PT105423A

PT105423A - Sistema e método de medição fotónica da frequência por modulação electro-óptica complementar

Info

Publication number: PT105423A
Application number: PT10542310A
Authority: PT
Inventors: Nogueira Rogerio Nunes; Drummond Miguel Vidal
Original assignee: Univ Aveiro; Inst De Telecomunicacoes
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-11
Also published as: WO2012090024A9; WO2012090024A1

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM SISTEMA FOTÓNICO PARA EFECTUAR A MEDIÇÃO DA FREQUÊNCIA DE UM SINAL (1) DE RÁDIOFREQUÊNCIA (RF). O SISTEMA TEM COMO BASE A CONVERSÃO DO SINAL RF PARA O DOMINÍO ÓPTICO, REALIZADA ATRAVÉS DE UM MODULADOR DE MACH-ZEHNDER (MZM) DE DOIS ELÉCTRODOS E DUAS SAÍDAS ÓPTICAS (8, 9, 10, 11). A POTÊNCIA DAS PORTADORAS RF DOS DOIS SINAIS ÓPTICOS (12) OBTIDOS APÓS MODULAÇÃO ELECTRO-ÓPTICA DE UMA FONTE (7) APROPRIADA VARIA COM A FREQUÊNCIA DO SINAL RF. TAL VARIAÇÃO NÃO É SEMELHANTE NOS DOIS SINAIS ÓPTICOS OBTIDOS, MAS SIM COMPLEMENTAR. A FREQUÊNCIA DO SINAL RF É DETERMINADA (15, 16) COM BASE NA POTÊNCIA MEDIDA (14) DAS PORTADORAS RF DOS DOIS SINAIS ÓPTICOS OBTIDOS APÓS MODULAÇÃO ELECTRO-ÓPTICA. SÃO PROPOSTAS DUAS CONFIGURAÇÕES PREFERENCIAIS, QUE DIFEREM ENTRE SI NO MÉTODO USADO PARA REMOVER (13) A PORTADORA ÓPTICA NUM DOS SINAIS ÓPTICOS MODULADOS. A INVENÇÃO COMPREENDE AINDA OS CIRCUITOS ELÉCTRICOS APROPRIADOS (2, 3, 4, 5, 6).

Description

8 onde o primeiro acoplador óptico (17) é alimentado pela fonte de luz monocromática (7) e alimenta o atenuador óptico variável (18) que alimenta o modulador de fase (19) que alimenta, conjuntamente com uma das saídas (11) do modulador, o segundo acoplador óptico (20).

Uma realização preferencial compreende adicionalmente um processador de dados (16) apto a calcular a frequência do sinal RF a partir da análise das duas potências ópticas médias obtidas pelos dois medidores de potência óptica (14) . A presente invenção descreve ainda um método para efectuar a medição fotónica da frequência de um sinal RF que compreende os passos de: -modular uma fonte de luz monocromática (7) com o auxílio de um modulador (8, 9, 10, 11) de Mach-Zehnder com dois eléctrodos e duas saídas ópticas; -aplicar nos eléctrodos do modulador de Mach-Zehnder duas cópias do sinal RF atrasadas temporalmente entre si; -ajustar a tensão de polarização do modulador para que um dos dois sinais ópticos modulados tenha portadora óptica suprimida; -suprimir a portadora óptica do outro sinal óptico modulado através de um supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20); -calcular a frequência do sinal RF a partir das potências ópticas médias do sinal óptico modulado com portadora óptica suprimida e do sinal óptico à salda do supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20). 9

Numa realizaçao preferencial do referido método, o supressor de portadora óptica compreende um filtro óptico (13) .

Numa outra realização preferencial do referido método, a supressão da portadora óptica compreende os passos de: -obter (17) parte do sinal proveniente da fonte de luz monocromática e ajustar em amplitude (18) e fase (19); -remover a portadora óptica através de interferência destrutiva pela acoplação (20) com o sinal óptico modulado com portadora óptica.

Breve descrição dos desenhos A descrição que se segue tem por base os desenhos anexos nos quais, sem qualquer carácter limitativo se representa:

Na figura 1, um primeiro modo de realização preferencial da invenção; e

Na figura 2, um segundo modo de realização preferencial da invenção.

