ITPI20090062A1 - OPTICAL SIGNALING SPEED MULTIPLICATOR WITH MULTIPLATION OF THE TIME DOMAIN BASED ON THE DELAY OF DIFFERENTIAL FIBER OPTICAL UNITS AT POLARIZATION - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

SETTORE TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione concerne un moltiplicatore di velocità di segnalazione ottica con multiplazione nel dominio del tempo. In particolare l’invenzione si basa sullo sfruttamento del ritardo di gruppo differenziale ottenibile separando il segnale ottico impulsato sui due assi principali di polarizzazione di una fibra ottica a mantenimento di polarizzazione. The present invention relates to an optical signaling speed multiplier with time domain multiplexing. In particular, the invention is based on the exploitation of the differential group delay obtainable by separating the pulsed optical signal on the two main polarization axes of a polarization maintenance optical fiber.

STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART

La crescente diffusione della applicazioni internet che richiedono molta banda, cioè elevata velocità di comunicazione, sta stimolando lo sviluppo di sistemi di comunicazione ottica con velocità di trasmissione sempre maggiori. Ad oggi, mentre i sistemi di trasmissione a 40Gbps per canale sono recentemente entrati sul mercato, nuovi traguardi stanno attirando l’attenzione della ricerca, fino a 640Gbps per canale e oltre. The growing diffusion of internet applications that require a lot of bandwidth, ie high communication speed, is stimulating the development of optical communication systems with ever higher transmission speeds. To date, while 40Gbps per channel transmission systems have recently entered the market, new achievements are attracting research attention, up to 640Gbps per channel and beyond.

I sistemi ad altissima velocità di segnalazione (bit rate) vengono realizzati multiplando nel tempo flussi di impulsi laser a minore bit rate (canali tributari), tutti ad identica lunghezza d’onda. Questa tecnica viene definita OTDM, optical time division multiplexing. In laboratorio i segnali OTDM vengono emulati multiplando numerose repliche di un solo segnale tributario. Systems with very high signaling speed (bit rate) are made by multiplying over time the streams of laser pulses with lower bit rates (tributary channels), all at the same wavelength. This technique is called OTDM, optical time division multiplexing. In the laboratory, OTDM signals are emulated by multiplexing numerous replicas of a single tributary signal.

Per emulare correttamente un segnale OTDM ad alto bit rate, il segnale tributario da replicare deve essere una cosiddetta sequenza pseudo-casuale di bit (PRBS, pseudo-random bit sequence), e anche il segnale multiplato all’uscita del moltiplicatore di bit rate deve mantenere le caratteristiche statistiche della sequenza PRBS di ingresso. Ciò è possibile applicando particolari ritardi, dipendenti dalla lunghezza della sequenza PRBS, alle repliche del segnale prima di multiplarle assieme. To correctly emulate a high bit rate OTDM signal, the tributary signal to be replicated must be a so-called pseudo-random bit sequence (PRBS), and the multiplexed signal at the output of the bit rate multiplier must also maintain the statistical characteristics of the input PRBS sequence. This is possible by applying particular delays, dependent on the length of the PRBS sequence, to the signal replicas before multiplexing them together.

Spesso è utile multiplare anche repliche di un treno di impulsi non modulati, ottenendo così un segnale ottico impulsato ad elevato bit rate che può essere utilizzato come segnale di sincronismo nei sistemi di comunicazione, ma che trova applicazione anche in campi differenti quali ad esempio la radaristica, l’ottica a microonde, o la fisica dei materiali. Often it is also useful to multiply replicas of a train of unmodulated pulses, thus obtaining a pulsed optical signal with a high bit rate that can be used as a synchronism signal in communication systems, but which also finds application in different fields such as radar. , microwave optics, or the physics of materials.

Attualmente esistono moltiplicatori di bit rate nel dominio del tempo commerciali, spesso definiti multiplatori ottici nel dominio del tempo, in breve max [1-4]. Tali dispositivi sfruttano la tecnica nota come splìt-and-delay. il segnale da replicare, i cui impulsi sono inizialmente ad intervallo di bit T, viene diviso in due repliche che compiono due cammini ottici diversi (in guida d’onda o in aria), uno dei quali è più lungo dell’altro ed introduce un ritardo pari a T/2 (o T/2 più un numero intero di tempi di bit); le due metà del segnale così ritardate vengono poi ricombinate, ottenendo un segnale con bit rate doppio. Questa procedura viene generalmente ripetuta più volte tramite stadi successivi che introduc, ritardi via via minori: T/4, T/8, T/16, etc. Laddove il segnale corre in fibra ottica, è bene! la fibra sia del tipo a mantenimento di polarizzazione (PM: polarization maintaining) garantire un unico stato di polarizzazione delle diverse repliche ritardate nel segnale d’uscita; in tale ipotesi, il segnale da replicare deve avere polarizzazione lineare ed allineata con un asse principale di polarizzazione della fibra PM. There are currently commercial time domain bit rate multipliers, often referred to as optical time domain multiplexers, in short max [1-4]. These devices exploit the technique known as split-and-delay. the signal to be replicated, whose pulses are initially at bit intervals T, is divided into two replicas that perform two different optical paths (in waveguide or in air), one of which is longer than the other and introduces a delay equal to T / 2 (or T / 2 plus an integer number of bit times); the two halves of the signal thus delayed are then recombined, obtaining a signal with double bit rate. This procedure is generally repeated several times through successive stages that introduce gradually smaller delays: T / 4, T / 8, T / 16, etc. Where the signal runs in optical fiber, it is good! the fiber is of the polarization maintaining type (PM: polarization maintaining) to ensure a single state of polarization of the various delayed replicas in the output signal; in this hypothesis, the signal to be replicated must have linear polarization and aligned with a main polarization axis of the PM fiber.

