Brevet FR2012447A1 — publié le 19700320

La présente invention se rapporte à un système de communication optique multiplexé et, plus partieulièïemënty à un système de communication multiplexé à division dans l'espace et à division dans le temps, employant un nouveau guide fibreux de 5 lumière convergente. Dans le système de communication optique multiplex à division dans l'espace, proposé précédemment, dans lequel deux (ou davantage) faisceaux lumineux sont rendus incidents suivant des angles d'incidenoe mutuellement différents sur une surface d'ex-10 trémité du chemin de transmission de lumière composé, par exemple, d'un réseau de lentilles, l'intervalle spatial des lentilles voisines doit être supérieur à une certaine valeur pour réduire la perte par insertion provoquée par le système optiq.ue . Pour cette raison, le nombre de faisceaux optiques à multiplexer est 15 plutôt limité. L'espaoe occupé par le chemin de transmission doit en conséquence être important, en particulier parce que le faisceau lumineux pour la transmission doit avoir une grande seotion transversale. En outre, l'installation du chemin de transmission est difficile en pratique parce qu'un chemin de lumière est à pei-20 ne réalisable avec ces systèmes optiques classiques. L'objet principal de la présente invention est de prévoir un nouveau système de communication optique multiplexé exempt des difficultés mentionnées ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un 25 système de communication optique du genre adapté à la transmission multiplexée à division dans le temps et à division dans l'espaoe. Un système de communication optique multiplexé selon la présente invention, utilisé, à la place du réseau de lentilles dans les systèmes proposés précédemment, une nouvelle fibre optique 30 qu'on appelle guide fibreux de lumière convergente. Le guide de lumière convergente employé ici est adapté pour guider le faisceau lumineux le long de son axe longitudinal et a un gradient d'indice de réfraction dans sa direction radiale normale à l'axe. Plus spécifiquement, l'indice de réfraction observé 35 dans la section transversale normale à l'axe est le plus élevé sur l'axe et diminue peu à peu vers la surface. Un faisceau lumineux avec une dimension convenable de section transversale incident sur une extrémité du guide de lumière est transmis à travers, dans la direction axiale oscillant autour de l'axe, sans être ré-40 fléchi à sa surface interne et sans divergence sensible. Dans 69 22805 2012447 l'article de D.W. Berreman publié aux pages 1469 à 1479 de "The Bell System Teohnicàl Journal", vol. 43, U0 4 (Juillet 1964), on indique la transmission dû faisceau lumineux sans divergence dans. un tel long tube rempli de gaz qui a la distribution d'indices de 5 réfraction mentionnée ci-dessus. Le guide de lumière convergente mentionné ci-dessus est basé sur le même principe que le tube rempli de gaz. En ce qui concerne le faisceau de lumière dé laser du mode fondamental d'oscillation incident sur une surface d'extrémité 10 du guide de lumière convergente, une dimension de tache spécifique est déterminée en fonction de la distribution radiale de l'indice de réfraotion du guide de lumière convergente. Selon un article de SJSJfliller, publié aux pages 2017 à 2064 de "The Bell System Technical Journal", vol. 44, 9 (Ifovembre 1965), la dimen-15 sion de taohe spécifique Wq est donnée par en supposant que le faisceau de lumière de laser du mode fonda-20 mental soit rendu incident sous un angle convenable sur le guide de lumière ayant la distribution d'indioes de réfraction défini* par n = na(1~? a2x2)> 25 où Xç est la longueur d'onde de la lumière dans l'espacé libre, n_ est l'indice de réfraction sur l'axe du guide da lumière, x est la distance radiale depuis l'axe et ag est une oonstante positive. Par suite de recherches et de mises au point réalisées par 30 la demanderesse, le guide fibreux de lumière convergente ayant un diamètre de l'ordre de 200 microns avec la constants positive _2 &2 de l'ordre de 1 mm est maintenant disponible. Pour un tel échantillon, la dimension de tache