ES2951165T3 - Dispositivo de detección coherente simplificada sin pérdida óptica - Google Patents

Dispositivo de detección coherente simplificada sin pérdida óptica Download PDF

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para detectar coherentemente datos en una señal óptica, denominada señal útil (SPL), recibida a través de una primera fibra óptica monomodo (PLSOF), que comprende: - una segunda fibra óptica monomodo (LOSOF) que recibe una señal óptica de oscilación (SLO); - un dispositivo de gestión de polarización (DGP) que recibe como entrada, en un primer caso, la señal óptica de oscilación (SLO), o, en un segundo caso, la señal útil (SPL), y que entrega como salida dos señales separadas (SLOV, SLOH), sobre dos guías ópticas monomodo, estando configurado el dispositivo de detección coherente de manera que un conjunto de las tres señales, que consta de las dos señales separadas y de, en el primer caso, la señal útil (SPL), o, en el segundo caso, la señal de oscilación (SLO), se presenta a un solo fotodiodo (D). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de detección coherente simplificada sin pérdida óptica
1. Campo de la invención
La invención se sitúa en el campo de las telecomunicaciones por fibras ópticas, y más particularmente en el de los receptores de señales ópticas, tales como, por ejemplo, los terminales de línea óptica (OLT) o los terminales de red óptica (ONT) utilizados en redes ópticas pasivas (PON).
2. Estado de la técnica anterior
Una de las grandes dificultades en la detección, por el lado de la recepción, de los datos transportados en una señal óptica, proviene de la atenuación de esta señal durante su recorrido por el medio óptico. Una técnica utilizada consiste, a la llegada de la señal, en multiplicar por un lado la señal óptica por otra señal óptica de frecuencia cercana (denominada señal de oscilación). Esta multiplicación de las señales ópticas es efectiva solamente si las dos señales ópticas están en el mismo eje de polarización. Por otro lado, es necesario limitar el efecto debido a la evolución permanente del estado de polarización óptica de la señal óptica que se propaga en la fibra con respecto al estado de polarización del oscilador óptico, que, a su vez, permanece estático. Esta técnica se denomina a continuación detección coherente óptica. El documento "Polarization-independent receivers for low-cost coherent OOK systems" por Ernesto Ciaramella, Photonics Technology Letters, Vol 26, No 6, publicado el 15 de marzo de 2014, describe un sistema que da una solución. Este sistema de comunicación para red óptica comprende: un circuito de ondas luminosas que comprende fibras ópticas monomodo y multimodo, un acoplador de fibra óptica para formar un combinador óptico 3x3 con, en la entrada y en la salida, una fibra monomodo. Esta técnica también se describe en el documento "Comparison of Low Complexity Coherent Receivers for UDWDM-PONs (lambda-to-the-user)" por Sezer Erkilink, 02-11-2017.
El principio de funcionamiento del estado de la técnica se basa en dos realizaciones (representadas respectivamente por las Figuras 1 y 2) que permiten llevar a cabo una detección coherente óptica que se basa en la mezcla de la señal recibida con una segunda onda óptica denominada “oscilador local”, seguido de la detección por los fotodetectores.
Esta onda óptica (también denominada señal de pulsación o señal de oscilación), generada localmente a nivel del receptor, proviene del oscilador local (LO), denominado así por analogía con el campo de la radio. La ventaja en términos de sensibilidad con respecto a una detección directa de la señal en un fotodetector se explica por el hecho de que la potencia de la señal eléctrica detectada se multiplica por un factor que depende de la potencia óptica de la señal de oscilación, mientras que el ruido propio del fotodetector permanece sin cambios. Cabe señalar que la comunidad óptica denomina “mezcla” la adición a la señal recibida de la señal proveniente del oscilador local en un fotodetector.
