En els últims anys la importància de la polarització en les comunicacions òptiques ha crescut notablement com resultat de tres grans desenvolupaments:1. L'aparició de l'amplificació òptica ha fet que es produeixi un gran increment en les longituds dels enllaços de fibra monomode, així com en el nombre de dispositius òptics que ha de travessar la llum sense regenerar-se. Com a resultat d'això, petits efectes com la diferència de retards entre els modes amb polaritzacions ortogonals, o petites diferències entre les pèrdues d'inserció per a aquests modes, poden acumular-se a causa de la gran distància a recórrer, esdevenint un paràmetre a considerar en el disseny dels sistemes.2. La possibilitat de la detecció coherent en la qual el receptor és sensible al batut de dos feixos de llum i no només a la potència del feix, ha dut també a haver de considerar el tractament de la polarització com un dels punts d'investigació importants.3. L'última raó per la qual la polarització s'ha convertit en un tema fonamental és l'impressionant increment que s'ha donat en les velocitats de transmissió, que de nou duu que petits efectes es tornin importants per l'extremadament petit temps de bit.L'estructura no perfectament cilíndrica de la fibra òptica durà a les diferents components transversals dels camps a veure índexs de refracció lleugerament diferents, amb el que es produirà acoblament d'energia d'un mode a l'ortogonal i diferències de retard entre els modes. Les imperfeccions de la fibra no són predictibles (les seves causes van des de la pròpia fabricació fins als esforços als que es vegi sotmesa després de la seva instal·lació) pel que es fa difícil una caracterització del problema. Es tractarà d'un fenomen estadístic pel que no es pot solucionar de forma determinista. Aquest treball s'emmarca dintre de l'àmbit de la recerca de solucions als efectes provocats per la polarització en els sistemes de comunicacions per fibra òptica. Els objectius marcats inicialment es van circumscriure a la detecció coherent. L'objectiu fonamental era l'estudi de les diverses tècniques per a solucionar els esvaïments per desadaptació de les polaritzacions en aquest tipus de receptors. No obstant això, en el treball que es presenta s'han inclòs també realitzacions encaminades als sistemes MI-DD, cap a les quals s'han bolcat els nostres esforços durant el període de durada del mateix. Encara que es tracta de filosofies totalment distintes, pràcticament totes les realitzacions pensades per als sistemes coherents podran aplicar-se també als sistemes MI-DD pel que no ha de pensar-se en aplicacions excloents.Les parts en que es divideix el treball són: · Estudi analític de la variació de la polarització de la llum en fibres òptiques. Dintre d'aquesta part s'oferixen resultats que es corresponen amb mesures realitzades sobre fibra i simulacions del comportament de la mateixa, i representen la justificació de tot el treball posterior.· Estudi de les diferents solucions al problema de la polarització en els receptors coherents. Es presenten aquí tots els dispositius dissenyats i construïts així com els diferents algorismes proposats per al control de la polarització. S'exposen tanmateix les mesures realitzades per a la caracterització d'aquests dispositius i la seva integració en un receptor coherent real.· Estudi dels efectes de la polarització en els sistemes MI-DD d'última generació i aplicació dels dispositius dissenyats en aquest tipus de sistemes. En aquesta part s'oferixen algunes prediccions sobre els valors que pot prendre la dispersió deguda a la polarització en enllaços reals. Així mateix es proposa un aleatorizador de la polarització amb aplicació en sistemes amb amplificació òptica. / El trabajo desarrollado en esta tesis doctoral se enmarca dentro del ámbito de la búsqueda de soluciones a los efectos provocados por la polarización en los sistemas de comunicaciones por fibra óptica tanto Coherentes como de Modulación de Intensidad y Detección Directa. El objetivo fundamental es el estudio de diversas técnicas para solucionar los problemas que los efectos de la polarización provocan en dichos sistemas como por ejemplo, los desvanecimientos por desadaptación de las polarizaciones en receptores de detección coherente o la dispersión debida a la polarización (PMD) en los sistemas MI-DD de última generación.Las partes en que se divide el trabajo son:- Estudio analítico de la variación de la polarización de la luz en fibras ópticas.Dentro de esta parte se ofrecen resultados que se corresponden con medidas realizadas sobre fibra y simulaciones del comportamiento de la misma y representan la justificación de todo el trabajo posterior.- Estudio de las diferentes soluciones al problema de la polarización en los receptores coherentes. Se presentan aquí todos los dispositivos diseñados y construidos así como los diferentes algoritmos propuestos para el control de la polarización. Se exponen asimismo las medidas realizadas para la caracterización de los mismos y su integración en un receptor coherente real.