un extremo de un segmento de fibra óptica,
ii. introducción de una señal óptica problema a analizar, procedente de una fuente externa, y objeto de la medida, que atraviesa un aislador óptico previamente a su entrada por el extremo opuesto de la fibra óptica,
iii. optimización de la alineación de la polarización de la señal sonda con la de la señal problema, mediante un controlador de polarización situado entre el circulador óptico y la entrada de la señal sonda en el segmento de fibra óptica,
iv. interacción en el segmento de fibra óptica de la señal sonda y la señal problema que genera una señal de salida,
v. separación de la señal sonda y la señal de salida mediante un circulador óptico situado en el extremo de entrada de la señal sonda en el segmento de fibra óptica,
vi. detección de la señal de salida mediante un sistema de detección directa de luz, y
vii. análisis y toma de datos mediante un sistema de control conectado a la fuente óptica o láser sintonizable y al sistema de detección.
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Opcionalmente, para alcanzar el máximo rendimiento en el procedimiento de medida, se pueden llevar a cabo los siguientes pasos finales:
viii. amplificación de la señal sonda mediante un amplificador óptico tras su salida de la fuente óptica o láser sintonizable y previamente a la entrada de la señal sonda en el circulador óptico, y
ix. modulación, en amplitud o polarización, de la señal sonda o de la señal problema, o de ambas, de manera síncrona con el sistema de detección.
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Descripción de los dibujos
La invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada de unos ejemplos de realización de la misma con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
i. la Fig. 1 muestra esquemáticamente el circuito de interconexión con los elementos básicos comprendidos en el dispositivo de la presente invención,
ii. la Fig. 2 muestra esquemáticamente una alternativa al circuito de la Figura 1 con la inclusión de elementos opcionales como son el amplificador óptico 8 y los moduladores externos 9, y
iii. la Fig. 3 muestra una representación gráfica de los espectros ópticos de las señales que intervienen en el dispositivo en función del barrido en longitud de onda de la señal sonda.
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Descripción de una realización preferente de la invención
Por lo descrito anteriormente y haciendo referencia a las figuras, la presente invención concierne a un dispositivo analizador de espectros 12 ópticos basado en Amplificación por Difusión Brillouin y procedimiento de medida asociado que comprende una fuente óptica sintonizable 1 de banda estrecha, un segmento de fibra óptica 2, un circulador óptico 4, un controlador de polarización 5, un aislador óptico 6, un sistema de detección 3 y un sistema de control y toma de datos 7, como puede verse en la Fig. 1.
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Respecto a la fuente 1 y la señal sonda A que ésta genera han de tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:
i. La señal sonda A debe tener una densidad energética espectral suficiente para desencadenar el fenómeno de Difusión Brillouin en el medio material elegido (del orden de miliwatios de potencia en una fibra óptica).
ii. La señal sonda A debe tener una anchura espectral inferior a la del perfil espectral de la ganancia de Brillouin (g_{B}), para que sea ésta última la que determine realmente la resolución de la técnica espectrométrica (del orden de 0,05 pm, para la zona del infrarrojo próximo: \lambda\sim1,5 \mum).
iii. La fuente generadora 1 de la señal sonda A debe, en la práctica, permitir la variación de la longitud de onda central de la señal sonda, es decir, debe ser sintonizable. De este modo se puede trasladar la señal de salida por distintos puntos del espectro, lo que permite conocer el nivel de intensidad que la señal problema tiene en torno a distintas longitudes de onda.
iv. Las características de sintonizabilidad de la fuente 1 determinan directamente el rango espectral, precisión, reproducibilidad y características análogas correspondientes de la técnica de medida. Hoy en día, un láser semiconductor con cavidad externa sintonizable es capaz de proporcionar anchuras espectrales mucho menores que la resolución de la medida y permite rangos de sintonización del orden de 100 nm con alta precisión y repetitividad.
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Respecto al medio material de interacción 2, fibra óptica, han de tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:
i. La fibra óptica 2 a utilizar como medio material para la interacción por efecto Brillouin ha de ser de tipo monomodo en el rango de las longitudes de onda de medida, para preservar la coherencia espacial de los haces de luz, señales sonda y problema, en interacción.
ii. La eficiencia del efecto es inversamente proporcional (a igualdad de potencia óptica de los haces) al área efectiva de los haces de luz en interacción. Será mayor la eficiencia, por tanto, cuanto menor sea el área del núcleo de la fibra óptica. En concreto, para \lambda\sim1,5 \mum, es preferible el uso de fibra óptica de tipo "dispersión desplazada" o similar, ya que tiene un área efectiva casi la mitad de la de la fibra monomodo estándar.
iii. La longitud de fibra óptica 2 a utilizar es del orden de kilómetros para obtener el máximo rendimiento en el proceso de Amplificación Brillouin que se acumula a lo largo de la longitud de la fibra.