I mux del tipo splìt-and-delay presentano numerose problematiche. Il ritardo introdotto dalla differenza di cammino ottico in ciascuno stadio dipende dal periodo del segnale in ingresso ed è dell’ordine di qualche ps. Nel caso di realizzazioni in fibra, poiché il taglio manuale della fibra ha una precisione limitata a circa lem, che equivale a circa 50ps, è necessario inserire su tale ramo una linea di ritardo ottica variabile (ODL, optical delay line), con un range minimo di ±50ps e la precisione di pochi fs, e tale ODL è un dispositivo costoso. Sul ramo opposto inoltre diventa necessario inserire un attenuatore ottico variabile (VOA, variable optical attenuator) per compensare le perdite di inserzione della ODL. Split-and-delay muxes present numerous problems. The delay introduced by the optical path difference in each stage depends on the period of the input signal and is of the order of a few ps. In the case of realizations in fiber, since the manual cutting of the fiber has a precision limited to about lem, which is equivalent to about 50ps, it is necessary to insert on this branch a variable optical delay line (ODL, optical delay line), with a range minimum of ± 50ps and accuracy of a few fs, and such an ODL is an expensive device. Moreover, on the opposite branch it becomes necessary to insert a variable optical attenuator (VOA, variable optical attenuator) to compensate for the insertion losses of the ODL.

Alla fine di ciascuno stadio le due metà ritardate del segnale vengono riaccoppiate e subito separate sui due rami dello stadio successivo per mezzo di un accoppiatore/divisore di potenza. Se questo dispositivo non presenta un rapporto di divisione 50/50 preciso, i due segnali in ingresso all’ accoppiatore vengono poi miscelati alle due uscite con rapporti diversi, il VOA non può compensare questo tipo di sbilanciamento di potenza, ed il segnale in uscita dal mux risulterà non equalizzato. At the end of each stage the two delayed halves of the signal are re-coupled and immediately separated on the two branches of the next stage by means of a coupler / power divider. If this device does not have a precise 50/50 division ratio, the two signals input to the coupler are then mixed at the two outputs with different ratios, the VOA cannot compensate for this type of power imbalance, and the output signal from the mux will be unequalized.

Infine, il numero elevato di componenti richiesti da un mux split -and-delay lo rendono un dispositivo con alte perdite di inserzione e di costo elevato. Finally, the large number of components required by a split-and-delay mux make it a device with high insertion losses and high cost.

Si può inoltre aggiungere che l’uso della fibra ottica nei mux per introdurre ritardi tra i due rami di ciascuno stadio, rende questi dispositivi sensibili alla temperatura da cui dipende la lunghezza della fibra stessa. It can also be added that the use of optical fiber in muxes to introduce delays between the two branches of each stage makes these devices sensitive to the temperature on which the length of the fiber depends.

SINTESI DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è quindi proporre un metodo per la generazione di un segnale ottico ottenuto multiplando nel tempo repliche ritardate di un segnale impulsato di partenza, e l’uso di tale metodo in schemi di moltiplicatore ottico di bit rate con multiplazione nel dominio del tempo, di costo ed ingombro ridotti, di elevata precisione, e di bassa sensibilità alla temperatura. L’invenzione si basa sullo sfruttamento del ritardo di gruppo differenziale (DGD, differential group delay) introdotto dalla fibra PM tra segnali che viaggiano sui due assi di polarizzazione principali della fibra stessa. Il valore del DGD nelle fibre PM è infatti compreso tra lps/m e 2ps/m, quindi il taglio manuale della fibra (con precisione di cvfòijr _ . porta ad una precisione nei ritardi di poche decine di fs. The object of the present invention is therefore to propose a method for the generation of an optical signal obtained by time multiplexing delayed replicas of a starting pulsed signal, and the use of this method in optical bit rate multiplexing schemes with time domain multiplexing. , of reduced cost and dimensions, of high precision, and of low sensitivity to temperature. The invention is based on the exploitation of the differential group delay (DGD) introduced by the PM fiber between signals traveling on the two main polarization axes of the fiber itself. The value of the DGD in the PM fibers is in fact included between lps / m and 2ps / m, therefore the manual cutting of the fiber (with a precision of cvfòijr _. Leads to a precision in delays of a few tens of fs.

Il metodo consiste nel lanciare il segnale iniziale, considerato a polarizzazione lineare, in una fibra ottica a mantenimento di polarizzazione, attraverso una giunzione ruotata rispetto agli assi di polarizzazione della fibra, in modo da suddividere il segnale in due repliche di pari potenza lungo le due polarizzazioni principali della fibra. L’angolo di rotazione della giunzione nel caso ideale è 45°. Le due repliche vengono poi fatte viaggiare sui due assi principali di polarizzazione della fibra PM. Il DGD della fibra ritarda una replica rispetto all’altra, e la fibra viene tagliata di lunghezza tale da introdurre il ritardo desiderato. Grazie al basso valore del ritardo introdotto dal DGD, il taglio manuale della fibra consente una precisione nel ritardo di 10fs-20fs. Una seconda giunzione ruotata nominalmente di 45° genera due segnali sui due assi principali della fibra, costituiti dalla multiplazione nel tempo delle due repliche del segnale di partenza, ritardate tra loro. Questi due segnali possono essere ulteriormente multiplati nel tempo, oppure estratti tramite un elemento polarizzante debitamente orientato. The method consists in launching the initial signal, considered to have linear polarization, in an optical fiber with polarization maintenance, through a junction rotated with respect to the polarization axes of the fiber, so as to divide the signal into two replicas of equal power along the two main polarizations of the fiber. The angle of rotation of the joint in the ideal case is 45 °. The two replicas are then made to travel on the two main polarization axes of the PM fiber. The DGD of the fiber delays one replica with respect to the other, and the fiber is cut to such a length as to introduce the desired delay. Thanks to the low value of the delay introduced by the DGD, the manual cutting of the fiber allows a delay precision of 10fs-20fs. A second junction nominally rotated by 45 ° generates two signals on the two main axes of the fiber, consisting of the time multiplexing of the two replicas of the starting signal, delayed between them. These two signals can be further multiplexed over time, or extracted by means of a properly oriented polarizing element.