Descrição detalhada do invento O sistema proposto para efectuar a medição da frequência RF assenta nomeadamente no esquema utilizado para efectuar a conversão do sinal RF do domínio eléctrico para o domínio óptico. Este esquema baseia-se num modulador de Mach-Zehnder de dois eléctrodos e duas saídas. Duas cópias do sinal RF atrasadas temporalmente entre si são alimentadas aos dois eléctrodos do modulador. Os sinais ópticos nas saídas do modulador são dados por %l¥

(D 10 onde é o campo eléctrico da fonte de luz à entrada do modulador, K, é a tensão de comutação do modulador, = 1^ é o sinal RF, onde V0 é a amplitude e é a frequência angular, 1¾ é a tensão de polarização do modulador e r é o atraso temporal entre os dois eléctrodos do modulador. Considerando ¥$= df e a. expansão de Jacobi-Anger, a equação (1) pode ser escrita como onde 1^.1¾

EiJjÚ * iku n=í (2.i: „Λ V.

[|s©s - 01 ess -*Zj n—k íi \ (2.2) isiíS. I ££4¾½¾ í è — — * fBiii , t l \ 2// \ 2- função de Bessel e ^ — tiF·2 profundidade de modulação. Para profundidades de modulação reduzidas as séries podem ser aproximadas pelo primeiro termo. Logo,

fcCo “/ U,«<a («*» (»- D) ™ (^)]f hm _ A eco f .JoW+Sft.&í· l (3.1 (3.2;

As equações (3.1) e (3.2) demonstram que as portadoras RF dos sinais modulados são multiplicadas por um factor coseno ou seno, que por sua vez depende do produto Portanto, a diferença temporal imposta entre os dois eléctrodos resulta numa filtragem complementar das portadoras RF. A equação (3.2) mostra também que a potência óptica média na

PwF segunda saida do modulador, é directamente proporcional a . Contudo, é proporcional 11 a se a portadora óptica for suprimida no sinal óptico na primeira saida do modulador. Matematicamente, esta operação corresponde à eliminação do primeiro termo em (3.1) .

Existem dois métodos para realizar a supressão da portadora óptica. Um deles consiste em dividir o sinal proveniente da fonte de luz óptica em dois caminhos: um conectado ao modulador e outro acoplado à primeira saida do modulador. Através do ajuste da amplitude e fase do sinal propagado neste último caminho, a portador óptica é suprimida através de interferência destrutiva. Esta técnica resulta num sistema insensível ao comprimento de onda da fonte óptica. Contudo, a operação de interferência destrutiva exige elevada estabilidade de operação. Outro método consiste em usar um filtro óptico posteriormente à primeira saída do modulador. 0 filtro óptico deverá suprimir a portadora óptica sem afectar as portadoras RF. Apesar de este método impedir um funcionamento insensível ao comprimento de onda, não é tão exigente em termos de estabilidade de operação comparativamente ao primeiro método. Adicionalmente, um desvio entre a frequência da portadora óptica e a frequência central do filtro óptico pode ser facilmente monitorizado uma vez que apenas se verificaria uma mudança na potência óptica na primeira saída do modulador, ao passo que uma mudança na frequência do sinal afecta ambas as saídas.

Após supressão da portadora óptica no sinal de saída da primeira porta do modulador, pode-se definir uma função que relaciona as potências ópticas médias nas saídas do modulador 12 12 (4; i&SFOajaf) -ψ = A função ACF depende apenas do produto Logo, a medição da frequência do sinal RF através da função ACF é independente da potência óptica da fonte de luz óptica e da amplitude do sinal RF.

Modos de realização propostos A primeira configuração proposta está descrita na figura 1. A parte eléctrica desta configuração compreende a fonte do sinal RF (1), conexões eléctricas (2), (4) e (6), um divisor de sinal (3), duas linhas de atraso temporal (5), e os eléctrodos do modulador de Mach-Zehnder (9). Esta parte eléctrica permite replicar o sinal eléctrico RF em duas cópias e atrasá-las temporalmente entre si. Posteriormente, as cópias são alimentadas aos eléctrodos do modulador (9) . 0 modulador de Mach-Zehnder compreende um acoplador óptico com uma entrada e duas saídas (8), cujos guias de onda de saída estão conectados a um acoplador óptico com duas entradas e duas saídas (10) . À entrada do modulador existe uma fonte de luz óptica (7) . Através de conexões ópticas (12), as saídas 1 e 2 do acoplador óptico do modulador de Mach-Zehnder (11) estão conectadas a um filtro óptico (13) e a um medidor de potência óptica ( 14). O filtro óptico está conectado opticamente a outro medidor de potência óptica (14). Os sinais eléctricos gerados pelos medidores de potência óptica (14) são analisados por um sistema de processamento (16) com o propósito de determinar a frequência do sinal RF. A segunda configuração proposta está descrita na figura 2. Esta configuração baseia-se na configuração 1, onde o filtro óptico (13) é substituído pelo esquema 13 seguinte. 0 sinal continuo proveniente da fonte de luz óptica (1) é dividido em dois por um acoplador óptico com uma entrada e duas saídas (17). Uma das saídas está conectada ao modulador. Outra das saídas está conectada a um atenuador óptico variável (18) e a um modulador de fase (19). Estes dispositivos permitem controlar a amplitude e a fase do sinal. Posteriormente, o sinal interfere com o sinal proveniente da saída 1 do modulador óptico (11) com o auxílio de um acoplador óptico com uma entrada e duas saídas (20). A interferência destrutiva dos sinais de entrada no acoplador óptico (20) produz um efeito semelhante ao do filtro óptico (13) na configuração 1.