- Estudio de los efectos de la polarización en los sistemas MI-DD de última generación y aplicación de los dispositivos diseñados a su solución. En esta parte se ofrecen algunas predicciones sobre los valores que puede tomar la dispersión debida a la polarización en enlaces reales. Asimismo se propone un aleatorizador de la polarización con aplicación en sistemas con amplificación óptica. / Polarization related topics have gained momentum during last years in the optical communications field, due to the advent of three main developments:1. Optical amplification has allowed a great increase in the singlemode fiber lengths, as well as in the number of optical devices that the light must cross without being regenerated. As a result, small effects like the difference of propagation delays between the orthogonal modes, or the small differences between the insertion losses for those modes, can be accumulated due to the great distance, becoming a parameter to consider in the systems design.2. The optical coherent detection, where the receiver is sensitive to the beat of two light beams and not only to the optical power level, has also lead to take into account the light polarization as an increasingly important topic of research, as a mismatch in beams polarizations implies no signal found after the coherent detection.3. Last reason for the high importance of polarization stems from the impressive increase in bit rates that optical communications have experienced. This implies that small effects which could be neglected at lower bit rates appear now as important due to the extremely low bit periods.Therefore, it is clear that in the present and future systems the problems related to the polarization are one of the stumbling blocks to save. The origin of the polarization effects in fibers resides in their non-ideal performance. The not perfectly cylindrical structure of the optical fiber will lead the orthogonal components of the fields to see slightly different refractive indices, and so coupling of energy between modes, as well as different delays will take place. The imperfections of the fiber are not predictable (their causes go from the own manufacture to the stress applied after its installation) reason why a characterization of the problem becomes difficult. It is a statistical phenomenon, so it is not possible to be solved in a deterministic form.This work focuses on the search of solutions to the effects brought about the polarization in optical fiber communications systems. The objectives were initially confined to coherent detection systems. The main target was the study of the diverse techniques to solve the fadings by polarizations mismatch in this type of receivers. Nevertheless, solutions focusing on IM-DD systems have also been included in this work. Even considering that the approaches are very different, the different solutions thought for coherent systems can find their place in IM-DD systems.This work is divided in three parts:· Analytical study of the variation of the light polarization in optical fibers. Within this part results are offered that correspond to measures and simulations realised on fibers characterizing their behaviour. These results give reason for the remaining work.· Study of the different solutions about the polarization problem in coherent receivers. All the devices designed and constructed, as well as the different algorithms proposed for the control of the polarization are presented in this part. The measures realised for their characterization and their integration in an actual coherent receiver are also shown.· Study of the polarization effects in advanced MI-DD systems, and application of the devices designed to overcome polarization related problems. In this part some predictions are offered on the values that can take the dispersion due to the polarization in real links. Also a polarization scrambler to be used in systems with optical amplification has been designed, constructed and tested.

[ES] Las fibras ópticas son dispositivos muy utilizados en el campo de las telecomunicaciones desde su descubrimiento. En las últimas décadas, las fibras ópticas comenzaron a utilizarse como sensores fotónicos. Los primeros trabajos se centraron en la medición de unas dimensiones físicas en un punto específico. Posteriormente, surgió la posibilidad de medir las propiedades de la fibra óptica en diferentes puntos a lo largo de la fibra. Este tipo de sensores se definen como sensores distribuidos. Los componentes optoelectrónicos fueron desarrollados e investigados para telecomunicaciones. Los avances en las telecomunicaciones hicieron posible el desarrollo de sistemas de interrogación para sensores de fibra óptica, creciendo en paralelo con los avances de las telecomunicaciones. Se desarrollaron sistemas de interrogación de fibra óptica que permiten el uso de una única fibra óptica monomodo estándar como sensor que puede monitorear decenas de miles de puntos de detección al mismo tiempo. Los métodos que extraen la información de detección de la señal reflejada en la fibra óptica son los más empleados debido a la facilidad de acceso al sensor y la flexibilidad de estos sistemas. Los más estudiados son la reflectometría en dominios de tiempo y frecuencia. La reflectometría óptica en el dominio del tiempo (OTDR) fue la primera técnica utilizada para detectar la posición de los fallos en las redes de comunica-ción de fibra óptica. El OTDR sensible a la fase hizo posible detectar la elongación y la temperatura en una posición específica. Paralelamente, los gratings de Bragg (FBG) se convirtieron en los dispositivos más utilizados para implementar sensores en fibra óptica discretos. Se desarrollaron técnicas de multiplexación para realizar la detección en múltiples puntos utilizando FGBs. La reflectometría realizada interrogando arrays de FBG débiles demuestra que mejora el rendimiento del sistema en comparación al uso de una fibra monomodo. Los sistemas de interrogatorio actuales tienen algunos inconvenientes. Algunos de ellos son velocidad de interrogatorio limitada, grandes dimensiones y alto costo. En esta tesis doctoral se desarrollaron nuevos sistemas de interrogación y sensores de fibra óptica para superar algunos de estos inconvenientes. Los sensores de fibra óptica de plástico demuestran ser una plataforma innovadora para desarrollar nuevos sensores y sistemas de interrogación de bajo costo y fáciles de implementar para fibras de plástico comerciales. Se