Gli schemi di moltiplicatore ottico di bit rate con multiplazione nel dominio del tempo che sfruttano il metodo descritto, sono costituiti da uno o più stadi realizzati in fibra PM. In linea di principio, ogni stadio raddoppia il bit rate del segnale al suo ingresso. All’inizio di ciascuno stadio il segnale viene lanciato in una fibra PM con polarizzazione ruotata a 45° rispetto agli assi di polarizzazione della fibra, così che venga diviso in due repliche di pari potenza, le quali vengono fatte viaggiare sui due assi principali di polarizzazione della fibra PM. Il DGD della fibra ritarda una replica rispetto all’altra, e la fibra viene tagliata di lunghezza tale da introdurre un ritardo tra le due repliche pari a metà dell’intervallo di bit del segnale in ingresso allo stadio. Il semplice taglio manuale della fibra, grazie al basso valore del ritardo introdotto dal DGD, consente una precisione di 10fs-20fs. Alla fine della fibra PM quindi si hanno due repliche del segnale in ingresso su due polarizzazioni ortogonali e ritardate di metà intervallo di bit. Tramite una seconda giunzione ruotata di 45°. ciascuna replica viene divisa sui due assi di polarizzazione della fibra PM successiva, generando così due nuovi segnali a bit rate doppio e su polarizzazioni ortogonali. Questi segnali possono essere estratti singolarmente, o utilizzati per ottenere un segnale a bit rate ancor più elevato. La giunzione finale di uno stadio infatti può fungere anche da giunzione iniziale dell’eventuale stadio successivo. The optical bit rate multiplier schemes with time domain multiplexing which exploit the described method consist of one or more stages made of PM fiber. In principle, each stage doubles the bit rate of the signal at its input. At the beginning of each stage the signal is launched into a PM fiber with polarization rotated at 45 ° with respect to the polarization axes of the fiber, so that it is divided into two replicas of equal power, which are made to travel on the two main polarization axes of the PM fiber. The DGD of the fiber delays one replica with respect to the other, and the fiber is cut to such a length as to introduce a delay between the two replicas equal to half the bit range of the signal entering the stage. The simple manual cutting of the fiber, thanks to the low value of the delay introduced by the DGD, allows an accuracy of 10fs-20fs. At the end of the PM fiber, therefore, there are two replicas of the input signal on two orthogonal polarizations and delayed by half a bit interval. Through a second joint rotated by 45 °. each replica is divided on the two polarization axes of the subsequent PM fiber, thus generating two new signals at double bit rate and on orthogonal polarizations. These signals can be extracted individually, or used to obtain an even higher bit rate signal. In fact, the final junction of a stage can also act as an initial junction of any subsequent stage.

Alla fine dell’ultimo stadio, lo schema genera due segnali ad alto bit rate sui due principali di polarizzazione della fibra in uscita. Tramite un discriminatore di polarizzazione allineato con uno dei due assi si può estrarre ciascun segnale a bit rate moltiplicato. At the end of the last stage, the scheme generates two high bit rate signals on the two main polarization signals of the output fiber. By means of a polarization discriminator aligned with one of the two axes, each signal can be extracted at a multiplied bit rate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

I vantaggi associati all’invenzione risulteranno più facilmente comprensibili mediante l’illustrazione di due forme preferite di realizzazione, non limitative, come di seguito descritte con l’ausilio delle tavole di disegno allegate, nelle quali: The advantages associated with the invention will be more easily understood by illustrating two preferred, non-limiting embodiments, as described below with the aid of the attached drawing tables, in which:

- Fig. 1 mostra un possibile schema di moltiplicatore ottico di bit rate con multiplazione nel dominio del tempo, secondo il metodo descritto dalla presente invenzione. - Fig. 1 shows a possible scheme of an optical bit rate multiplier with time domain multiplexing, according to the method described by the present invention.

- Fig. 2 mostra un secondo possibile schema di moltiplicatore ottico di bit rate con multiplazione nel dominio del tempo, secondo il metodo descritto dalla presente invenzione. - Fig. 2 shows a second possible scheme of an optical bit rate multiplier with time domain multiplexing, according to the method described by the present invention.

DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE DESCRIPTION OF THE PREFERRED MANUFACTURING FORMS

In Fig. 1 è riportata una possibile realizzazione dell’invenzione. Fig. 1 shows a possible embodiment of the invention.

Si consideri come segnale in ingresso un treno di impulsi laser, modulati o non modulati, con intervallo di bit pari a T, e a polarizzazione lineare. Esso viene lanciato nella fibra PM di ingresso, 11, con polarizzazione allineata ad uno degli assi di polarizzazione principale della fibra. Consider as the input signal a train of laser pulses, modulated or unmodulated, with a bit interval equal to T, and with linear polarization. It is launched into the PM input fiber, 11, with polarization aligned with one of the main polarization axes of the fiber.

