Modulador acusto-óptico en amplitud de fibra óptica basado en ondas acústicas de flexión

Se reporta un estudio experimental de la operación de un modulador acusto-óptico (MAO) de fibra óptica basado en la interacción acusto-óptica producida por ondas acústicas de flexión estacionarias. Concentramos nuestra atención en los efectos de reducir el diámetro en la fibra óptica como mecanismo para optimizar la respuesta espectral del MAO. Como caso particular reportamos un modulador de 70 ¹m de diametro con una alta profundidad de modulación (60 %), bajas perdidas por inserción (1.3 dB) y un ancho ancho de banda a 3 dB de 40 nm que opera en el rango de los megahertz. Los resultados obtenidos demuestran que el incluir fibras estrechadas se puede considerar como un grado extra de libertad en el diseño del modulador para controlar el ancho de banda.An experimental study of an in-fiber acousto-optic modulator (AOM) based on the acousto-optic interaction produced by standing flexural acoustic waves is reported. We focus our attention in the effects of a gradual reduction in the optical fiber as the mechanisms to improve the spectral response of the AOM. As a particular case we report a 70-μm fiber AOM. Our approach permits the implementation of high modulation depth (60 %), low optical loss (1.3 dB) and a 3 dB broad modulation bandwidth of 40 nm, operating in the MHz frequency range. The experimental results demonstrate that including tapered optical fibers can be regarded as an extra degree of freedom to control the optical bandwidth of the modulator.Fil: Bello Jiménez, M. A.. Instituto de Investigacion en Comunicación Optica, Universidad Autónoma de San Luis Potosí; MéxicoFil: Cuadrado Laborde, Christian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Instituto de Física de Rosario (i); ArgentinaFil: Diez, Antonio. Universidad de Valencia; EspañaFil: Cruz, Jose Luis. Universidad de Valencia; EspañaFil: Andres Bou, Miguel. Universidad de Valencia; Españ

Experimental study of MMI structures in a switchable continuous-wave thulium-doped all-fiber laser

Switchable multi-wavelength laser emission from a thulium-doped all-fiber laser is reported by implementing a tapered and a non-tapered multi-modal interference (MMI) filters. The MMI structure relies on a coreless optical fiber spliced in between two single-mode optical fibers. For the non-tapered case, a minimum insertion loss of 12.60 dB is achieved around the 2-μm region, from which stable generation of commutable dual-wavelength emission at 1986.34 nm and 2017.38 nm is obtained. On the other hand, the tapered MMI structure performs a minimum insertion loss of 8.74 dB at the 2-μm region, allowing a stable triple-wavelength emission at 1995.4 nm, 2013.3 nm, and 2038.3 nm. In addition, commutable dual-wavelength emission was also obtained at 1997.9 nm and 2032.1 nm. The generated laser lines perform bandwidths of around 50 pm, low peak spectral power fluctuations and signal-to-noise ratio of 50 dB

Q-switched mode locking noise-like pulse generation from a thulium-doped all-fiber laser based on nonlinear polarization rotation

Q-switched mode locking (QML) noise-like pulse (NLP) emission from an all-fiber thulium-doped laser based on the nonlinear polarization rotation effect is reported. The QML emission is obtained in a cavity with net anomalous dispersion in a pump power interval in between the CW laser threshold and the threshold of the NLP regime. Highest-energy QML pulses were observed with a repetition rate of 812 kHz with a pump power of 520 mW at the optical wavelength of 1881.09 nm. A maximum overall energy of 460 nJ at an average output power of 6.4 mW was reached, which corresponds to a burst of mode-locked noise-like sub-pulses with 8.7 ns of pulse duration within a QML envelope of 11 μs. These results demonstrate unconventional pulse operation regime of NLPs and provide insights into the dynamics of mode-locked fiber lasers

Q switching and mode locking pulse generation from an all-fiber ring laser by intermodal acousto-optic bandpass modulation

Q-switched and mode-locked (QML) pulse generation from an all-fiber ring laser based on intermodal acousto-optic bandpass modulation is reported. The modulator relies on full-acousto-optic mode re-coupling cycle induced by a standing flexural acoustic wave, with a transmission response that is controlled by amplitude modulation of the acoustic wave signal. The Q factor of the cavity is controlled by a rectangular pulse wave with variable frequency and duty cycle, whereas mode locking is achieved by amplitude modulation derived from a standing flexural acoustic wave. The best QML pulses were obtained at 0.5 kHz repetition rate, with a pump power of 549.2 mW, at the optical wavelength of 1568.2 nm. A maximum overall energy of 2.14 µJ at an average output power of 1.07 mW was achieved, corresponding to a burst of mode-locked sub-pulses of 100 ps pulse duration within a QML envelope of 3.5 µs