investigó la reflectometría en el dominio del tiempo y las técnicas fotónicas de microondas para la interrogación de una matriz de rejillas débiles que permitieron simplificar el sistema de interrogación para la detección de temperatura y vibración. / [CA] Les fibres òptiques són dispositius molt utilitzats en el camp de les telecomunica-cions des del seu descobriment. En les últimes dècades, les fibres òptiques van començar a utilitzar-se com a sensors fotònics. Els primers treballs es van centrar en el mesurament d'unes dimensions físiques en un punt específic. Posteriorment, va sorgir la possibilitat de mesurar les propietats de la fibra òptica en diferents punts al llarg de la fibra. Aquest tipus de sensors es defineixen com a sensors distribüits. Els components optoelectrònics van ser desenvolupats i investigats per a telecomunicacions. Els avanços en les telecomunicacions van fer possi-ble el desenvolupament de sistemes d'interrogació per a sensors de fibra òptica, creixent en paral·lel amb els avanços de les telecomunicacions. Es van desenvolupar sistemes d'interrogació de fibra òptica que permeten l'ús d'una única fibra òptica monomodo estàndard com a sensor que pot monitorar desenes de milers de punts de detecció al mateix temps. Els mètodes que extreuen la informació de detecció del senyal reflectit en la fibra òptica són els més utilitzats a causa de la facilitat d'accés al sensor i la flexibilitat d'aquests sistemes. Els més estudiats són la reflectometría en dominis de temps i freqüència. La reflectometría òptica en el domini del temps (OTDR) va ser la primera tècnica utilitzada per a detectar la posició de les fallades en les xarxes de comunicació de fibra òptica. El OTDR sensible a la fase va fer possible detectar l'elongació i la temperatura en una posició específica. Paral·lelament, els gratings de Bragg (FBG) es van convertir en els dispositius més utilitzats per a implementar sensors en fibra òptica discrets. Es van desenvolupar tècniques de multiplexació per a realitzar la detecció en múltiples punts utilitzant FGBs. La reflectometría realitzada interrogant arrays de FBG febles demostra que millora el rendiment del sistema en comparació a l'ús d'una fibra monomodo. Els sistemes d'interrogatori actuals tenen alguns inconvenients. Alguns d'ells són velocitat d'interrogatori limitada, voluminositat i alt cost. En aquesta tesi doctoral es van desenvolupar nous sistemes d'interrogació i sensors de fibra òptica per a superar alguns d'aquests inconvenients. Els sensors de fibra òptica de plàstic demostren ser una plataforma innovadora per a desenvolupar nous sensors i siste-mes d'interrogació de baix cost i fàcils d'implementar per a fibres de plàstic comercials. Es va investigar la reflectometría en el domini del temps i les tècniques fotòniques de microones per a la interrogació d'una matriu de reixetes febles que van permetre simplificar el sistema d'interrogació per a la detecció de temperatura i vibració. / [EN] Optical fibers are devices largely used in telecommunication field since their discovery. In the last decades, optical fibers started to be used as photonic sensors. The first works were focused on the measurement of physical dimensions to a specific point. Afterward, emerged the possibility to measure the optical fiber properties at different locations along the fiber. These kinds of sensors are defined as distributed sensors. The optoelectronic components were developed and investigated for telecommunications. The progress in telecommunication made possible the development of optical fiber sensors interrogation systems, growing in parallel with the advances of telecommunications. Optical fiber interrogation systems were developed to use a single standard monomode optical fiber as a sensor that can monitor tens of thousands of sensing points at the same time. The methods that extract the sensing information from the backscattered signal in the optical fiber are widely employed because of the easiness of access to the sensor element and the flexibility of these systems. The most studied are the reflectometry in time and frequency domains. The optical time domain reflectometry (OTDR) was the first technique used to detect the position of the failures in the optical fiber communication networks. Using phase sensitive OTDR it is possible to sense strain and temperature at a specific position. In parallel, fiber Bragg gratings (FBGs) became the most widely used devices to implement discrete optical fiber sensors. Multiplexing techniques were developed to perform multi points sensing using these gratings. The reflectometry performed interrogating weak FBGs arrays demonstrate to improve the performance of the system employing a single mode fiber. The interrogation systems nowadays have some drawbacks. Some of them are limited speed of interrogation, bulkiness, and high cost. New interrogation systems and optical fiber sensors were developed in this doctoral thesis to overcome some of these drawbacks. Plastic optical fiber sensors demonstrate to be an innovative platform to develop both new sensors and low cost, easy to implement interrogation systems for commercial plastic fibers. Reflectometry in time domain and microwave photonic techniques were investigated for the interrogation of weak gratings array allowed to simplify the interrogation system for the sensing of temperature and vibration. / I would like to greatly thank the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Program that funded the research described in this thesis under the Marie Sklodowska-Curie Action Grant Agreement 722509. / Sartiano, D. (2021). Design of optical fiber sensors and interrogation schemes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/161357 / TESIS