Tramite una giunzione ruotata nominalmente di 45°, 12a, il segnale viene lanciato in un successivo tratto di fibra PM, 13a, in modo che la potenza del segnale di ingresso sia suddivisa in modo uguale sui due assi di polarizzazione della fibra. La birifrangenza della fibra PM fa sì che le due repliche del segnale viaggino nella fibra 13a con velocità diverse e accumulino un ritardo reciproco, il DGD. La fibra 13a deve perciò essere tagliata di lunghezza tale da generare tra le due repliche il ritardo desiderato. NelTesempio di Fig. 1 si è considerato un ritardo pari a T/2. Poiché le fibre PM in commercio hanno un DGD tra lps/m e 2ps/m, considerando un taglio manuale della fibra con precisione di lem, si può ottenere ima precisione nel ritardo di ±5fs, ±10fs. By means of a junction nominally rotated by 45 °, 12a, the signal is launched into a subsequent stretch of fiber PM, 13a, so that the power of the input signal is equally divided on the two polarization axes of the fiber. The birefringence of the PM fiber causes the two replicas of the signal to travel in the fiber 13a at different speeds and accumulate a mutual delay, the DGD. The fiber 13a must therefore be cut to such a length as to generate the desired delay between the two replicas. In the example of Fig. 1 a delay equal to T / 2 has been considered. Since the PM fibers on the market have a DGD between lps / m and 2ps / m, considering a manual cutting of the fiber with lem precision, a delay precision of ± 5fs, ± 10fs can be obtained.

Alla fine del tratto di fibra 13a il segnale è composto da due repliche del segnale d’ingresso, con polarizzazioni ortogonali tra loro e ritardate di T/2 una rispetto all’altra. Una seconda giunzione ruotata nominalmente di 45°, 12b, divide ciascuna replica in due repliche di uguale potenza lungo gli assi di polarizzazione dello spezzone di fibra successivo, 13b. Sugli assi della fibra 13b, quindi, si ottengono due segnali della medesima potenza con intervallo di bit T/2. At the end of the fiber section 13a the signal is composed of two replicas of the input signal, with polarizations orthogonal to each other and delayed by T / 2 with respect to each other. A second junction nominally rotated by 45 °, 12b, divides each replica into two replicas of equal power along the polarization axes of the next fiber piece, 13b. On the axes of the fiber 13b, therefore, two signals of the same power with a bit interval T / 2 are obtained.

Il processo di moltiplicazione di bit rate viene ripetuto nel tratto di fibra 13b, la cui lunghezza nell’esempio in questione è stata considerata tale da avere un DGD pari a T/4. The bit rate multiplication process is repeated in the fiber section 13b, whose length in the example in question was considered such as to have a DGD equal to T / 4.

La giunzione ruotata 12b quindi svolge il ruolo sia di elemento finale del primo stài moltiplicazione di bit rate, che di elemento iniziale del secondo stadio. The rotated junction 12b therefore plays the role of both the final element of the first stage of bit rate multiplication, and of the initial element of the second stage.

Il processo di moltiplicazione prosegue nei successivi stadi in fibra PM, 13c e 13d, intervallati da giunzioni ruotate di 45°,12c-12e, ed i cui ritardi generati per DGD sono via via decrescenti: nella realizzazione di esempio riportata in Fig. 1, gli spezzoni in fibra PM 13c e 13d realizzano ritardi rispettivamente di T/8 e T/16. The multiplication process continues in the subsequent stages in fiber PM, 13c and 13d, interspersed with junctions rotated by 45 °, 12c-12e, and whose delays generated for DGD are gradually decreasing: in the example embodiment shown in Fig. 1, the PM fiber lengths 13c and 13d realize delays of T / 8 and T / 16 respectively.

Il segnale in uscita dall’ultimo stadio, cioè in uscita dalla giunzione 12e nell’esempio di Fig. 1, è composto da due repliche di pari potenza, con polarizzazioni lineari ed ortogonali tra loro, con intervallo di bit pari a T/2" dove n è il numero di stadi del moltiplicatore di bit rate. Nell’esempio in questione, dove n=4, l’intervallo di bit del segnale in uscita è T/16. Per rendere tali repliche disponibili singolarmente, è sufficiente utilizzare un discriminatore di polarizzazione, 14, in grado di separare le due polarizzazioni principali della fibra 15 e di inviarle alle due fibre di uscita, 16a e 16b. The output signal from the last stage, ie output from junction 12e in the example of Fig. 1, is composed of two replicas of equal power, with linear and orthogonal polarizations, with a bit interval equal to T / 2 " where n is the number of stages of the bit rate multiplier. In the example in question, where n = 4, the bit range of the output signal is T / 16. To make these replicas available individually, it is sufficient to use a discriminator polarization, 14, capable of separating the two main polarizations of the fiber 15 and sending them to the two output fibers, 16a and 16b.

Il moltiplicatore di bit rate riportato come esempio in Fig. 1 si compone di 4 stadi e può moltiplicare per 16 il bit rate del segnale in ingresso. Tale numero di stadi non è però limitativo, potendo un mux avere molti più stadi, così come meno stadi. The bit rate multiplier shown as an example in Fig. 1 consists of 4 stages and can multiply the bit rate of the input signal by 16. However, this number of stages is not limiting, as a mux can have many more stages, as well as fewer stages.

Le giunzioni ruotate nominalmente di 45° riportate nell’esempio di Fig. 1, 12a-12e, possono essere realizzate tramite un affacciamento in aria, o una fusione tra le fibre, o connettori debitamente orientati, o un rotatore di Faraday, o altro. The junctions nominally rotated by 45 ° shown in the example of Fig. 1, 12a-12e, can be made through a facing in the air, or a fusion between the fibers, or properly oriented connectors, or a Faraday rotator, or other.