Acousto-optic interaction in biconical tapered fibers: shaping of the stopbands

The effect of a gradual reduction of the fiber diameter on the acousto-optic (AO) interaction is reported. The experimental and theoretical study of the intermodal coupling induced by a flexural acoustic wave in a biconical tapered fiber shows that it is possible to shape the transmission spectrum, for example, substantially broadening the bandwidth of the resonant couplings. The geometry of the taper transitions can be regarded as an extra degree of freedom to design the AO devices. Optical bandwidths above 45 nm are reported in a tapered fiber with a gradual reduction of the fiber down to 70 μm diameter. The effect of including long taper transition is also reported in a double-tapered structure. A flat attenuation response is reported with 3-dB stopband bandwidth of 34 nm

Evaluación del uso de predicciones climáticas para la operación de bombeos mediante energía fotovoltaica de inyección directa

Este trabajo presenta una propuesta donde se reduce la incertidumbre en el riego fotovoltaico (FV) directo de oportunidad mediante predicciones meteorológicas (PM), pudiendo estimar con una semana de ventana temporal (VT) la irradiancia (Wm-2), la temperatura (oC), la velocidad del viento (ms 1) y la humedad (%) y con ello la Potencia Neta generada por día y hora (PnetD,h, W) y la evapotranspiración de referencia (ETo). Las PM son corregidas con un filtro del Kalman para el cálculo de las horas de potencia disponible (donde PnetD,h>Potencia requerida (PbD,h)) y de las necesidades de riego (Nr) y se compara frente a la forma tradicional de operar con los datos históricos y reemplazando la ETo sucedida en un periodo temporal. Además, se ha incorporado un modelo suelo-planta-agua el cual permite conocer el estado de humedad del suelo para establecer la programación del riego dentro de unos umbrales de humedad que no perjudiquen al cultivo. El objetivo es evaluar, en instalaciones con suministro energético FV, una metodología de programación de riego que utiliza las PM en lugar de los datos históricos manteniendo la humedad del suelo por encima de una humedad mínima. Se aplica en un caso real de estudio de la red de riego Camí Albalat, compuesta por 4 sectores y es gestionada por la comunidad de regantes de Massalet, próximo al término municipal de Carlet (Valencia), en el este de España. El uso de las PM a 7 días permite estimar con mayor precisión la PnetD,h y las Necesidades de riego (Nr) de los cultivos, pudiendo programar con antelación el funcionamiento de la instalación. Para el caso de estudio, el error relativo diario cometido para la época de mayores Nr (1 de abril a 30 de septiembre) de la estimación de la Pnet y de la ETo ha sido para las PM de un 26,3 % y un 6,3 % respectivamente, frente a un error utilizando los datos históricos del 50 % en la Pnet y del 15,2 % para la ETo. La humedad en el sector de máximos requerimientos de Pb no suele alcanzar la humedad mínima establecida (es el 25% menos de la Capacidad de Campo), esto es debido a que es el sector que aprovecha primero las horas de energía disponible. En contraposición está el sector de mínimo requerimiento de Pb que sí alcanza la humedad mínima establecida debido a que es el último sector en regarse a lo largo de la semana y por ello este sector es el que más energía eléctrica requiere. Con esto, el uso de PM ha permitido mejorar el consumo de energía FV de un 68,7 % a un 79,3 % y pasar del uso de energía disponible de un 11.64 % a un 13.37 % para el caso de estudio. No obstante, toda predicción está sometida a una incertidumbre y en caso de que no se cumpla se necesita una fuente de energía adicional

Random scenarios generation with minimun energy consumption model for sectoring optimization in pressurized irrigation networks using a simulated annealing approach

A pressurized irrigation network may operate in two ways, namely, on demand and organized under operating sectors. In the first case, the user decides when to irrigate, and the pumping station has to meet the discharge and pressure head requirements of the group of users that is demanding water at any time. In the second case, the operating hydrants at a given moment are previously established, which permits identification of scenarios related to lesser energy consumption. In this work, a new model was developed that identifies such scenarios. The optimization process is carried out by means of simulated annealing (SA). The model was applied to an example and the result obtained was compared with the same network operating on demand and sectorized using the criterion of hydrant elevation with respect to the pumping station. The scenario adopted for SA saved 11.8% and 15.5% in energy consumption compared with the two other scenarios, and decreased the installed power requirement by 38.3% and 21.6%, respectively.García Prats, A.; Guillem Picó, S.; Martínez Alzamora, F.; Jiménez Bello, MA. (2012). Random scenarios generation with minimun energy consumption model for sectoring optimization in pressurized irrigation networks using a simulated annealing approach. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 138(7):613-624. doi:10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000452S613624138

