Brevet FR2468232A1 — publié le 19810430

"Circuit de régulation pour le courant d'excitation d'un laser." La présente invention concerne un circuit de régulation pour une composante du courant d'excitation d'un laser à injection formé par la composante de courant de modulation et la composante de courant de polarisation. Il est connu, par exemple, comme décrit dans IEEE Transactions on Communications, Volume Com - 26, nO 7, juillet 1978, pages 1088-98, de soumettre la composante de courant de modulation à une régulation telle que la différen- ce entre la puissance de sortie optique maximale et la puis- sance de sortie optique minimale soit stabilisée et de sou- mettre la composante de courant de polarisation à une régu- lation telle que la puissance de sortie optique minimale soit stabilisée. La demande de brevet français NI 2.386.165 décrit un procédé permettant de stabiliser la puissance de sortie optique maximale ou la puissance de sortie optique moyenne par régulation de la composante de courant de modulation. La stabilisation de la puissance de sortie optique moyenne par régulation de la composante de courant de polarisation est décrite, par exemple, dans "14th European Conference on Optical Fiber Communication", Gênes, 12septembre 1978, pages 438-48. Lors d'une modulation du signal de sortie optique du laser par un signal de modulation analogique, par exemple un signal vidéo de télévision, il faut que le laser soit réglé dans le domaine linéaire de sa caractéristique et qu'il soit maintenu dans ce domaine par une régulation du courant d'excitation. Les circuits de régulation connus pour le courant d'ex- citation ont l'inconvénient que la déformation non linéaire apparaissant dans le signal de sortie optique modulé aug- mente avec l'âge du laser. L'invention a aussi pour but de procurer un circuit de régulation pouvant &tre utilisé pour une modulation li- néaire du signal de sortie optique du laser. Le circuit de régulation pour une composante du courant d'excitation d'un laser à injection formé par la composante de courant de modulation et par la composante de courant de polarisation, conforme à l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection pour détecter, dans un signal déduit du signal de sortie optique du laser, le signal de produit d'intermodulation d'au moins deux signaux d'amplitude à peu près constante présents dans la composan- te de courant de modulation en vue de produire un signal de commande, et des moyens pour comparer le signal de commande à un signal de référence en vue de former un signal d'écart ainsi que des moyens pour régler l'intensité de ladite com- posante du courant d'excitation du laser en réaction au si- gnal d'écart. L'invention et ses avantages seront expliqués ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre plusieurs caractéristiques de laser; - la figure 2 illustre la modulation du signal de sor- tie optique; - la figure 3 est le schéma synoptique d'un premier cir- cuit de régulation conforme à l'invention; - la figure 4 est le schéma synoptique d'un deuxième circuit de régulation conforme à l'invention; - la figure 5 illustre quelques formes d'onde qui appa- raissent dans le circuit de régulation représenté sur la fi- gure 4; - la figure 6 illustre la modulation du signal de sor- tie optique lorsque le circuit de régulation représenté sur la figure 4 est utilisé; - la figure 7 illustre la déformation non linéaire en fonction du courant de polarisation avec et sans régulation de la composante de courant de modulation. La caractéristique du laser qui indique la relation entre la puissance de sortie optique P et le courant I tra- versant le laser dépend de la température ambiante et de l'âge du laser. Trois caractéristiques KI, K2 et K3 sont il- lustrées sur la figure 1, la température et/ou l'âge du la- ser allant en augmentant de KI vers K3. Le domaine de tra- vail doit être réglé d'une manière telle que le transfert électro-optique satisfasse à des exigences déterminées en ce qui concerne la puissance optique. Pour la caractéris- tique KI, ceci signifie, par exemple, un réglage du courant dans le domaine compris entre I11 et I21 et, pour la carac- téristique K3, dans le domaine compris entre I13 et I23 pour une puissance optique se situant dans le domaine compris entre PI et P2. Une adaptation du domaine de travail lors d'une modification de la caractéristique est dès lors néces- saire. La modification porte principalement sur la valeur du courant de seuil Ith, la pente