Uno de los problemas de los receptores coherentes descritos anteriormente, es la necesidad de un control de la polarización óptica de la señal en la entrada, para garantizar la condición de coherencia entre las dos ondas, señal recibida y señal de oscilación. En efecto, la señal que resulta de la multiplicación de la señal óptica con la señal de oscilación depende de las polarizaciones ópticas respectivas de las dos señales, puede, por ejemplo, anularse si son ortogonales. Por lo tanto, es necesario asegurarse de tener señales (señal recibida y señal de oscilación) que tienen ejes de polarización paralelos. Dada la variación aleatoria del estado de polarización (SOP - State Of Polarization) de la señal en la fibra, es necesario utilizar en recepción un montaje compatible con la diversidad de polarización. En la práctica, esta operación se puede llevar a cabo con la ayuda de un cubo separador de polarización (PBS). La primera variante de realización (Figura 1) propone separar la señal de oscilación (SLO) en dos componentes ortogonales para producir una mezcla independientemente del SOP de la señal. Para la segunda variante de realización (Figura 2), se utiliza el principio inverso separando la señal recibida (SPL) en dos componentes ortogonales (vía el separador de polarización PBS) para producir una mezcla con una señal SLO polarizada. Para que la mezcla se realice sobre la base de un solo eje de polarización, uno de los ejes de polarización del separador de PBS sufre una rotación de 90°. En las dos variantes, el acoplador tres a tres C3x3 permite asegurar que, cualquiera que sea el estado de polarización de la señal óptica recibida, efectuará una pulsación con la señal SLO en el mismo eje de polarización óptica. Las tres señales ópticas resultantes son similares ya que cada una corresponde a la misma pulsación entre la señal SLO y la señal SPL, y son detectadas electrónicamente por tres fotodetectores D.
Esta solución tiene como inconveniente atenuar la señal óptica hacia cada uno de los fotodetectores D en aproximadamente 6 dB, lo que corresponde a la pérdida óptica del acoplador óptico C3x3. Otro inconveniente es el uso de tres fotodetectores D que complican el cableado y aumentan el coste de la instalación.
Uno de los objetivos de la invención es remediar a estos inconvenientes del estado de la técnica.
3. Presentación de la invención
La invención mejora la situación con la ayuda de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una primera fibra óptica monomodo, denominada señal útil, que comprende:
una segunda fibra óptica monomodo que recibe una señal óptica de oscilación, un dispositivo de gestión de la polarización que recibe como entrada, en un primer caso, la señal óptica de oscilación, o bien, en un segundo caso, la señal útil, y que proporciona como salida dos señales separadas, en dos guías ópticas monomodo,
estando configurado el dispositivo de detección coherente de manera que un conjunto de las tres señales que consiste en las dos señales separadas, así como, en el primer caso, la señal útil, o bien, en el segundo caso, la señal de oscilación, se presenta a un único fotodiodo
El dispositivo de detección coherente propuesto permite, gracias a su estructura innovadora, entre otras cosas, utilizar un único fotodiodo para convertir la señal óptica recibida en una señal eléctrica, en lugar de 3 según la técnica anterior. El dispositivo es así más compacto, más fácil de miniaturizar y menos costoso de producir.
La señal de oscilación se puede producir fuera del dispositivo, lo que tiene la ventaja de aumentar su compacidad, y de poder utilizar el dispositivo en configuraciones que requieren diferentes tipos de señal de oscilación, sin tener que configurar el dispositivo en sí.
Según un aspecto, el dispositivo de detección coherente comprende además un oscilador óptico local que proporciona la señal de oscilación en la segunda fibra óptica monomodo. Incluso si el dispositivo propuesto es más compacto y versátil si no incluye el oscilador óptico local, es posible incluirlo, lo que acerca el dispositivo a la técnica anterior y por lo tanto facilita las modificaciones técnicas a aportar a un dispositivo de detección coherente según la técnica anterior. Según un aspecto, la señal recibida como entrada por el dispositivo de gestión de las polarizaciones es la señal de oscilación, y el dispositivo de gestión de las polarizaciones es un cubo separador de polarización.
Gracias a este aspecto, el estado de polarización de la señal no tiene incidencia en la eficiencia de la detección, gracias a las 2 polarizaciones de la señal de oscilación que proporcionan el dispositivo de gestión de polarizaciones, que son preferentemente ortogonales. El cubo separador de polarización, o "polarization beam splitter" en inglés, tiene la ventaja de ser compacto y generar menos pérdidas ópticas que un acoplador óptico 1 hacia 2 con 2 polarizadores.
Según un aspecto, la señal recibida como entrada por el dispositivo de gestión de polarizaciones es la señal útil, y el dispositivo de gestión de polarizaciones es un cubo separador de polarización con un rotador de polarización conectado a una de sus salidas.
Gracias a este aspecto, el estado de polarización de la señal no tiene incidencia en la eficacia de la detección ya que el rotador tiene como efecto que la mezcla de las tres señales se produce en base a un único eje de polarización. Los ejes de polarización de las tres señales están alineados, lo que permite que la pulsación óptica sea la más eficaz posible.