Predicción del volumen bombeado semanalmente con diferente número de bombas en una estación con energía fotovoltaica. Póster

La metodología clásica para el dimensionamiento de instalaciones de riego fotovoltaico no optimiza el número de bombas a utilizar. Para determinar el número de bombas se debe estudiar el mayor aprovechamiento de la irradiancia solar disponiendo varias bombas funcionando en paralelo y determinando a futuro los parámetros de temperatura (T, oC) e irradiancia (Irrad, Wm-2), los cuales son utilizados para el cálculo de la potencia neta del generador (Pnet, W) y con ello el poder obtener una predicción del volumen que se puede bombear a una semana vista. A través de la red de estaciones meteorológicas del Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) (http://riegos.ivia.es/) se han obtenido los datos meteorológicos de la zona de estudio. El objetivo es analizar en qué medida se puede aumentar el volumen bombeado (VB, m3h-1) al incrementar el número de bombas instaladas en paralelo y la precisión de la estimación del VB semanalmente mediante servicios climáticos o mediante datos históricos. Este estudio se ha realizado en un bombeo del Sector 4 del Canal Júcar-Turia que abastece una superficie de 42,21 ha, en su mayoría cítricos. Se propone un modelo basado en la estimación de los VB semanales mediante predicciones meteorológicas, estimando los parámetros de T y Irrad para calcular la Potencia Neta Generada por día y hora (PnetD,h, W). La T y Irrad se obtienen mediante datos procedentes del servicio climático Global Forecast System (GFS) (www.nco.ncep.noaa.gov) de la National Centers for Environmental Prediction (NCEP), y mediante datos históricos. Una vez determinada PnetD,h, se calcula la potencia requerida (PbD,h, W) por día y hora para los diferentes grupos de bombas funcionando en paralelo (de 1 a 8 bombas). Se determina las horas de potencia disponible (HPDD,h, h) donde PnetD,h> PbD,h. Las HPDD,h de cada bomba para cada una de las 8 hipótesis multiplicadas por el caudal (Q, m3h-1) de cada bomba determina el VB. Al aumentar el número de bombas en paralelo aumentan los VB anualmente respecto de la metodología clásica de instalar 1 bomba, esto es debido, al mayor aprovechamiento de la Irrad. En el caso estudiado, instalar 5 bombas en paralelo de idénticas características en lugar de una única bomba, permitiría aumentar casi el 27 % del VB sin necesidad de modificar el generador fotovoltaico. También, los resultados demuestran que los datos del servicio climático GFS permiten mejorar la estimación del VB, a una semana vista, en comparación con el uso de datos históricos de media en un 32.2%

Optimización de sistemas de bombeo fotovoltaico a depósitos con criterio técnico-económico

Para el cálculo de instalaciones donde hay bombeos de agua entre dos depósitos se suele diseñar las instalaciones de bombeo fotovoltaico (FV) siguiendo las pautas de instalaciones tradicionales. Se calcula el punto de funcionamiento y se selecciona una bomba que su curva (Hm-Q) sea lo más próxima al punto de funcionamiento. El problema de esta metodología es que parte de la energía solar del día se desperdicia y podría ser utilizada para el bombeo de agua. Por ello es importante la selección del tipo y número de bombas que pueden trabajar en paralelo. Este trabajo tiene como objetivo principal desarrollar una metodología para la optimización del número de bombas que pueden trabajar en paralelo y del tamaño del generador en instalaciones de riego FV a balsas. El caso de estudio consiste en un bombeo entre dos depósitos, donde él de mayor cota abastece por gravedad una superficie de riego de 42.21 ha, en la comunidad de regantes Sector 4, próximo al municipio de Picassent perteneciente a la Comunidad Valenciana situada en el Este de España. La metodología empleada se basa en el diseño de la instalación FV (Potencia pico (Pp, W)) y del equipo de bombeo mediante la metodología estándar. Se realiza un planteamiento de las hipótesis de bombeo con diferente número de bombas funcionando en paralelo (BFP) (de 1 a 8 bombas) donde la suma de caudales de todas las BFP de las diferentes hipótesis será igual al caudal de la hipótesis de 1 bomba. El volumen bombeado anual (VBA, m3año-1) se calcula determinando las horas de potencia disponible (HPD, h) para cada hipótesis (donde Potencia neta (Pnet, W)>Potencia requerida (Pb, W)) para todos los días del año para conocer la variación del VBA. Seguidamente, se utilizan distintas hipótesis de factor potencia (FP) (Cociente entre Pp y Pb) con el fin de estudiar el mínimo número de placas solares requeridas. Por último, se selecciona el número de bombas por criterio económico. Como principales resultados se obtiene un mayor aprovechamiento de la irradiancia, para la hipótesis con 1 bomba la potencia mínima requerida para que arranque la misma es de 24,4 kW, lo que equivale a un umbral de irradiancia de 336,2 Wm-2 para el mes más desfavorable. Sin embargo, para que comience el bombeo con la hipótesis de 5 BFP, solo se requiere de 4,9 kW, siendo el umbral de irradiancia, para el mes más desfavorable es de 65,2 Wm-2. Al aumentar el número de bombas se aumenta el VBA hasta casi un 27%, y viendo los incrementos de bombeo a lo largo de este año en relación con las necesidades de volumen a bombear se determina que para el número óptimo de bombas que sería 5, en este caso de estudio, el FP se disminuye en un 50,7%. La función económica nos indica el número de BFP a seleccionar, siendo la hipótesis de 5 bombas la que menor coste tiene