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Respecto al circulador óptico 4 tiene por misión desacoplar los dos sentidos de propagación de la luz en el extremo de la fibra sin pérdida significativa de intensidad, lo que resulta imprescindible para poder introducir por una parte la señal sonda A y por otra obtener la señal de salida C, con mayor eficacia que un acopiador de fibra óptica.
Respecto al controlador de la polarización 5 situado entre dicho circulador 4 y dicho segmento de fibra 2 permite evitar la pérdida de eficiencia en el efecto de Difusión Brillouin provocada por las distintas posibles polarizaciones de las señales ópticas en interacción.
Respecto al aislador óptico 6 se usa para impedir la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir sobre la fuente de la señal problema 10.
Para realizar la medida mediante el dispositivo de análisis espectral por Difusión Brillouin, el segmento de fibra 2 recibe por uno de sus extremos, a través de dicho circulador 4, una señal óptica sonda A que a su vez procede de dicha fuente óptica sintonizable 1. Por el extremo contrario, recibe a través de dicho aislador 6, una señal óptica problema B que se desea medir procedente de una fuente externa 10.
Dicho segmento de fibra 2 es el medio material adecuado para la interacción por efecto Brillouin entre la señal sonda A y la señal problema B, obteniéndose por dicho circulador óptico 4, una señal óptica de salida C, que es conducida a dicho sistema de detección 3.
Se propone como sistema de detección 3 una cadena de detección directa de luz, sin requerimientos especiales en cuanto a respuesta dinámica ni sensibilidad. La detección de la señal óptica se puede hacer a baja frecuencia o "frecuencia cero"; no se precisa, por tanto, una cadena de detección con tiempos de respuesta especialmente
rápidos.
Una vez detectada y obtenida una señal eléctrica proporcional a dicha señal de salida C, ésta señal eléctrica es aplicada a dicho sistema de control 7 para obtener una medida de la componente de la señal problema B en función de la longitud de onda de la señal sonda A.
Además, se obtiene el espectro 12 de la señal problema B mediante dicho sistema de control 7, que realiza un barrido 11 en longitud de onda de la señal sonda A y la composición gráfica de las medidas obtenidas en función de dicho barrido 11.
La simple utilización en un osciloscopio para la visualización de la señal eléctrica extraída del detector, en el que incide la señal de salida, sincronizada con una señal eléctrica para gobernar el barrido 11 continuo de la longitud de onda de la señal sonda, permite obtener, en tiempo real, una representación del perfil espectroscópico de la señal problema B.
Según el procedimiento a realizar con el dispositivo de la presente invención, el espectro 12 de la señal problema B se obtiene mediante el barrido 11 en longitud de onda de la emisión del láser sintonizable. La señal de salida detectada C corresponde a la magnitud de la componente espectral de la señal problema B, amplificada (por efecto Brillouin Estimulado) con una ganancia que depende de la intensidad de la señal sonda A procedente de la fuente sintonizable. En concreto, en cada punto de la fibra en que tiene lugar la interacción, la contribución a la señal de salida reflejada está determinada por un producto g_{B}\cdotIp(\lambdap)\cdotI_{T}(\lambda_{P}- \Delta\lambda_{D}), donde g_{B} es un coeficiente de ganancia Brillouin (característico de la fibra de interacción), e Ip(\lambdap), I_{T}(\lambda) representan las intensidades de las señales sonda y problema respectivamente, como funciones de la longitud de onda, \lambda. La intensidad I_{T}(X_{P}- \Delta\lambda_{D}) de la señal problema es la correspondiente a la longitud de onda de la sonda (\lambdap), salvo el desplazamiento por efecto Doppler (13) (\Delta\lambda_{D}) anteriormente comentado (véase Fig. 3).