Según un aspecto, el conjunto de las tres señales es producido por un acoplador tres hacia uno que comprende tres entradas monomodo polarizadas, y una salida multimodo.
Un acoplador 3x1 monomodo hacia multimodo tiene las ventajas de ser más eficaz, menos costoso y más compacto que el acoplador 3x3 de la técnica anterior. Según un aspecto, el conjunto de las tres señales se produce mediante una lente óptica que focaliza las tres señales hacia el fotodiodo.
Con respecto a un acoplador 3x1, una lente óptica no tiene ninguna pérdida óptica, pero es más compleja de fabricar y más frágil.
Según un aspecto, el conjunto de las tres señales se produce por una óptica integrada que acercan las tres señales hacia el fotodiodo.
La óptica integrada tampoco tiene pérdida óptica y tiene las ventajas de robustez y compacidad, pero necesita una zona de fotodetección geométricamente amplia, lo que puede ser una desventaja para un rendimiento muy alto. Según un aspecto, las dos guías ópticas monomodo a la salida del dispositivo de gestión de las polarizaciones son fibras ópticas monomodo.
Según un aspecto, las dos guías ópticas monomodo a la salida del dispositivo de gestión de las polarizaciones son guías en óptica integradas.
Este aspecto permite un dispositivo más compacto y una alta integración de sus componentes.
Algunos de los aspectos del dispositivo de detección coherente que se acaban de describir pueden usarse independientemente unos de otros o en combinación unos con otros.
La invención se refiere también a un procedimiento para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, denominada señal útil, llevado a cabo por un dispositivo de detección coherente conforme al que se acaba de describir, que comprende las siguientes etapas:
recepción de la señal útil a partir de la primera fibra óptica monomodo,
recepción de una señal de oscilación a partir de una segunda fibra óptica monomodo, separación de una de las dos señales, señal de oscilación en un primer caso, o señal útil en un segundo caso, en dos señales separadas, con la ayuda de un cubo separador de polarización, hacia dos guías ópticas monomodo,
presentación a un solo fotodiodo de un conjunto de tres señales que consisten en dos señales separadas, así como la señal no separada que es la señal útil en el primer caso o la señal de oscilación en el segundo caso,
detección por el fotodiodo de los datos de la señal útil.
Este procedimiento se aplica al dispositivo de detección coherente que se acaba de describir, en todas sus formas de realización.
4. presentación de figuras
Otras ventajas y características de la invención aparecerán más claramente con la lectura de la siguiente descripción según un modo particular de realización de la invención, dada a título de ejemplo sencillo, ilustrativo y no limitativo, y de los dibujos adjuntos, entre los que:
[Fig 1] La figura 1 presenta de manera esquemática un primer ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según la técnica anterior, [Fig 2] La figura 2 presenta de manera esquemática un segundo ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según la técnica anterior, [Fig 3] La figura 3 presenta de manera esquemática un primer ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
[Fig 4] La figura 4 presenta de manera esquemática un segundo ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
[Fig 5] La figura 5 presenta de manera esquemática un tercer ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
[Fig 6] La figura 6 presenta de manera esquemática un cuarto ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
[Fig 7] La figura 7 presenta de manera esquemática un quinto ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
[Fig 8] La figura 8 presenta de manera esquemática un sexto ejemplo de un dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención,
5. Descripción detallada de al menos una realización de la invención
El principio de funcionamiento del estado de la técnica se ha presentado anteriormente, en relación con las Figuras 1 y 2 que no se volverán a describir.
La Figura 3 tiene un primer ejemplo de dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención.
El dispositivo de detección 101 comprende un dispositivo de gestión de las polarizaciones, DGP que es por ejemplo un cubo separador de polarización, PBS (este cubo se denomina "polarization beam splitter" en inglés), un acoplador tres hacia uno monomodo hacia multimodo C3x1, así como un fotodetector D, por ejemplo un fotodiodo.
El dispositivo de detección 101 también puede comprender un oscilador local LO, pero este oscilador LO puede ser ventajosamente un elemento independiente y externo conectado al dispositivo 101 por una fibra óptica monomodo, LOSOF.
Las entradas monomodo del acoplador C3x1 están conectadas a tres fibras ópticas monomodo C1, C2 y C3. La salida multimodo del acoplador C3x1 está conectada a una fibra óptica multimodo C4.