Vq est approximativement 12 microns. La présente invention est basée sur l'application de ce 35 nouveau guide de lumière convergente, au système de communication optique. Selon la description à la page 2022 de l'article de Miller, le chemin de lumière suivi par le faisceau lumineux incident sur une surface d'extrémité du milieu de transmission de lumière 40 ayant la distribution d'indices de réfraotion mentionnée ci-dessus M 2280S 3 2012447 est donné par les expressions et où x est la distance du chemin de lumière depuis l'axe du guide de lumière, z est la distance axiale du point indiqué di-dessus depuis la surface d'extrémité d'entrée, ag est la constante mentionnée ci-dessus, r^ est la distance du point d'incidence du faisceau lumineux à partir de l'axe et r^'. est la pente des rayons d'entrée au point d'incidence. En conséquence, si la longueur axiale z du guide de lcutière convergente est égale à HTî/^a^ (ï est un nombre entier),le faisceau de lumière incident sur l'axe à une surface d'extrémité arec r^ = 0 quitte le guide lumineux à sa surface d'extrémité de sortie sous un angle égal à l'angle d'incidence. De la môme manière, si la longueur z est égale à (25 + 1) TT/2 le faisceau lumineux incident perpendiculairement sur la surface d'entrée d'extrémité quitte le guide lumineux à-la surface de sortie d'extrémité avec x = 0 sous un angle dépendant de la distance radiale de la position d'incidence à partir de l'axe de la surface d'sntrée d'extrémité. Il s'en suit, en conséquence, qu'une transmission multiplex à division dans le temps est réalisable en utilisant ce guide de lumière convergente de longueur spécifique et en réglant les angles d'incidence à la surface d'extrémité d'Entrée du guide lumineux par rapport à chacun des faisceaux de lumière cohérente porteuse. Etant donné qu'un laser peut être considéré comme une source d'impulsions lumineuses et peut être facilement adaptée à la modulation par impulsion, chacun des faisceaux de lumière cohérente porteuse mentionnés ci-dessus peut être des trains d'impulsions de lumière modulée en impulsion multiplex, à divisions dans le temps. Ainsi, la présente invention rend possible la réalisation d'un système de communication de lumière multiplexé à division dans l'espace et à division dans le temps. , La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement, sous, forme de blocs, un exemple de réalisation de la présente invention. M 22805 4- 2012447 la figure 2 représente une modification applicable aux exemples de réalisation de la figure 1. la figure 3 représente un diagramme en bloc semblable d'un autre exemple de réalisation de la présente invention. 5 la figure 4 représente un diagramme de forme d'ondes pour ex pliquer l'exemple de réalisation de la figure 3 la figure 5 représente une modification de l'exemple de réalisation de la figure 4, et la figure 6 représente un diagramme en bloc semblable d'un 10 autre exemple de réalisation. Sur les figures 1 et 2, qui représentent l'exemple de réalisation adapté à la transmission de faisceaux lumineux multiplex à division dans l'espace, des lignes minces avec des flèches indiquent les chemins optiques des faisceaux lumineux de laser, tan-15 dis que 10 indique le guide de lumière convergente. 11, 12 et 13 indiquent les modulateurs de lumière de laser et 21, 22 et 23 les détecteurs de lumière. , Lg ^3 indiquent les faisceaux de lumière modulés par les. signaux d'information respectifs à transmettre. Sur la figure 2, une lentille conoave est insérée en face de 20 la surface d'extrémité d'entrée du guide de lumière 10. Les fais«-ceaux de lumière de laser fournis anx modulateurs de lumière 11, 12 et 13 sont séparément modulés par les signaux d'information à\ transmettre et puis rendus incidents avec la dimension de taches mentionnée ci-dessus sur la surface d'entrée d'extrémité du guide 25 10 de lumière convergente. Chacun des modulateurs d'onde lumineuse 11, 12 et 13 peut être composé d'un moyen faisant tourner le plan de polarisation et d'un analyseur, comme cela est bien connu dans la technique. Comme on l'a mentionné ci-dessus, si la