Se la tecnica utilizzata per la realizzazione delle giunzioni lo consente, l’angolo di rotazione della giunzione può essere variato per compensare eventuali differenze di attenuazione subite dai segnali sui due assi della fibra a valle della giunzione. If the technique used for making the splices allows it, the angle of rotation of the splice can be varied to compensate for any differences in attenuation suffered by the signals on the two axes of the fiber downstream of the splice.

Il discriminatore di polarizzazione, 14, può essere costituito da un divisore di polarizzazione (polarization beam splitter, PBS), oppure da un polarizzatore allineato ad uno solo degli assi principali della fibra 15. In questo ultimo caso esisterà una sola fibra di uscita. In entrambi i casi, il blocco funzionale costituito dall’ultima giunzione ruotata, 12e, dall’elemento polarizzante, 14, e dalla fibra tra essi, 15, può essere sostituito da un discriminatore di polarizzazione con il pigtail d’ingresso ruotato nominalmente di 45° rispetto agli assi di polarizzazione del discriminatore. The polarization discriminator, 14, can be constituted by a polarization beam splitter (PBS), or by a polarizer aligned to only one of the main axes of the fiber 15. In this last case there will be only one output fiber. In both cases, the functional block consisting of the last rotated junction, 12e, the polarizing element, 14, and the fiber between them, 15, can be replaced by a polarization discriminator with the input pigtail rotated nominally by 45 ° with respect to the polarization axes of the discriminator.

L’ordine con cui vengono introdotti i ritardi nei vari stadi del moltiplicatore di bit rate può essere diverso da quello riportato nell’esempio di Fig. 1. The order in which the delays are introduced in the various stages of the bit rate multiplier may be different from that shown in the example of Fig. 1.

La fibra utilizzata nei vari stadi, così come nei pigtails dei dispositivi che compongono il moltiplicatore di bit rate, deve essere a mantenimento di polarizzazione. Ad oggi esistono diversi tipi di fibra PM. Una tipologia recentemente disponibile è la fibra PM a bassa dispersione cromatica, che consente di evitare o ridurre la necessità di utilizzare fi compensazione della dispersione cromatica. Un’altra tipologia è la fibra PM detta a cri: fotonico (PCF, photonic crystal fìber), che può avere una ridottissima dipendenza del DG0 dalla temperatura (0.03 fs/m/°C), e può perciò consentire un comportamento costante del mux in funzione della temperatura ambientale. The fiber used in the various stages, as well as in the pigtails of the devices that make up the bit rate multiplier, must be polarization maintenance. To date, there are several types of PM fiber. A recently available type is the low chromatic dispersion PM fiber, which avoids or reduces the need to use chromatic dispersion compensation. Another type is the PM fiber called cri: photonic (PCF, photonic crystal fiber), which can have a very low dependence of the DG0 on the temperature (0.03 fs / m / ° C), and can therefore allow a constant behavior of the mux. according to the ambient temperature.

Nel caso in cui si voglia rispettare la PRBS di ingresso, il ritardo che lo stadio i-esimo deve introdurre è pari a Dj = Ts/(2-i) dove Tsè la durata di una sequenza PRBS di 2<M>-1 bit, Ts= (2<M>-1)-T. In questo caso può essere conveniente utilizzare uno schema modificato come riportato in Fig. 2. If the input PRBS is to be respected, the delay that the i-th stage must introduce is equal to Dj = Ts / (2-i) where Ts is the duration of a PRBS sequence of 2 <M> -1 bit , Ts = (2 <M> -1) -T. In this case it may be convenient to use a modified scheme as shown in Fig. 2.

Dopo la prima giunzione ruotata di 45°, 2 la, le due repliche del segnale di ingresso vengono separate per mezzo di un PBS, 22a, e lanciate lungo due fibre distinte e di diversa lunghezza, 23a e 24a. Le due repliche vengono poi riaccoppiate su una sola fibra con polarizzazioni ortogonali per mezzo di un accoppiatore in polarizzazione (polarization beam combiner, PBC), 25a. In questo modo il ritardo richiesto tra le due repliche viene introdotto in modo grossolano. Infatti in questo caso la precisione di lem sul taglio delle fibre 23a e 24a porta ad una precisione di 50ps sul ritardo realizzato. Il tratto di fibra che segue, 26a, introduce invece il resto del ritardo con la precisione di pochi decine di fs, come nel caso precedente, per mezzo del DGD della fibra PM. Per introdurre il ritardo corretto è necessario determinare quale delle due repliche debba viaggiare sull’asse veloce della fibra PM 26a per essere anticipata, e quale sull’asse lento per essere ritardata: cioè è necessario determinare se la fibra 26a deve essere giuntata con gli assi di polarizzazione allineati a quelli del PBC o ruotati di 90°. Al termine del primo stadio una giunzione ruotata di 45°, 21 b, genera due nuovi segnali a polarizzazione ortogonale, formati multiplando nel tempo le due repliche ritardate del segnale in ingresso al mux. La giunzione 21b funge sia da seconda rotazione del primo stadio, che da prima rotazione per lo stadio successivo. Nell’esempio di Fig. 2 il mux si compone di due stadi strutturalmente identici: infatti anche il secondo stadio è caratterizzato da un PBS, 22b, che separa le due repliche su fibre distinte e di lunghezza diversa, 23b e 24b; le repliche vengono poi riaccoppiate sulla stessa fibra, ma con polarizzazioni ortogonali, per mezzo di un PBC, 25b; il successivo tratto di fibra PM, 26b, introduce il ritardo con precisione fine. In ciascuno stadio, la somma dei ritardi tra le due repliche dovuti al differente percorso in fibra, e al DGD della fibra PM, scala secondo la regola Di = Ts/(2 i). Al termine del mux, una giunzione ruotata (27, nell’esempio di Fig. 2) conclude il processo di moltiplicazione di bit rate, seguita tramite una fibra PM, 28, da un elemento discriminatore di polarizzaz: che separa i due segnali a bit rate moltiplicato su due fibre diverse in uscita, 30a e b. After the first junction rotated by 45 °, 2 la, the two replicas of the input signal are separated by means of a PBS, 22a, and launched along two distinct fibers of different lengths, 23a and 24a. The two replicas are then re-coupled on a single fiber with orthogonal polarizations by means of a polarization beam combiner (PBC), 25a. In this way the required delay between the two replicas is introduced roughly. In fact in this case the precision of lem on the cutting of the fibers 23a and 24a leads to a precision of 50ps on the delay realized. The following fiber section, 26a, instead introduces the rest of the delay with the precision of a few tens of fs, as in the previous case, by means of the DGD of the PM fiber. To introduce the correct delay it is necessary to determine which of the two replicas must travel on the fast axis of the PM 26a fiber to be advanced, and which on the slow axis to be delayed: that is, it is necessary to determine whether the fiber 26a must be spliced with the axes. polarization aligned with those of the PBC or rotated 90 °. At the end of the first stage, a junction rotated by 45 °, 21 b, generates two new signals with orthogonal polarization, formed by multiplying in time the two delayed replicas of the signal entering the mux. The junction 21b acts both as a second rotation of the first stage and as a first rotation for the subsequent stage. In the example of Fig. 2 the mux consists of two structurally identical stages: in fact, the second stage is also characterized by a PBS, 22b, which separates the two replicas on distinct and different length fibers, 23b and 24b; the replicas are then re-coupled on the same fiber, but with orthogonal polarizations, by means of a PBC, 25b; the next portion of PM fiber, 26b, introduces the delay with fine precision. In each stage, the sum of the delays between the two replicas due to the different fiber path, and to the DGD of the PM fiber, scales according to the rule Di = Ts / (2 i). At the end of the mux, a rotated junction (27, in the example of Fig. 2) concludes the bit rate multiplication process, followed through a PM fiber, 28, by a polarization discriminator element: which separates the two bit signals rate multiplied on two different output fibers, 30a and b.