El oscilador LO proporciona una señal de oscilación SLO, presentada como entrada al cubo separador de polarizaciones PBS en la fibra óptica monomodo LOSOF. El cubo PBS separa la señal SLO en dos señales distintas, SLOH y SLOV, estas dos señales basadas en la señal SLO tienen diferentes polarizaciones, preferiblemente ortogonales entre sí. Las señales SLOH y SLOV son emitidas por el cubo PBS en dos de las tres fibras ópticas monomodo C1, C2 o C3 en las entradas del acoplador C3x1 (por ejemplo C2 y C3 en la Figura 3).
El dispositivo 101 está también configurado para recibir en una fibra óptica monomodo PLSOF una señal óptica de datos SPL. La de las tres fibras ópticas monomodo C1, C2 o C3 que no está conectada a las dos salidas del cubo PBS (por ejemplo C1 en la Figura 3) es la misma fibra que la fibra PLSOF.
Las tres señales SPL, SLOH y SLOV son así mezcladas por el acoplador C3x1, dando como resultado una señal MXS101 emitida en la salida por el acoplador C3x1 en la fibra óptica multimodo C4.
La fibra multimodo C4 que transporta la señal MXS101 se conecta al fotodiodo D. Gracias a esta realización, el dispositivo 101 permite una detección más eficaz de los datos contenidos en la señal SPL que recibe como entrada, ya que las pérdidas ópticas entre esta señal SPL y la señal MXS101 son inferiores a 1 dB.
La Figura 4 tiene un segundo ejemplo de dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una fibra óptica monomodo, según un aspecto de la invención.
El dispositivo de detección 102 difiere del dispositivo 101 en que el dispositivo de gestión de las polarizaciones DGP comprende un cubo separador de polarización PBS y un rotador de polarización PR.
Esta segunda realización también difiere de la primera en que la señal presentada al dispositivo PBS no es la señal de oscilación SLO sino la señal óptica de datos SPL. El cubo PBS separa la señal SPL en dos señales distintas, SPLH y SPLV, estas dos señales basadas en la señal SPL tienen diferentes polarizaciones, preferiblemente ortogonales entre sí. La señal SPLV se presenta entonces al rotador PR, que somete a una rotación de 90° su eje de polarización, produciendo la señal SPLVH. Se entenderá que gracias a esta configuración las señales SPLH y SPLVH tienen el mismo eje de polarización.
Las señales SPLH y SPLVH son emitidas por la combinación del cubo PBS y del rotador PR sobre dos de las tres fibras ópticas monomodo C1, C2 o C3 (por ejemplo C1 y C2 en la Figura 4) en las entradas del acoplador C3x1. La tercera fibra óptica monomodo (por ejemplo, C3 en la Figura 4) es la misma fibra que la fibra LOSOF.
Las tres señales SPLH, SPLVH y SLO son así mezcladas por el acoplador C3x1, dando como resultado una señal MXS102 emitida en la salida por el acoplador C3x1 en la fibra óptica multimodo C4.
La fibra multimodo C4 que transporta la señal MXS102 se conecta al fotodiodo D. Gracias a esta realización, el dispositivo 102 permite, al igual que el dispositivo 101, una detección más eficaz de los datos contenidos en la señal SPL que recibe como entrada, ya que las pérdidas ópticas entre esta señal SPL y la señal MXS102 son inferiores a 1 dB. Las Figuras 5 y 7 muestran de manera esquemática ejemplos de dispositivo de detección que difieren del dispositivo 101 de la Figura 3 por un lado en la forma en que se mezclan las señales ópticas monomodo SPL, SLOH y SLOV, y por otro lado en la forma en que se presenta la mezcla al fotodiodo D.
En el dispositivo 103 de la Figura 5, el acoplador C3x1 y la fibra multimodo C4 están sustituidos por una lente óptica L que acerca las tres señales ópticas monomodo SPL, SLOH y SLOV y las focalizan directamente en un único fotodiodo D.
En el dispositivo 105 de la Figura 7 el acoplador C3x1 y la fibra multimodo C4 están sustituidos por una óptica integrada que acerca las señales ópticas monomodo SPL, SLOH y SLOV de manera a iluminar directamente sobre el fotodiodo D.
Las Figuras 6 y 8 muestran de manera esquemática ejemplos de dispositivo de detección que difieren del dispositivo 102 de la Figura 4 por un lado en la forma en que se mezclan las señales ópticas monomodo SPLH, SPLVH y SLO, y por otro lado en la forma en que se presenta la mezcla al fotodiodo D.
