Modo de operación del montaje inicial

Para crear un nuevo sistema de interrogación de una red de sensores remota, se plantea la idea inicial de utilizar la ganancia Brillouin para conseguir que el sistema actuando como un láser Raman en condiciones de no oscilación alcance el umbral de emisión láser. Es decir, se cumpla la relación ganancia<pérdidas total en la cavidad para las longitudes de onda de los sensores, ya que al superarse el umbral

ganancia=pérdidas el sistema generaría una onda láser.

Como ya se ha comentado, una de las características más importantes de la dispersión Brillouin estimulada es la generación de alta ganancia y lo selectivo de esta amplificación, dada la pequeña anchura de línea de su espectro en ganancia. Esta ganancia Brillouin es generada por el láser sintonizable (LS) que barre la zona espectral donde se sitúan los sensores.

Por lo tanto, se pretende que el funcionamiento del sistema sea el siguiente:

- En un primer momento la potencia de salida del LS situado entre 1540 y 1560nm se introduce en la entrada “1550nm” del WDM.

- Esta potencia se suma al bombeo Raman de alta potencia situado en torno a 1445nm y se introduce en la fibra SMF de longitud inicial 100km.

- Como ya se ha comentado, la fibra monomodo puede también ser utiliza crear amplificación Raman distribuida, ya que aunque posee poca no

su larga longitud la hace suficiente. Por tanto, toda señal que circule por la fibra en la longitud de onda de amplificación (en torno a 1545nm) se verá

amplificada.

- La selección de las longitudes de onda que resonarán en la cavidad se hace por medio de redes de difracción que actúan como filtros de reflexión. Las redes utilizadas operan dentro de la zona de ganancia del Raman.

- Estas redes de difracción reflejarán sele

que estén centradas, retornando esta potencia selectiva de nuevo por la fibra. A su vez se vuelve a amplificar (contra

puerto número dos del circulador conectado como espej

- En el circulador, la señal reflejada se introduce por el puerto dos, cuya potencia pasa al puerto tres, en este se extrae parte de la

el resto se vuelve a introducir en el puerto 1, que la redirige de nuevo al puerto 2 en sentido contrario al de entrada anterior.

Figura 2.5. Esquema del funcionamiento de un circulador como espejo con un acoplador 95:5 utilizado para extraer la señal de muestra.

- A esta señal se le vuelve a sumar la del LS y el bombeo Raman, vuelve a amplificarse en la fibra, y se repite el proceso.

- La emisión láser se alcanza por el propio funcionamiento del sistema, la potencia de entrada al medio amplificador (SMF) se ve incrementada conforme

se produce realimentación, amplificándose gracias a la

hasta que se alcance el estado de saturación, momento en el que el sistema alcanza la estabilidad. Es por tanto el comportamiento del medio activo el que posibilita que la emisión láser tenga lugar.

- La situación inicial consiste, c

límite de las condiciones de oscilación

Como ya se ha comentado, la fibra monomodo puede también ser utiliza crear amplificación Raman distribuida, ya que aunque posee poca no

su larga longitud la hace suficiente. Por tanto, toda señal que circule por la fibra en la longitud de onda de amplificación (en torno a 1545nm) se verá

a selección de las longitudes de onda que resonarán en la cavidad se hace por medio de redes de difracción que actúan como filtros de reflexión. Las redes utilizadas operan dentro de la zona de ganancia del Raman.

Estas redes de difracción reflejarán selectivamente las longitudes de onda en las que estén centradas, retornando esta potencia selectiva de nuevo por la fibra. A su vez se vuelve a amplificar (contra-direccionalmente esta vez) hasta llegar al

del circulador conectado como espejo.

circulador, la señal reflejada se introduce por el puerto dos, cuya potencia pasa al puerto tres, en este se extrae parte de laseñal para analizarla en el OSA y el resto se vuelve a introducir en el puerto 1, que la redirige de nuevo al puerto 2 en sentido contrario al de entrada anterior.

5. Esquema del funcionamiento de un circulador como espejo con un acoplador 95:5 utilizado para extraer la señal de muestra.

A esta señal se le vuelve a sumar la del LS y el bombeo Raman, vuelve a amplificarse en la fibra, y se repite el proceso.

La emisión láser se alcanza por el propio funcionamiento del sistema, la potencia de entrada al medio amplificador (SMF) se ve incrementada conforme

realimentación, amplificándose gracias a la potencia

hasta que se alcance el estado de saturación, momento en el que el sistema alcanza la estabilidad. Es por tanto el comportamiento del medio activo el que posibilita que la emisión láser tenga lugar.