de la caractéristique dans le domaine linéaire (L) et la courbure dans le domaine (S) qui forme la transition entre le domaine de l'émission spon- tané et le domaine linéaire. Lorsque le laser est modulé par un signal de modula- tion analogique, une déformation non linéaire apparaît dans le domaine o la caractéristique du laser n'est pas linéaire. Une modification de la caractéristique pour laquelle le coude correspondant au courant de seuil Ith devient moins vif, provoque une augmentation de la déformation non linéai- re. La figure 2 illustre la modulation du laser par un si- gnal vidéo de télévision y inclus le signal de synchronisa- tion de ligne et la porteuse son. Le signal vidéo Iv est, dans ce cas, superposé au courant de polarisation Ib- Le ré- glage du courant de polarisation est tel que, lorsque le courant de seuil Ith augmente à cause de la température ou du vieillissement du laser, les crêtes des impulsions de synchronisation de ligne amènent le laser dans la partie courbe S de la caractéristique. Ceci entraîne une déforma- tion non linéaire du signal vidéo. Suivant un procédé connu, la puissance de sortie opti- que moyenne peut être stabilisée pour cette modulation par régulation du courant de polarisation Ib. Le courant de pola- risation est alors adapté à l'augmentation du courant de seuil Ith. Le domaine de transition S s'accroit cependant lorsque le courant de seuil augmente, à la suite de quoi la déformation non linéaire augmente. Afin de pouvoir continuer à satisfaire des exigences déterminées concernant la linéarité de la modulation de la puissance de sortie optique, le signal de produit d'intermo- dulation de deux signaux présents dans le signal de modu- lation avec une amplitude à peu près constante est détecté et un signal de régulation en est déduit pour adapter le réglage du laser d'une manière telle que la déformation non linéaire reste en deçà des valeurs admises. L'adaptation du réglage du laser peut s'effectuer par régulation du courant de polarisation (Fig. 3) ou par ré- gulation du courant de modulation (Fig. 4). La régulation ë l'aute campose&te de courant peLt s'effdler dl'une matnrie connue. Le circuit de régulation représenté SUr la figure 3 se rapporte à la modulation d'un laser à injection 1 par un si- gnal vidéo analogique Iv y compris le signal de synchroni- sation de ligne et la porteuse son (figure 2), qui est four- ni par la source de courant 2 réglée. Le courant de polari- sation Ib est fourni par la source de courant réglée 3. Une fibre optique 4 et un détecteur photosensible 5 sont couplés au laser. Dans le cas du transfert d'un signal de télévision, le signal de produit d'intermodulation du signal de modula- tion de ligne (fréquence fs Zg 15,7 kHz) et de la porteuse son (fréquence fhs = 4,5 MHz) peut être détecté dans le si- gnal de sortie optique. A cause de la non-linéarité dans le domaine de transition S, la porteuse son est modulée par le signal de synchronisation de ligne, des signaux apparaissant alors sur les fréquences des bandes latérales fhs - fs et fhs + fs. La composante alternative du signal de sortie du détec- teur photosensible 5 est amplifiée par l'amplificateur haute fréquence 6 et est ensuite fournie au filtre de bande 7 qui est accordé sur la fréquence fhs - fs. Le signal de sortie en est redressé par le redresseur 8. Le signal de sortie du redresseur 8 est fourni à l'en- trée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 9. L'entrée non inverseuse de cet amplificateur reçoit une tension de référence Vref 1 qui est une mesure de la déformation non linéaire permise. Un signal d'écart apparaît sur la sortie de l'amplificateur 9 et résulte de la différence entre le signal de sortie du redresseur 8 et la tension de référence Vref 1. Ce signal d'écart est utilisé pour commander la source de courant réglée 3 d'une manière telle que le courant de polarisation Ib soit adapté à la déformation linéaire permise. Des modifications de la pente de la caractéristique du laser peuvent être compensés par une adaptation du courant de modulation Iv. A titre de critère, on peut utiliser à cet effet l'amplitude de la porteuse son dans le signal de sor- tie optique du laser. Le signal de sortie de l'amplifica- teur haute fréquence 6 est, dans ce cas, fourni au filtre de bande 10 qui est accordé sur la fréquence fhs. Le signal de sortie de ce filtre est redressé par le redresseur 11. Le signal de sortie du redresseur Il est amené à l'en- trée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 