En el dispositivo 104 de la Figura 6, el acoplador C3x1 y la fibra multimodo C4 están sustituidos por una lente óptica L que acerca las señales ópticas monomodo SPLH, SPLVH y SLO y las focalizan directamente sobre el fotodiodo D.
En el dispositivo 106 de la Figura 8, el acoplador C3x1 y la fibra multimodo C4 están sustituidos por una óptica integrada IO que acerca las señales ópticas monomodo SPLH, SPLVH y SLO de manera a iluminar directamente sobre el fotodiodo D.
Los ejemplos de realización de la invención que se acaban de presentar son sólo algunas de las posibles realizaciones. Muestran que la invención permite llevar a cabo sin pérdidas ópticas significativas una recepción de señales ópticas, por ejemplo procedentes de una red óptica pasiva (PON). En efecto, en una PON, las fibras ópticas que conectan el terminal de línea óptica (OLT) de la central con los distintos terminales de la red óptica (ONT) de los abonados son fibras ópticas monomodo. Por lo tanto, es ventajoso integrar los dispositivos de detección propuestos en las ONT para la dirección descendente, así como en OLT para la dirección ascendente.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para la detección coherente de datos en una señal óptica recibida en una primera fibra óptica monomodo (PLSOF), denominada señal útil (SPL), que comprende:
- una segunda fibra óptica monomodo (LOSOF) que recibe una señal óptica de oscilación (SLO),
- un dispositivo de gestión de las polarizaciones (DGP) que recibe como entrada, en un primer caso, la señal óptica de oscilación (SLO), o bien, en un segundo caso, la señal útil (SPL), y que entrega como salida dos señales separadas ( SLOV, SLo H; SPLVH, s Pl H), en dos guías ópticas monomodo,
estando configurado el dispositivo de detección coherente de manera que un conjunto de las tres señales que consiste en las dos señales separadas, así como, en el primer caso, la señal útil (SPL), o bien, en el segundo caso, la señal de oscilación (SLO), se presenta a un único fotodiodo (D).
2. Dispositivo de detección coherente según la reivindicación 1, que comprende además un oscilador óptico local (LO) que envía la señal de oscilación (SLO) en la segunda fibra óptica monomodo (LOSOF).
3. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la señal recibida como entrada por el dispositivo de gestión de las polarizaciones es la señal de oscilación (SLO), y en el que el dispositivo de gestión de las polarizaciones (DGP) es un cubo separador de polarización (PBS).
4. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la señal recibida como entrada por el dispositivo de gestión de las polarizaciones es la señal útil (SPL), y en el que el dispositivo de gestión de las polarizaciones (DGP) es un cubo separador de polarización (PBS) con un rotador de polarización (PR ) conectado a una de sus salidas.
5. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el conjunto de las tres señales es producido por un acoplador tres hacia uno (C3x1) que comprende tres entradas polarizadas monomodo (C1, C2, C3) y una salida multimodo (C4).
6. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el conjunto de las tres señales es producido por una lente óptica (L) que focaliza las tres señales sobre el fotodiodo (D).
7. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el conjunto de las tres señales es producido por una óptica integrada (IO) que acerca las tres señales hacia el fotodiodo (D).
8. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las dos guías ópticas monomodo a la salida del dispositivo de gestión de las polarizaciones (DGP) son fibras ópticas monomodo.
9. Dispositivo de detección coherente según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las dos guías ópticas monomodo a la salida del dispositivo de gestión de las polarizaciones (DGP) son guías en óptica integradas.
10. Procedimiento para la detección coherente de datos en una señal óptica, recibida en una fibra óptica monomodo (PLSOF), denominada señal útil (SPL), llevado a cabo por un dispositivo de detección coherente (101; 102; 103; 104; 105; 106) según la reivindicación 1 , y que comprende las siguientes etapas:
- recibir la señal útil de la primera fibra óptica monomodo (PLSOF),
- recibir una señal de oscilación (SLO) a partir de una segunda fibra óptica monomodo (LOSOF),
- separar una de las dos señales, señal de oscilación (SLO) en un primer caso, o señal útil (SPL) en un segundo caso, en dos señales separadas, con la ayuda de un cubo de separación de polarización (PBS), hacia dos guías ópticas monomodo,
- presentar, a un solo fotodiodo (D), un conjunto de tres señales que consisten en las dos señales separadas, así como la señal no separada que es la señal útil (SPL) en el primer caso, o la señal de oscilación (SLO) en el segundo caso, - detectar con el fotodiodo (D) los datos de la señal útil.
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