La situación inicial consiste, como se ha comentado, en disponer al sistema en el límite de las condiciones de oscilaciónpero sin llegar a alcanzarla. Es decir, que Como ya se ha comentado, la fibra monomodo puede también ser utilizada para

crear amplificación Raman distribuida, ya que aunque posee poca no-linealidad,

su larga longitud la hace suficiente. Por tanto, toda señal que circule por la fibra en la longitud de onda de amplificación (en torno a 1545nm) se verá

a selección de las longitudes de onda que resonarán en la cavidad se hace por medio de redes de difracción que actúan como filtros de reflexión. Las redes

ctivamente las longitudes de onda en las que estén centradas, retornando esta potencia selectiva de nuevo por la fibra. A direccionalmente esta vez) hasta llegar al

circulador, la señal reflejada se introduce por el puerto dos, cuya potencia señal para analizarla en el OSA y el resto se vuelve a introducir en el puerto 1, que la redirige de nuevo al puerto 2

5. Esquema del funcionamiento de un circulador como espejo con un acoplador 95:5

A esta señal se le vuelve a sumar la del LS y el bombeo Raman, vuelve a

La emisión láser se alcanza por el propio funcionamiento del sistema, la potencia de entrada al medio amplificador (SMF) se ve incrementada conforme

de bombeo dada

hasta que se alcance el estado de saturación, momento en el que el sistema alcanza la estabilidad. Es por tanto el comportamiento del medio activo el que

omo se ha comentado, en disponer al sistema en el pero sin llegar a alcanzarla. Es decir, que

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la condición de ganancias=pérdidas no se alcance para la longitud de onda del FBG, pero que esté muy cerca.

- Una vez dispuesto el sistema en esta situación mediante el ajuste de la potencia de bombeo Raman, se debe ajustar la potencia del láser sintonizable que actúa como bombeo Brillouin. Éste debería generar la suficiente ganancia para que al hacer un barrido sobre la zona de trabajo, el sistema alcance el umbral de emisión láser al cumplirse ganancias>pérdidas en la cavidad para la longitud de onda del FBG.

- Al comenzar la emisión láser en el sistema, se debe caracterizar esta señal en el OSA, obteniendo la longitud de onda de la onda láser generada, que en definitiva es la longitud de onda del FBG sensor, cumpliendo con esto la finalidad del sistema.

- Por último, para evitar reflexiones que provocarían inestabilidades en el funcionamiento del láser, todos los conectores que se incluyen en la cavidad son del tipo FC/APC, que presentan unas pérdidas de retorno del orden de 60dB. Además en el extremo libre del último FGB se ha utilizado gel adaptador de índices para evitar reflexiones en las transiciones fibra-aire.

Sin embargo, realizando las pruebas en laboratorio se puede comprobar que la ganancia Brillouin es demasiado selectiva para provocar la emisión láser del FBG ya que éste tiene demasiado ancho de banda (0.2 nm). Lo que se observa es que la onda de Stokes generada por la ganancia Brillouin aumenta en potencia al situarse en la longitud de onda del grating, así como la potencia del propio LS.

1544,0 1544,5 1545,0 1545,5 1546,0 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 (a) Stokes Anti-Stokes P o te n c ia ( d B m ) Longitud de onda (nm) LS 1544,0 1544,5 1545,0 1545,5 1546,0 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 (b) P o te n c ia ( d B m ) Longitud de onda (nm) 23 dB

Figura 2.6. (a) Espectro en el OSA con la variación de potencia del LS dentro o fuera de la longitud de onda del grating; (b) La diferencia entre las ondas de Stokes dentro y fuera del FBG nos da la medida.

El sistema a efectos prácticos actúa de manera parecida al método de interrogación tradicional mediante barrido con LS, solo que en vez de obtenerse la diferencia de

potencia del propio LS se obtendría la diferencia de potencia de su onda de Stokes, que aunque es considerablemente mayor, no es fácilmente medible.

Contrariamente a lo que se esperaba no es la ganancia Brillouin generada lo que provoca el alcance del umbral de emisión láser del FBG. Ocurre que la colocación del LS y su onda de Stokes en la zona del grating provoca el alcance del umbral de emisión láser de la propia onda de Stokes. Esto sucede porque esta zona es una longitud de onda con menores pérdidas debido a la reflexión de la potencia por el FBG. Esto hace que la condición ganancia=pérdidas necesaria para la emisión láser se cumpla para la onda de Stokes según se encuentre dentro o no de la longitud de onda del FBG.

Por lo tanto se ha obtenido un nuevo método de interrogación, en el que se puede observar que la onda de Stokes generada por el LS nos daría mayores SNR que el sistema tradicional (Fig. 2.6 (b)), pero el coste del equipamiento y complejidad de esta medida hace que su utilidad y aplicación práctica sean bastante dudosas, por lo que se requiere mejorar el sistema.