12. La ten- sion de référence Vref 2 est fournie à son entrée non inver- seuse et représente une mesure pour la valeur souhaitée de l'amplitude de la porteuse son dans le signal de sortie op- tique. Un signal d'écart apparalt sur la sortie de l'ampli- ficateur 12 et résulte de la différence entre le signal de sortie du redresseur 11 et la tension de référence Vref 2. Ce signal d'écart est utilisé pour commander la source de courant réglée 2 d'une manière telle que l'amplitude de la porteuse son dans le signal de sortie optique ait la valeur souhaitée. L'intermodulation du signal de synchronisation de ligne avec la porteuse son ne s'effectue que pendant les impul- sions de synchronisation et ne perturbe pas la qualité d'image. Lorsqu'à côté du signal vidéo de bande de base, un certain nombre de signaux de télévision modulés en fréquence sur diverses porteuses sont transmis, il peut être souhai- table que les signaux de synchronisation de ligne de ces si- gnaux et le signal de synchronisation de ligne du signal vidéo de bande de base soient isochrones, afin de ne pas influencer la qualité d'image des autres signaux de télévi- sion par le signal de produit d'intermodulation. Au cas o le signal de modulation du laser est formé 1.0 d'un certain nombre de porteuses échelonnées en fréquence, modulées en fréquence ou en amplitude par des signaux de télévision, il est important d'obtenir une bonne linéarité de la modulation. Dans ce cas, il est possible d'adjoindre des signaux auxiliaires de basse fréquence au signal de mo- 1.5 dulation et d'en mesurer l'intermodulation. Un circuit de régulation, qui utilise des signaux au- xiliaires de basse fréquence est illustré sur la figure 4. Dans ce cas, le courant de modulation du laser 1 est réglé en fonction de la déformation non linéaire qui apparaît. Deux signaux binaires el(t) et e2(t) (figure 5) pré- sentant respectivement une fréquence fondamentale de, par exemple 1 et 2 kHz, servent de signaux auxiliaires. Ces si- gnaux sont produits par le générateur de signaux 13. Dans le dispositif additionneur de signaux 14, ces signaux sont additionnés au signal d'information fourni à l'entrée de signaux 15. Le signal d'information et les signaux auxiliaires tra- versent l'amplificateur réglé 16 qui présente une sortie de source de courant fournissant le courant de modulation Iv. Dans le circuit additionneur 17, le courant de polarisation Ib et le courant de modulation Iv sont additionnés et la Somme de ces courants est fournie au laser. La somme des signaux el(t) et e2(t) est illustrée sur la figure 5. La figure 6 montre comment le signal de sortie optique du laser est modulé par le courant de modulation Iv qui est formé de la somme du signal d'information et des signaux el(t) et e2(t). Cette figure montre aussi que, dans la partie courbe S de la caractéristique du laser, apparaît une déformation asymétrique de l'enveloppe du signal de sortie-optique, par comparaison avec la partie de l'envelop- pe qui se trouve dans le domaine linéaire L. Dans la partie S de la caractéristique du laser appa- rait une intermodulation entre les signaux auxiliaires el(t) et e2(t). Une partie importante du signal d'intermodulation est formée d'une composante qui est proportionnelle au pro- duit des signaux el(t) et e2(t) (figure 5). Cette composan- te d'intermodulation peut être utilisée pour régler l'am- plification de l'amplificateur 16 d'une manière telle que la déformation non linéaire dans le signal de sortie opti- que modulé reste comprise entre des valeurs déterminées. Le signal de sortie du détecteur photosensible 5 est fourni au filtre de bande 18 qui est accordé sur 1 kHz. Dans un modulateur de produit 19, le signal de sortie du filtre 18 est multiplié par le signal e3(t) = el(t).e2(t). On obtient ainsi à la sortie du modulateur 19, une compo- sante continue dont l'intensité est proportionnelle à l'in- tensité de la composante: el(t). e2(t) dans le signal de sortie optique. Le signal de sortie du modulateur 19 est fourni à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 20. La tension de référence Vref 3 est fournie à l'entrée non in- verseuse de cet amplificateur et est une mesure de la défor- mation non linéaire qui peut être permise. L'amplificateur opérationnel 20 forme un signal d'écart à partir de'la dif- férence entre le signal de sortie du modulateur 19 et la tension de référence Vref 3. Ce signal d'écart est utilisé pour régler l'amplification de l'amplificateur 16 d'une ma- nière