As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais da presente invenção.

Lisboa, 28 de Outubro de 2011

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema para efectuar a medição fotónica da frequência de um sinal RF caracterizado por compreender: a. duas linhas eléctricas de atraso temporal (5) para o sinal RF (1); b. um modulador electro-óptico de dois eléctrodos (9) e duas saídas ópticas (11); c. uma fonte de luz monocromática (7); d. um supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20); e. dois medidores de potência óptica (14); onde as duas linhas eléctricas de atraso temporal (5) estão conectadas com os dois eléctrodos (9) do modulador electro-óptico (8, 9, 10, 11), a fonte de luz monocromática (7) alimenta o referido modulador, as duas saídas ópticas (11) alimentam os dois medidores de potência óptica (14) sendo que um dos referidos medidores (14) é alimentado através do supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20).

2. O sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o modulador electro-óptico (8, 9, 10, 11) ser um modulador de Mach-Zehnder.

3. O sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o modulador electro-óptico de Mach-Zehnder compreender um acoplador óptico (8) com uma entrada e duas saídas, dois eléctrodos (9), um acoplador óptico (10) com duas entradas e duas saídas, e duas saídas ópticas (11) ·

4. O sistema de acordo com todas as reivindicações anteriores caracterizado por o supressor de portadora óptica compreender um filtro óptico (13). 2 5. 0 sistema de acordo com as reivindicações 1 a 3 caracterizado por o supressor de portadora óptica compreender: a. um primeiro acoplador óptico (17) com uma entrada e duas saídas; b. um atenuador óptico variável (18); c. um modulador de fase (19); d. um segundo acoplador óptico (20) com duas entradas e uma saída; onde o primeiro acoplador óptico (17) é alimentado pela fonte de luz monocromática (7) e alimenta o atenuador óptico variável (18) que alimenta o modulador de fase (19) que alimenta, conjuntamente com uma das saídas (11) do modulador, o segundo acoplador óptico (20). 6. 0 sistema de acordo com todas as reivindicações anteriores caracterizado por ter adicionalmente um processador de dados (16) apto a calcular a frequência do sinal RF a partir da análise das duas potências ópticas médias obtidas pelos dois medidores de potência óptica (14) .

7. Método para efectuar a medição fotónica da frequência de um sinal RF caracterizado por compreender os seguintes passos: a. modular uma fonte de luz monocromática (7) com o auxilio de um modulador (8, 9, 10, 11) de Mach-Zehnder com dois eléctrodos e duas saídas ópticas; b. aplicar nos eléctrodos do modulador de Mach-Zehnder duas cópias do sinal RF atrasadas temporalmente entre si; 3 c. ajustar a tensão de polarização do modulador para que um dos dois sinais ópticos modulados tenha portadora óptica suprimida; d. suprimir a portadora óptica do outro sinal óptico modulado através de um supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20); e. calcular a frequência do sinal RF a partir das potências ópticas médias do sinal óptico modulado com portadora óptica suprimida e do sinal óptico à saida do supressor de portadora óptica (13, 18, 19, 20).

8. Método de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o supressor de portadora óptica compreender um filtro óptico (13).

9. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado por a supressão da portadora óptica compreender os sequintes passos: a. obter (17) parte do sinal proveniente da fonte de luz monocromática e ajustar em amplitude (18) e fase (19); b. remover a portadora óptica através de interferência destrutiva pela acoplação (20) com o sinal óptico modulado com portadora óptica. Lisboa, 28 de Outubro de 2011