Además, el dispositivo de la presente invención puede incorporar una serie de elementos opcionales que permiten alcanzar las máximas prestaciones compatibles con los fundamentos del procedimiento de medida. Estos elementos opcionales son:
i. un amplificador óptico 8 situado a la salida de dicha fuente óptica sintonizable 1 para aumentar la intensidad aplicada de la señal sonda A;
ii. un primer modulador 9, de amplitud o polarización, que trabaja de forma síncrona con el sistema de detección 3, situado entre el control de polarización 5 y el segmento de fibra 2. Como alternativa se puede incluir en lugar del primer modulador un segundo modulador 14, de amplitud o polarización, entre el aislador 6 y el segmento de fibra 2 que trabaja también de forma síncrona con el sistema de detección 3. También es posible emplear un primer modulador 9, entre el control de polarización 5 y el segmento de fibra 2, y un segundo modulador 14 entre el aislador 6 y el segmento de fibra 2. En el primer caso, y si se usa la modulación por polarización, ésta podría ser realizada por el controlador de polarización 5 en lugar de por el primer modulador 9.
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Preferentemente se empleará un primer modulador 9 con modulación en polarización trabajando de forma síncrona y situado como se ha mencionado anteriormente entre el control de polarización 5 y el segmento de fibra óptica 2.
La utilización de un amplificador óptico 8 tiene por objeto conseguir elevados niveles en la señal de salida, partiendo de niveles de señal problema (I_{T}) débiles, por medio de un incremento en el factor (I_{P}) correspondiente a la intensidad de la señal sonda.
Por otra parte, para aumentar, en su caso, el rango dinámico de la cadena de detección, es posible modular o bien la señal sonda A, o bien la señal problema B, o bien ambas señales. Estas modulaciones pueden ser de amplitud o de polarización (evolución periódica del estado de polarización) por medio de un sistema específico (9, 14 en la figura 2). En todos los casos, la modulación se transfiere a la intensidad de la señal de salida detectada C, lo que permite una mejora del cociente señal-ruido mediante técnicas de detección síncrona. En el caso de la modulación de polarización, la dependencia que con la polarización tiene la eficacia de la Dispersión Brillouin proporciona el mecanismo de transferencia de la modulación a la señal de salida detectada C. Si se modula la señal problema B, es posible, por detección síncrona, discriminar la señal de la contribución de la Difusión Brillouin Espontánea. Si se modula la señal sonda A, es posible discriminar la señal de la potencia continua asociada a la luz directa transmitida con la señal problema B. Finalmente, si se modulan ambas señales A y B, es posible, detectando a una frecuencia suma (o diferencia) de las de modulación, discriminar la señal respecto a cualquier otra contribución de fondo presente en la señal detectada.
Finalmente, el dispositivo analizador de espectros ópticos basado en el efecto de Amplificación óptica por Difusión Brillouin que se describe en la presente invención alcanza, en la medida, las siguientes prestaciones:
i. una alta resolución espectral determinada exclusivamente por la anchura asociada al efecto Brillouin (del orden de 0,05 pm para la zona del infrarrojo próximo, es decir, \lambda \sim 1,5 \mum);
ii. una alta sensibilidad, de forma que la potencia mínima detectable es del orden de 1 nW/pm (para tiempos de respuesta en la cadena de detección del orden de 1 ms); y
iii. un amplio rango dinámico, superior a 80 dB, ajustando la sensibilidad del sistema por medio del nivel de ganancia total en la Amplificación por Difusión Brillouin.
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El procedimiento de medida espectroscópica de señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales por Difusión Brillouin según la presente invención, incluye las siguientes etapas:
i. la introducción de una señal óptica sonda A procedente de una fuente óptica o láser sintonizable 1 por un extremo de un segmento de fibra óptica 2,
ii. la introducción de una señal óptica problema B a analizar, procedente de una fuente externa 10, y objeto de la medida, que atraviesa un aislador óptico 6 previamente a su entrada por el extremo opuesto de la fibra óptica 2,
iii. optimización de la alineación de la polarización de la señal sonda A con la de la señal problema B, mediante un controlador de polarización 5 situado entre el circulador óptico 4 y la entrada de la señal sonda A en el segmento de fibra óptica 2,
iv. interacción en el segmento de fibra óptica 2 de la señal sonda A y la señal problema B que genera una señal de salida C,
v. separación de la señal sonda A y la señal de salida C mediante un circulador óptico 4 situado en el extremo de entrada de la señal sonda A en el segmento de fibra óptica 2,
vi. detección de la señal de salida C mediante un sistema de detección directa de luz 3, y
vii. análisis y toma de datos mediante un sistema de control 7 conectado a la fuente óptica o láser sintonizable 1 y al sistema de detección 3.