telle que la déformation non linéaire dans le signal de sortie optique reste entre des valeurs déterminées. Pour faciliter la détection de la composante d'intermo- dulation el(t). e2(t) dans le signal de sortie du détecteur photosensible 5, il peut être recommandable de compenser les composantes el(t) et e2(t) dans le signal de sortie au moyen des signaux el(t) et e2(t) qui sont déduits du générateur de signaux 13. L'effet de la régulation du courant de modulation en fonction de la déformation non linéaire selon la figure 4 est illustré sur la figure 7 en fonction du rapport du courant de polarisation Ib et du courant de seuil Ith. La figure montre que, lorsque le courant de polarisation dimi- nue par rapport au courant de seuil sous l'influence du circuit de régulation, la déformation du deuxième harmoni- que est maintenue faible (courbe C) au prix d'une certaine puissance de signal (courbe A). Sans le circuit de régula- tion, la déformation augmenterait fortement (courbe B). Le courant de polarisation Ib du laser I peut d'une manière connue être réglé de telle sorte que la puissance de sortie optique moyenne reste constante. Le courant de polarisation Ib suit alors l'augmentation du courant de seuil Ith à mesure que la température augmente et/ou que le laser vieillit. Dans ce cas, le signal de sortie du détec- teur photosensible 5 est fourni au moyen d'un filtre passe- bas 21 à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opération- nel 22 présentant une sortie de source de courant. A l'entrée non inverseuse de cet amplificateur, est fournie une ten- sion de référence Vref 4 qui constitue une mesure de la puissance optique moyenne souhaitée. L'amplificateur 22 dé- duit le courant de polarisation Ib du signal de différence et ce courant est additionné dans le circuit additionneur de signaux 17 au courant de modulation Iv. D'autres signaux que les signaux el(t) et e2(t) qui sont illustrés sur la figure 5 peuvent être utilisés comme signaux auxiliaires dans un circuit de régulation qui est basé sur la mesure de l'intermodulation des signaux auxi- liaires. En principe, des signaux auxiliaires sinusoïdaux peuvent être utilisés. La production des signaux binaires dans des circuits intégrés est dépendant plus simple à réaliser que celle de signaux sinusoïdaux. Des propriétés souhaitables des signaux auxiliaires el(t) et e2(t) sont les suivantes: (el(t) + e2(t)). el(t). e2(t) dt = O (1) (el(t). e2(t) dt = O (2) 5(el(t). e2(t)) el(t).(e2(t) dt q O (3) étant entendu que les intégrales s'étendent sur un nombre entier de périodes de l'un et de l'autre signal auxiliaire. La propriété (1) simplifie la détection de la composante d'intermodulation el(t). e2(t). La propriété (2) empêche que le modulateur de produit 19 puisse fournir une compo- sante continue à la suite d'une fuite de la porteuse. La propriété (3) rend possible la détection du signal d'inter- modulation par corrélation dans un modulateur de produit (19). REVENDICATIONS 1.- Circuit de régulation pour une composante du cou- rant d'excitation d'un laser à injection formé par la com- posante de courant de modulation et la composante de cou- rant de polarisation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection pour détecter, dans un signal déduit du signal de sortie optique du laser, le signal de produit d'intermodulation d'au moins deux signaux d'amplitude à peu près constante présents dans la composante de courant de modulation en vue de produire un signal de commande, et des moyens pour comparer le signal de commande à un signal de référence en vue de former un signal d'écart ainsi que des moyens pour régler l'intensité de ladite composante du cou- rant d'excitation du laser en réaction au signal d'écart. 2.- Circuit de régulation suivant la revendication 1, dans lequel la composante de courant de modulation contient un signal vidéo de télévision avec un signal de synchroni- sation de ligne et une porteuse son, caractérisé en ce que les moyens de détection sont adaptés à la détection du si- gnal de produit d'intermodulation du signal de synchroni- sation de ligne et de la porteuse son. 3.- Circuit de régulation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour introdui- re deux signaux auxiliaires binaires dans la composante du courant de modulation. 4.- Circuit de régulation suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des moyens servant à multiplier le signal déduit du signal de sortie optique avec le produit des signaux auxiliaires binaires.