Nella realizzazione riportata in Fig. 2 potrebbe essere conveniente modificare il primo stadio sostituendo alla prima giunzione ruotata e al primo PBS, rispettivamente 21a e 22a, un accoppiatore 1x2 50/50 in fibra PM. In the embodiment shown in Fig. 2 it could be convenient to modify the first stage by replacing the first rotated junction and the first PBS, 21a and 22a respectively, with a 1x2 50/50 PM fiber coupler.

In ciascuno stadio della realizzazione di Fig. 2, la prima giunzione ruotata può essere realizzata direttamente al PBS attraverso un pigtail d’ingresso ruotato di 45° rispetto agli assi del PBS stesso. In each stage of the realization of Fig. 2, the first rotated joint can be made directly to the PBS through an input pigtail rotated by 45 ° with respect to the axes of the PBS itself.

Nella realizzazione di Fig. 2 i ritardi richiesti vengono realizzali sia sfruttando il DGD delle fibre PM, che separando le due repliche su cammini ottici diversi. La dipendenza del mux dalla temperatura è quindi molto influenzata dalla variazione della lunghezza della fibra con la temperatura (50fs/m/°C). Nel caso di lunghi ritardi introdotti per separazione dei cammini ottici, la temperatura può influire sensibilmente sulle prestazioni del mux, e una termostatazione può essere necessaria. In the realization of Fig. 2 the required delays are realized both by exploiting the DGD of the PM fibers, and by separating the two replicas on different optical paths. The dependence of the mux on the temperature is therefore very influenced by the variation of the length of the fiber with the temperature (50fs / m / ° C). In the case of long delays introduced by separation of the optical paths, the temperature can significantly affect the performance of the mux, and a thermostating may be necessary.

La termostatazione del moltiplicatore di bit rate inoltre può consentire di compensare variazioni di lunghezza d’onda e di bit rate del segnale di ingresso. Infatti entrambe queste variazioni rendono non più corretti i ritardi introdotti dai vari stadi, a causa rispettivamente della diversa velocità di propagazione del segnale in fibra o del diverso tempo di bit T. Poiché una variazione ΔΤαηρ della temperatura del dispositivo comporta una variazione nella differenza dei cammini ottici Δ1 pari a ΔΓ=ΔΤεηιρ·Δ11⁄4, dove kx è il coefficiente di dilatazione termico della fibra pari circa a IO<'5>“C<1>, variare la temperatura del mux consente di compensare variazioni della lunghezza d’onda o del bit rate nominali del segnale da moltiplicare. The thermostating of the bit rate multiplier can also allow you to compensate for variations in wavelength and bit rate of the input signal. In fact, both these variations make the delays introduced by the various stages no longer correct, due respectively to the different propagation speed of the fiber signal or the different bit time T. Since a variation ΔΤαηρ of the device temperature involves a variation in the difference of the paths optical Δ1 equal to ΔΓ = ΔΤεηιρ · Δ11⁄4, where kx is the thermal expansion coefficient of the fiber approximately equal to IO <'5> “C <1>, varying the temperature of the mux allows to compensate for variations in the wavelength or the nominal bit rate of the signal to be multiplied.

Il moltiplicatore di bit rate riportato come esempio in Fig. 2 si compone di 2 stadi e può moltiplicare per 4 il bit rate del segnale in ingresso. Tale numero di stadi non è però limitativo, potendo un mux avere molti più stadi, così come un solo stadio. The bit rate multiplier shown as an example in Fig. 2 consists of 2 stages and can multiply the bit rate of the input signal by 4. However, this number of stages is not limiting, since a mux can have many more stages, as well as a single stage.