longueur du guide 10 30 de lumière convergente est choisie égale à un multiple entier de TT/Vâ^, le faisceau lumineux incident sur la surface d'entrée d'extrémité sur l'axe sous un angle arbitraire quitte la surface de sortie d'extrémité sous un angle égal à l'angle d'incidence. En conséquence, les faisceaux lumineux L^, Lg et Lj quittent sé-35. parément la fibre optique 10 et sont respectivement démodulés dans les détecteurs de lumière correspondants 21, 22 ou 23. Egalement, si les faisceaux lumineux L1, Lg et sont amenés, au moyen de la lentille concave 30 telle que représentée sur la figure 2, incidents parallèlement à la surface d'extrémité d'entrée 40 du guide de lumière 10 dans la direction parallèle à l'axe, il 69 22805 5 2012447 quitte le guide de lumière 10 dans la direction parallèle à 1' axe. En conséquence, pour séparer ces faisceaux lumineux L1, L2 et à l'extrémité de sortie, une autre lentille concave correspondant à la lentille 30 doit être insérée. En outre, si la 5 longueur du guide de lumière convergénte est choisie à une valeur de (2H + t ) TT/2 dans le système de la figure 2, les faisceaux lumineux , L2 et L^ partent séparément sous une pente proportionnelle à la distance radiale du point d'incidence à la surface d'entrée d'extrémité à partir de 1'axe du guide de lumière . 10 Même avec le guide de lumière 10 ayant la longueur mention née ci-dessus (2E + 1 ) "TT/2 V"*^» les faisceaux lumineux L^, L2 et L^ peuvent être incidents sur la surface d'entré® d'extrémité sous un certain angle, comme dans le cas de la figure 1. Puisque les faisceaux lumineux , L2 et L^ quittent le guide lumineux 15 10 parallèlement à l'axe, dans ce cas, une lentill© 30 du genre lentille concave sera nécessaire à l'extrémité de sortie dans un but de séparation* Sur la figure 3 dans laquelle des références semblables représentent des parties constituantes semblables, on illustre un 20 autre exemple adapté à la transmission multiplex à division dans le temps. Les références 11, 12 et 13 indiquent les modulateurs en circuit - hors circuit pour les trains d'impulsions lumineuses® 20 indique un détecteur de lumière? 30 indique ua séparateur de voies pour séparer voie par voie, dans le domaine spatial, les 25 trains d'impulsions électriques démodulées multiplexées, à division dans le temps. L1, I>2 et Lj indiquent respectivement les trains d'impulsions lumineuses modulées par les signaïax lumineux représentant des signaux à émettre, tandis que S^, S2 et S^ indiquent les trains d* 30 impulsions démodulées. Sur la figure 3» des faisceaux porteurs de lumière incidents sur les modulateurs de lumière 11,12 et 13 sont respectivement modulés par les signaux d'information d'impulsions et sont alors rendus incidents avec la dimension de taches mentionnées ci-des-35 sus sur la surface d'extrémité d'entrée du chemin de transmission 10. Les trains modulés d'impulsions lumineuses L^, L2 et L^ ont les différences de phase très déterminées à la surface- d'extrémité d'entrée du chemin 10, comme on le représente sur la figure 4. Les faisceaux lumineux transmis à travers le chemin de trans-40 mission 10 sont envoyés à l'extrémité de réception vers le détec- BAD ORIGINAL 69 22805 6 2012447 teur de lumière 20 et transformés en train d'impulsions électriques multiplex à division dans le temps, qui est alors appliqué au séparateur de voies, qui peut être composé d'un commutateur électronique rotatif. Avec un chronométrage prédéterminé le dis-5 tri "buteur 30 sépare le train d'impulsions multiplexé en trois trains d'impulsions S1, Sg et S^. Bien que n'étant pas clairement illustré sur le dessin, plusieurs lentilles peuvent être insérées entre les modulateurs et la surface d'extrémité d'entrée du chemin de transmission 10 pour 10 réaliser le contrôle précis des chemins optiques pour des faisceaux lumineux , Lg et L^, Puisqu'on exige seulement pour l'équipement d'extrémité du récepteur de transformer le signal optique multiplex à division dans le temps et dans l'espaoe en plusieurs signaux électriques 15 multiplex à division dans le temps, la séparation de voies peut être