Spatial determination of ETo through dynamic procedures supported by agroclimatic stations

Este trabajo realiza un cálculo diario, espacialmente distribuido de evapotranspiración de referencia (ETo, mm) en la cuenca del rio Júcar en el Este de España, con el objetivo de conocer la variación de ETo entre las estaciones meteorológicas (EM) y la ETo de las parcelas agrícolas (PA). Para disponer de valores de ETo específicos de las PA se han generado mapas que describen la variación espacial de los parámetros meteorológicos (PMet) que conforman la ETo, temperatura media (ºC), temperatura máxima (ºC), temperatura mínima (ºC), humedad máxima (%), humedad mínima (%), radiación neta (MJm‐2día‐1) y velocidad del viento a 2m (ms‐1). Los cálculos para una zona de estudio se realizan mediante una técnica de interpolación basada en una regresión lineal. Las variables dependientes son los PMet diarios, temperatura, humedad y viento. Se obtuvieron los PMet del año 2022 de 63 EM del Sistema de Información Agroclimática para el Regadío (www.siar.es), de ellas 13 se utilizaron para validar el modelo. Las variables independientes son las características geográficas de cada EM, longitud (grados), latitud (grados), distancia al mar Mediterráneo (m), radiación solar media (MJd‐1), radiación solar media a una distancia de 2.5 5 y 25km de la EM (MJd‐1), elevación (m), elevación a una distancia de 2.5, 5 y 10km de la EM (m), pendiente (%) y orientación donde 0 es el norte (grados). La radiación solar se obtiene mediante el módulo Radiación Solar de Áreas de ArcGIS (www.arcgis.com). Una vez realizados los mapas de PMet y radiación solar se calcula la diferencia entre el valor interpolado y el dato observado de la EM. Esta diferencia genera una nube de puntos la cual junto con un Modelo Digital de Elevaciones permite realizar una interpolación de superficies (IS) mediante la metodología Splines with Tension integrada en Grass (Qgis). Estas IS se restan a los mapas de PMet obtenidos por interpolación, disponiendo ya de PMet corregidos con los cuales se determina la ETo mediante la metodología de Penman‐Monteith descrito en el FAO56. También se calcula la diferencia entre la ETo interpolada y la ETo de la EM restando esta IS a la ETo obtenida por la metodología de Penman‐Monteith generando una ETo corregida. Para conocer las diferencias de ETo entre la EM y las PA se realizó el estudio estadístico con 263.413 PA. Las PA se le asignaron a la estación más próxima mediante la aproximación de los Polígonos de Thiessen. Para la zona de estudio (Cuenca del rio Júcar) se obtiene una ETo media anual de las EM de 3.37 mm mientras que la ETo media de las PA es de 3.43 mm produciendo un error relativo del 9.14% con una desviación estándar de 0.15. La ETo media de los valores medios máximos y mínimos de las PA fueron 4.14 mm y 3.02 mm respectivamente generando una diferencia de 1.12 mm de media. Por último, la metodología proporciona una correlación R2 de 0.95 y un error absoluto medio de 0.3 mm entre la ETo de las EM y la ETo obtenida por esta metodología. Se puede concluir, a partir de estos valores, que la metodología planteada proporciona unos resultados válidos para la determinación de la ETo