Come nell’esempio di Fig. 1, le giunzioni ruotate nominalmente Ji 45°, 21a 21b e 27, possono essere realizzate tramite un affacciamento in aria, o una fusione tra le fibre, o connettori debitamente orientati, o un rotatore di Faraday, o altro. Anche in questa realizzazione, se la tecnica utilizzata per la realizzazione delle giunzioni lo conseme, l’angolo di rotazione della giunzione può essere variato per compensare eventuali differenze di attenuazione subite dai segnali sui due assi della fibra o dei PBC/PBS a valle della giunzione. As in the example of Fig. 1, the nominally rotated junctions Ji 45 °, 21a 21b and 27, can be made through an facing in the air, or a fusion between the fibers, or properly oriented connectors, or a Faraday rotator, or other. Also in this embodiment, if the technique used for the realization of the junctions consents it, the angle of rotation of the junction can be varied to compensate for any differences in attenuation suffered by the signals on the two axes of the fiber or of the PBC / PBS downstream of the junction. .

Il discriminatore di polarizzazione, 29, può essere costituito da un PBS, oppure da un polarizzatore allineato ad uno solo degli assi principali della fibra 28. In questo ultimo caso esisterà una sola fibra di uscita. In entrambi i casi, il blocco funzionale costituito dall’u giunzione ruotata, 27, dall’elemento polarizzante, 29, e dalla fibra di essi, 28, può essere sostituito da un discriminatore di polarizzazione con il pigtail d’ingresso ruotato nominalmente di 45° rispetto agli assi di polarizzazione del discriminatore. The polarization discriminator, 29, can be constituted by a PBS, or by a polarizer aligned to only one of the main axes of the fiber 28. In this last case there will be only one output fiber. In both cases, the functional block consisting of the rotated junction, 27, the polarizing element, 29, and their fiber, 28, can be replaced by a polarization discriminator with the input pigtail rotated nominally by 45 ° with respect to the polarization axes of the discriminator.

L’ordine con cui vengono introdotti i ritardi nei vari stadi del moltiplicatore di bit rate può essere diverso da quello riportato nell’esempio di Fig. 2. The order in which the delays are introduced in the various stages of the bit rate multiplier may be different from that shown in the example of Fig. 2.

VANTAGGI DELL’INVENZIONE ADVANTAGES OF THE INVENTION

Abbattimento delle perdite di inserzione. Reduction of insertion losses.

Riduzione di costo e di ingombro rispetto alle soluzioni attuali, grazie al minor numero di dispositivi. Cost and size reduction compared to current solutions, thanks to the smaller number of devices.

Maggior precisione nell’equalizzazione, soprattutto se la rotazione della giunzione può essere controllata. Greater precision in equalization, especially if the rotation of the joint can be controlled.

Riduzione della sensibilità alla temperatura. Reduction of temperature sensitivity.

ELENCO DEGLI ACRONIMI E ABBREVIAZIONI UTILIZZATI OTDM : Optical Time Division Multiplexing LIST OF ACRONYMS AND ABBREVIATIONS USED OTDM: Optical Time Division Multiplexing

PRBS: Pseudo-Random Bit Sequence PRBS: Pseudo-Random Bit Sequence

Mux: Multiplexer Mux: Multiplexer

PM: Polarization Maintaining PM: Polarization Maintaining

ODL: Optical Delay Line ODL: Optical Delay Line

VOA: Variable Optical Attenuator VOA: Variable Optical Attenuator

DGD: Differential Group Delay DGD: Differential Group Delay

PBS: Polarization Beam Splitter PBS: Polarization Beam Splitter

PCF: Photonic Crystal Fiber PCF: Photonic Crystal Fiber

PBC: Polarization Beam Combiner PBC: Polarization Beam Combiner

CITAZIONI QUOTES

[1] http://www.u2t.de/fileadmin/redakteure/Products/Datasheets/DS QMUX-4.pdf [1] http://www.u2t.de/fileadmin/redakteure/Products/Datasheets/DS QMUX-4.pdf

[2] http://www.calmarlaser.com/docs/BRM.pdf [2] http://www.calmarlaser.com/docs/BRM.pdf