réalisée par le distributeur optique de voies 40, avant que le faisceau de lumière multiplexé ne soit transformé en faisceau; électrique, comme on le représente sur la figure 5. Dans ce cas, les faisceaux séparés sont démodulés séparément dans les dé.teo-20 teurs de lumière 21,22 et 23. Sur la figure 6, dans laquelle des références semblables indiquent des parties constituantes semblables, le troisième exemple de réalisation utilise la lumière convergente seulement dans une partie du chemin total de transmission. Le reste du chemin 25 de transmission est formé par un réseau de lentilles 51 et 52. En d'autres termes, le troisième exemple de réalisation est une modification du second exemple de réalisation de la figure 3» agencé en remplaçant presque toute la partie de la transmission du guide de lumière par la transmission à travers l'atmosphère, 30 et en employant les lentilles 51 et 52 comme antennes d'émission et de réoeption . Les trains d'impulsions lumineuses modulées L^, Lg et L^ ont les différences de phases prédéterminées à la surface d'entrée d'extrémité du chemin optique 10, comme on le représente sur la 35 figure 4. Si la longueur de la fibre optique auto-convergente 10 est rendue égale à (2JT + 1 ) "H/2 \/lï^, un faisceau lumineux incident sur la surface d'extrémité d'entrée du guide lumineux 10, sur son axe et sous un angle convenable d'incidence dans la gamme spécifique au guide lumineux 10, sort de la surfaee de sortie 40 d'extrémité dans la direction parallèle à l'axe du guide lumineux 69 228QS 7 2012447 10» La distance radiale à la surface de sortie d'extrémité de 1' axe au point émergeant dépend de l'angle d'incidence et de la constante a. Puisque la constante a peut facilement être amenée à une faible râleur avec un guide de lumière de petit diamètre, 5 la distance de deux faisceaux lumineux émergeants, observés à la surface d'extrémité de sortie, peut être rendue faible en général lorsque le diamètre est faible. En conséquence, si le guide de lumière convergente 10 suffisamment mince est utilisé sur la figure 6, trois faisceaux lu-10 mineux L^, Lg et L^ sortent de la surface d'extrémité de sortie du guide lumineux 10 parallèlement, un petit espacement étant maintenu entre eux, et sont dirigés vers l'antenne optique d'émission 51» Plus exactement, les directions de transmission des trois faisceaux lumineux de sortie de l'antenne 51 ne sont pas parallè-15 les. Cependant, les directions de transmission sont virtuellement parallèles pour qu'il soit possible de diriger les faisceaux de lumière de transmission à partir de l'antenne 51 jusqu'à 52. ïrois faisceaux lumineux reçus à l'antenne de réception 52 sont transformés par le détecteur photoélectrique 20 juste comme 20 c'était le cas avec le second exemple de réalisation de la figure 3*-La modification de la figure 5 est également applicable à cet exemple de réalisation. Sans les exemples de réalisation et les modifications indiquées ci-dessus, la seule restriction imposée aux faisceaux de 25 lumière incidente est qu'ils doivent avoir la dimension de tache exigée et que l'angle d'incidence doit être inférieur à une certaine valeur. En conséquence, le nombre des faisceaux lumineux n' est pas limité tant que l'espaoe l'admet, si l'angle d'incidence du faisceau lumineux comprend la gamme particulière du chemin de 30 transmission 10. Puisque les antennes d'émission et de réception 51 et 52 ne sont employées que pour la focalisation du faisceau lumineux à- la dimension de taohe optima, elles peuvent être remplacées par une combinaison de plusieurs systèmes optiques équivalents. 35 Dans le second et le troisième exemples de réalisation, bien que les faisceaux lumineux soient multiplexés suivant le mode à division dans le temps, on peut se fier au multiplexage dans les plans séparés de polarisation des ondes lumineuses porteuses, en particulier lorsque les taux d'élément des faisceaux lumineux mo-40 dulés de laser ne peuvent pas être rendus suffisamment élevés par 69 22903 e 2012447 suite des limitations imposées à la largeur de bande totale de fréquence et/ou à la longueur optique du résonateur optique de la source de lumière de laser. Egalement, le multiplexage à divi« sion dans le temps peut être utilisé en même temps que le multi-5 plexage du plan de polarisation. Ainsi, la présente invention contribue grandement au multiplexage des voies de communication optique. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire sue-10 eeptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à 1' homme de l'art. 69 228QS 9 2012447 REVENDICATIONS 1 - Système de communication optique multiplexé, caractérisé en ce qu'il comprend un guide fibreux de lumière convergente, formant au moins une partie d'un chemin de transmission pour le sys- 5 tème de communication, l'indioe de réfraction n observé sur la section transversale en un point à une distance x depuis l'axe du guide lumineux étant approximativement donné par l'expression 1 p n = na (1- ^2X )> na es* l'indice de réfraction sur l'axe et &2 est une constante positive, la longueur du guidé étant donnée 10 par HTT/2 N/a^, où N est un nombre entier; des moyens pour réaliser plusieurs faisceaux de lumière cohérente, chacun étant modulé par un signal d'information à transmettre, incident sur une surface d'extrémité du guide de lumière, respectivement sur des angles prédéterminés d'incidence et respectivement à des points à 15 distance choisie au préalable à partir de l'axe, si bien que les faisceaux lumineux peuvent être transmis à travers, et des moyens pour démoduler séparément les faisceaux de lumière cohérente émanant de l'autre surface d'extrémité du guide lumineux sous des angles et à des distances correspondant respectivement à celles dans 20 la première surface d'extrémité. 2 - Système de communication par impulsion optique multiple-xée, caractérisé en ce qu'il comprend un guide fibreux de lumière convergente, l'indioe de réfraction n observé sur la section transversale en un point à une distance x depuis l'axe du guide lumi- 25 neux étant approximativement donné par l'expression 1 2 n » n& (1- 2a2x ^ na es^ l'i^ice de réfraotion sur l'axe et est une constante positive; des moyens pour constituer plusieurs trains d'impulsions lumineuses respectivement modulées par des signaux d'impulsion de modulation à transmettre, incidents sur 30 une surface d'extrémité du guide de lumière respectivement avec des différences de phases spécifiques maintenues entre ces signaux d'impulsions ; des moyens pour démoduler les faisceaux lumineux cohérents provenant de l'autre surface d'extrémité du guide de lumière pour reproduire les signaux d'information d'une 35 manière multiplex à division dans le temps, et $es moyens pour séparer dans le domaine spatial les signaux de modulation en plusieurs signaux d'informations de voies. 3 - Système de communication par impulsion optique multiplexé caractérisé en ce qu'il comprend un guide fibreux de lumière con»r- 40 69 22805 10 2012447 gente, l'indice de réfraction n observé à la section transversale en an point à une distance x depuis l'axe du guide d'ondes étant approximativement donné par l'expression n » na (1 - j a2x2) où. n& est l'indice de réfraction sur l'axe et a2 est une constante positive, la longueur du guide de lumière étant donnée par JTTT/2 \fë^ ,où N est un nombre entier;des moyens pour constituer plusieurs faisceaux de lumière cohérente respectivement modulés avec des signaux d'impulsions de modulation, incidents sur une surfaoe d'extrémité du guide de lumière" avec des différences de phase spécifiques maintenues entre les signaux d'impulsion; un système d'émission à antenne optique pour transmettre dans le milieu de transmission les faisceaux lumineux modulés émergeant depuis l'autre surface d'extrémité du guide de lumière; on système de réception à antenne optique pour recevoir des faisceaux lumineux transmis à partir de l'antenne d'émission; des moyens couplés à l'antenne de réception pour détecter les signaux de modulation à partir des faisceaux lumineux modulés suivant le mode à division dans le temps, et des moyens pour séparer dans le domaine spatial des signaux de modulation en plusieurs signaux d'information de voies.