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Además, se pueden llevar a cabo opcionalmente las siguientes fases: viii. amplificación de la señal sonda mediante un amplificador óptico 8 tras su salida de la fuente óptica o láser sintonizable 1 y previamente a la entrada de la señal sonda A en el circulador óptico 4, y
ix. modulación, de la amplitud o la polarización, de la señal sonda A mediante un primer modulador 9 situado entre el control de polarización 5 y el segmento de fibra óptica 2 y que trabaja de forma síncrona con el sistema de detección 3.
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Esta última etapa puede ser sustituida o complementada con una etapa de modulación, de la amplitud o la polarización, de la señal problema B mediante un segundo modulador 14 situado entre el aislador óptico 6 y el segmento de fibra óptica 2 y que trabaja de forma síncrona con el sistema de detección 3.

Claims (21)

1. Dispositivo para el análisis de espectros ópticos mediante amplificación óptica por difusión Brillouin, que comprende una fuente (1) óptica sintonizable, de banda estrecha y coherente, un segmento (2) de fibra óptica monomodo, un circulador (4) óptico para acceder a dicho segmento (2) por uno de sus extremos, un segundo acceso (6) óptico en el otro extremo del segmento (2) de fibra, un sistema (3) de detección directa de luz y un sistema (7) de control, que realiza un barrido en longitud de onda de dicha fuente óptica sintonizable y de banda estrecha, donde dicho segmento (2) de fibra es susceptible de recibir por medio de dicho circulador (4) óptico una señal (A) óptica sonda procedente de dicha fuente (1) óptica y, por medio de dicho segundo acceso (6), una señal (B) óptica problema, cuyo espectro (12) va a medirse, procedente de una fuente (10) externa, proporcionando el segmento (2) de fibra un medio material adecuado para una interacción por efecto de amplificación óptica por difusión Brillouin entre la señal (A) sonda y la señal (B) problema, estando dispuesto dicho circulador (4) óptico para obtener una señal (C) óptica de salida, que corresponde a la magnitud de la componente espectral de la señal (B) óptica problema amplificada mediante el efecto de amplificación óptica por difusión Brillouin con una ganancia que depende de la intensidad de la señal (A) óptica sonda, que se conduce a dicho sistema (13) de detección, que genera un voltaje proporcional a la intensidad óptica de la señal (C) óptica de salida, proporcionándose dicho voltaje al sistema (7) de control que determina la longitud de onda de la señal (C) óptica de salida medida según la longitud de onda de la señal (A) sonda obteniéndose de ese modo el espectro (12) de la señal (B) problema por medio de dicho sistema (7) de control, en el que la entrada de la señal (B) problema en el segmento de fibra óptica se realiza a través del acceso (6) óptico y en el extremo opuesto a la entrada de la señal (A) sonda, teniendo intercalado dicho acceso un aislador (6) óptico para impedir la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir sobre la fuente (10) externa y en el que dicho dispositivo comprende un controlador (5) de polarización situado entre dicho circulador (4) óptico y dicho segmento (2) de fibra para evitar la pérdida de eficiencia provocada por las distintas polarizaciones de la señal (A) óptica sonda y la señal (B) óptica problema.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha fuente óptica es de tipo láser semiconductor con cavidad externa, sintonizable, de banda estrecha y de alta coherencia.
3. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo incorpora un amplificador (8) óptico situado a la salida de dicha fuente (1) óptica sintonizable para aumentar la intensidad aplicada de la señal (A) sonda y consiguientemente el nivel de sensibilidad de la medida.
4. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho dispositivo incorpora al menos un modulador (9, 14) que trabaja de forma síncrona con el sistema (3) de detección, de manera que dicho dispositivo de espectrometría alcanza una alta sensibilidad y un amplio rango dinámico en la medida.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora un primer modulador (9) situado entre el control (5) de polarización y el segmento (2) de fibra, de manera que la modulación se realiza sobre la señal (A) sonda.
6. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora un segundo modulador (14) situado entre el segmento (2) de fibra y el aislador (6), de manera que la modulación se realiza sobre la señal (B) problema.
7. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora un primer modulador (9) situado entre el control (5) de polarización y el segmento (2) de fibra, y un segundo modulador (14) situado entre el segmento (2) de fibra y el aislador (6).
8. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los moduladores (9, 14) pueden realizar una modulación de amplitud o de polarización.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el primer modulador realiza una modulación de polarización.
10. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha resolución espectral está limitada por la anchura espectral del efecto Brillouin estimulado.
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha resolución espectral alcanza un valor mínimo del orden de 0,05 pm para la zona del infrarrojo próximo, es decir, \lambda \sim 1,5 \mum.
12. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sensibilidad alcanza un valor del orden de 1 nW/pm para tiempos de respuesta en la cadena de detección del orden de 1 ms.
13. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rango dinámico alcanza un valor del orden de 80 dB, ajustándose la sensibilidad del sistema por medio del nivel de ganancia total en la amplificación por difusión Brillouin.
14. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fibra (2) óptica es una fibra monomodo para el rango de las longitudes de onda de medida o trabajo.
15. Dispositivo según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el controlador (5) de polarización puede ejercer las funciones de primer modulador (9) modulando la señal (A) sonda.
16. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de detección es de baja frecuencia.
17. Procedimiento de medida espectroscópica de señales ópticas para la amplificación óptica selectiva de señales mediante el efecto de amplificación óptica por difusión Brillouin, que incluye:
a.
introducir una señal (A) óptica sonda procedente de una fuente (1) óptica sintonizable, de banda estrecha y coherente por un extremo de un segmento (2) de fibra óptica monomodo tras atravesar un circulador (4) óptico,
b.
introducir una señal (B) óptica problema a analizar y objeto de la medida en un acceso (6) en el otro extremo del segmento (2) de fibra óptica, procedente de una fuente (10) externa, en el segmento (2) de fibra óptica, por medio de un circulador (4)óptico,
c.
hacer interaccionar la señal (A) sonda y la señal (B) problema para generar una señal (C) de salida que contiene una componente espectral de la señal (B) óptica problema determinada mediante el efecto de amplificación óptica por difusión Brillouin por la señal (A) óptica sonda,
d.
detectar la señal (C) de salida por medio de un sistema (3) de detección directa de luz, que genera un voltaje proporcional a la intensidad óptica de la señal (C) óptica de salida, y
e.
analizar y realizar la toma de datos por medio de un sistema (7) de control conectado a la fuente (1) óptica sintonizable y al sistema (3) de detección, que realiza un barrido en longitud de onda de dicha fuente (1) óptica sintonizable y de banda estrecha, y determina por medio de dicho voltaje detectado por dicho sistema (3) de detección directa de luz la longitud de onda de la señal (C) óptica de salida medida según la longitud de onda de la señal (A) sonda,
en el que para la interacción entre la señal (A) sonda y la señal (B) problema se dan las siguientes etapas:
a.
introducir la señal (B) óptica problema, tras atravesar el aislador (6) óptico, en la fibra (2) óptica por el extremo opuesto al de la introducción de la señal (A) sonda, para impedir la salida de cualquier señal óptica que pudiera influir sobre la fuente (10) externa,
b.
optimizar la alineación de polarización de la señal (A) sonda con la de la señal (B) problema, por medio de un controlador (5) de polarización situado entre el circulador (4) óptico y el segmento (2) de fibra óptica, para impedir la pérdida de eficiencia provocada por las distintas polarizaciones de la señal (A) óptica sonda y la señal (B) óptica problema,
c.
hacer interaccionar la señal (A) sonda y la señal (B) problema en el segmento (2) de fibra óptica, generando una señal (C) de salida, y
d.
separar la señal (A) sonda y la señal (C) de salida por medio de un circulador (4) óptico situado en el extremo de entrada de la señal (A) sonda en el segmento (2) de fibra óptica.
18. Procedimiento de medida según la reivindicación 17, caracterizado porque comprende una etapa de amplificación de la señal (A) sonda por medio de un amplificador (8) óptico tras su salida de la fuente (1) óptica sintonizable y previamente a la entrada de la señal (A) sonda en el circulador (4) óptico.
19. Procedimiento de medida según las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una etapa de modulación de la señal (A) sonda por medio de un primer modulador (9) situado entre el control (5) de polarización y el segmento (2) de fibra óptica y que trabaja de forma síncrona con el sistema (3) de detección.
20. Procedimiento de medida según las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una etapa de modulación de la señal (B) problema por medio de un segundo modulador (14) situado entre el aislador (6) óptico y el segmento (2) de fibra óptica que trabaja de forma síncrona con el sistema (3) de detección.
21. Procedimiento de medida según las reivindicaciones 17 y 18, caracterizado porque comprende una etapa de modulación de la señal (A) sonda por medio de un primer modulador (9) situado entre el control (5) de polarización y el segmento (2) de fibra óptica y que trabaja de forma síncrona con el sistema (3) de detección, y una etapa de modulación de la señal (B) problema por medio de un segundo modulador (14) situado entre el aislador (6) óptico y el segmento de fibra óptica y que trabaja de forma síncrona con el sistema (3) de detección.
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