[3] United States Patent 6215941 [3] United States Patent 6215941

[4] United States Patent 7024118 [4] United States Patent 7024118

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1- Metodo per generare un segnale ottico impulsato composto dalla multiplazione nel te di due repliche ritardate di un segnale ottico impulsato di partenza. Il metodo è costituito da: separazione di detto segnale di partenza in due repliche sui 2 assi di una fibra PM, tramite lancio di detto segnale di partenza in detta fibra PM con polarizzazione ruotata rispetto agli assi della fibra, in modo che le potenze delle due repliche sui due assi siano sostanzialmente uguali; generazione del ritardo desiderato tra dette due repliche per mezzo del ritardo di gruppo differenziale di detta fibra PM, tagliata della lunghezza opportuna; generazione di due segnali a polarizzazione lineare ed ortogonali tra loro, ciascuno contenente le proiezioni multiplate nel tempo di entrambe dette due repliche con potenze sostanzialmente uguali, tramite lancio in una successiva fibra PM con assi di polarizzazione debitamente ruotati rispetto alla polarizzazione di dette due repliche; eventuale estrazione di uno di detti segnali a polarizzazione lineare, tramite elemento polarizzante debitamente orientato. 2- Metodo per generare un segnale ottico impulsato composto dalla multiplazione nel tempo di due repliche ritardate di un segnale ottico impulsato di partenza. Il metodo è costituito da: separazione di detto segnale di partenza in due repliche sui 2 assi di una fibra PM, tramite lancio di detto segnale di partenza in detta fibra PM con polarizzazione ruotata rispetto agli assi della fibra, in modo che le potenze delle due repliche sui due assi siano sostanzialmente uguali; introduzione del ritardo desiderato in modo grossolano, tramite separazione di dette due repliche su due cammini ottici distinti e di lunghezza diversa; accoppiamento di dette due repliche così ritardate su una seconda fibra PM, in modo che dette due repliche viaggino sui due assi principali di polarizzazione della fibra, ortogonali tra loro; generazione fine del ritardo tra dette due repliche, per mezzo del ritardo di differenziale di detta seconda fibra PM tagliata della lunghezza opportuna; generazione di due segnali a polarizzazione lineare ed ortogonali tra loro, ciascuni «^contenente le proiezioni multiplate nel tempo di entrambe dette due repliche con potenze sostanzialmente uguali, tramite lancio in una successiva fibra PM con assi di polarizzazione debitamente ruotati rispetto alla polarizzazione di dette due repliche; eventuale estrazione di uno di detti segnali a polarizzazione lineare, tramite elemento polarizzante debitamente orientato. 3- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo, costituito da uno o più stadi in c utilizzi uno dei metodi riportati nelle precedenti rivendicazioni 1 o 2. 4- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo, costituito da uno o più stadi in cui si utilizzi uno dei metodi riportati nelle precedenti rivendicazioni 1 o 2, ed in cui l’angolo di rotazione della polarizzazione rispetto agli assi della fibra possa essere ottimizzato per compensare sbilanciamenti di attenuazione sulle due polarizzazioni. 5- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo costituito da più stadi in cui si utilizzi uno dei metodi riportati nelle rivendicazioni 1 o 2, ed in cui la rotazione di polarizzazione finale di uno stadio è la rotazione di polarizzazione iniziale per lo stadio successivo. 6- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo costituito da più stadi in cui si utilizzi uno dei metodi riportati nelle rivendicazioni 1 o 2, ed in cui all’uscita dell’ultimo stadio il segnale a bit rate moltiplicato sia reso disponibile da un elemento polarizzante debitamente orientato. 7- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo costituito da uno o più stadi in cui si utilizzi il metodo riportato nella rivendicazione 2, ed in cui al primo stadio la prima giunzione ruotata e la successiva separazione delle due repliche siano realizzati da un accoppiatore 50/50 in fibra PM. 8- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo come specificato da qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 3 a 7, in cui la temperatura del moltiplicatore sia stabilizzata. 9- Moltiplicatore di bit rate ottico nel dominio del tempo come specificato dalla precedente rivendicazione 8, in cui la temperatura del moltiplicatore possa essere regolata.CLAIMS 1- Method for generating a pulsed optical signal composed of the multiplexing in the tee of two delayed replicas of a starting pulsed optical signal. The method consists of: separation of said starting signal into two replicas on the 2 axes of a PM fiber, by launching said starting signal in said PM fiber with polarization rotated with respect to the fiber axes, so that the powers of the two replicas on the two axes are substantially the same; generation of the desired delay between said two replicas by means of the differential group delay of said PM fiber, cut of the appropriate length; generation of two signals with linear polarization and orthogonal to each other, each containing the time-multiplexed projections of both said two replicas with substantially equal powers, by launching into a subsequent PM fiber with polarization axes duly rotated with respect to the polarization of said two replicas; possible extraction of one of said linearly polarized signals, by means of a duly oriented polarizing element. 2- Method for generating a pulsed optical signal composed of the time multiplexing of two delayed replicas of a starting pulsed optical signal. The method consists of: separation of said starting signal into two replicas on the 2 axes of a PM fiber, by launching said starting signal in said PM fiber with polarization rotated with respect to the fiber axes, so that the powers of the two replicas on the two axes are substantially the same; introduction of the desired delay in a rough way, by separating said two replicas on two distinct optical paths of different length; coupling of said two replicas thus delayed on a second fiber PM, so that said two replicas travel on the two main polarization axes of the fiber, orthogonal to each other; fine generation of the delay between said two replicas, by means of the differential delay of said second fiber PM cut of the appropriate length; generation of two signals with linear polarization and orthogonal to each other, each containing the time-multiplexed projections of both said two replicas with substantially equal powers, by launching into a subsequent PM fiber with polarization axes duly rotated with respect to the polarization of said two replicas; possible extraction of one of said linearly polarized signals, by means of a duly oriented polarizing element. 3- Optical bit rate multiplier in the time domain, consisting of one or more stages in c using one of the methods reported in the preceding claims 1 or 2. 4- Optical bit rate multiplier in the time domain, consisting of one or more stages in which one of the methods reported in the preceding claims 1 or 2 is used, and in which the angle of rotation of the polarization with respect to the fiber axes can be optimized to compensate for attenuation imbalances on the two polarizations. 5- Optical bit rate multiplier in the time domain consisting of several stages in which one of the methods reported in claims 1 or 2 is used, and in which the final polarization rotation of one stage is the initial polarization rotation for the next stage . 6- Optical bit rate multiplier in the time domain consisting of several stages in which one of the methods reported in claims 1 or 2 is used, and in which at the output of the last stage the multiplied bit rate signal is made available by a polarizing element duly oriented. 7- Optical bit rate multiplier in the time domain consisting of one or more stages in which the method reported in claim 2 is used, and in which in the first stage the first rotated junction and the subsequent separation of the two replicas are carried out by a coupler 50/50 in PM fiber. 8- Optical time domain bit rate multiplier as specified by any of the preceding claims 3 to 7, wherein the temperature of the multiplier is stabilized. 9- Optical time domain bit rate multiplier as specified by the preceding claim 8, in which the temperature of the multiplier can be adjusted.