Brevet FR2492170A1 — publié le 19820416

La présente invention est relative à un émetteur- récepteur à un seul composant destiné à être utilisé dans des réseaux linéaires à fibres optiques. Cet émetteur-récep- teur permet à la fois la réception d'information sous forme de lumière d'une ligne linéaire de données comprenant une seule fibre optique et également l'émission de cette infor- mation vers cette ligne. Dans un article intitulé " Epitaxial Photodetector Catches Optical Signals ", publié dans la revue Electronic Design, volume 25,page 102 (6 Décembre 1977), la société AEG-Telefunken a décrit un détecteur épitaxial à GaAlAs (arséniure de gallium et d'aluminium) à la surface supé- rieure et à la surface inférieure duquel sont décapés des trous pour permettre l'insertion et le collage de deux extrémités d'une ligne de données à fibre optique. L'arti- cle indique qu'un photodétecteur transparent peut constituer un moyen simple pour capter des signaux optiques au milieu d'une liaison de données par fibre optique. De plus, les signaux peuvent être captés plus facilement que si on utili- se un dispositif de branchement optique ou par interruption d'une fibre et insertion d'un détecteur associé à un ampli- ficateur destiné à attaquer une source de lumière secondai- re permettant de revigorer les signaux. En dépit de cet ar- ticle toutefois, il est parfois nécessaire et important d'in- sérer ou d'injecter de l'information sur une ligne de don- nées ainsi que de contrôler ces données sur la ligne. L'article cité précise que l'efficacité de transmis- sion du détecteur s'approche de 70% et que les couches entre les extrémités des fibres ont une épaisseur inférieure à 1044- ce qui permet d'obtenir une transmission utile. La possibilité d'injecter des données et de les contrôler aug- mente notablement l'utilité potentielle d'un tel dispositif. L'invention concerne un émetteur-récepteur à détecteur épi- taxial GaAlAs/diode électroluminescente permettant une modu- lation d'un faisceau lumineux injecté à l'une des extrémités de la ligne de données ou par injection à diode électrolu- minescente d'un signal lumineux. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront 24 9 2 1 7 0 au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin anne- xé, sur lequel - la Fig.1 est un schéma d'un réseau linéaire à fi- bres optiques pour illustrer l'émission par modulation d'un faisceau porteur selon l'invention; - la Fig.2 est un schéma simplifié d'un réseau li- néaire à fibres optiques illustrant l'émission par injec- tion d'un signal lumineux oer diode électroluminescente se- lon l'invention; - la Fig.3 est une représentation schématique d'un émetteur-récepteur à détecteur GaAlAs/diode électrolumines- cente présentant des caractéristiques de guidage des ondes selon l'invention. On a décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique no 043,391, un coupleur actif en T pour des ré- seaux locaux à fibres optiques permettant la détection de collision afin de pouvoir être utilisé comme répétiteur optique ou pour transmettre des signaux lumineux engendrés à l'origine dans les deux directions. De plus, les signaux électriques des détecteurs d'entrée peuvent être contrôlés pour détecter l'apparition d'une collision de données pen- dant la transmission et ainsi pour réagir de façon appropriée. L'invention peut être mise en oeuvre dans un environnement similaire dans lequel les signaux sont transmis et détectés dans un réseau à fibres optiques. La source/détecteur de lumière implique l'utilisa- tion d'un détecteur/générateur d'émission lumineuse à arsé- niure de gallium et d'aluminium. L'utilisation de l'arsé- niure de gallium et d'aluminium en tant que source émettrice de lumière a été décrite dès 1962. Toutefois, pour une étude des dispositifs à diode laserdans la technique de la trans- mission de données par fibres optiques, il convient de se reporter aux demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique no 056,765 et 076,633. La Fig.1 représente la transmission unidirectionnelle d'information sur un réseau à fibres optiques par modulation d'un faisceau porteur de lumière provenant par exemple d'une diode électroluminescente ou d'un laser placé à l'extrémité d'émission du système. En d'autres termes, une source lumi- neuse 10 telle qu'une diode électroluminescente modulée ou non envoie de la lumière modulée ou non modulée à l'extrémi- té 12 d'un milieu optique. Cette lumière atteint le point 14 de la fibre optique et peut être détectée et/ou modulée davantage par un détecteur-modulateur 16, l'information lu- mineuse étant réintroduite dans l'extrémité 18 de la fibre optique. Une détection et/ou une modulation de la lumière transmise peut être réalisée par des détecteurs modulateurs 22 et 28 pour la lumière reçue aux extrémités 20 et 26, la lumière pouvant être réintroduite aux extrémités 24 et 30 respectivement du milieu optique. On sait que la limite d'absorption du GaAlAs est très abrupte et peut être décalée (suffisamment pour moduler un faisceau transmis dans une mesure utile) en faisant va- rier la tension de polarisation inverse appliquée sur la dio- de émettrice de lumière. Ainsi, pour la réception de la lu- mière réalisée par exemple par les diodes 16, 22 ou 28, on applique une tension de polarisation inverse constante V suffisante pour engendrer un signal détecté utile. Pour la transmission de la lumière, cette tension de polarisation inverse est modulée par tout moyen et tout procédé connus de façon à décaler la limite d'absorption dans un sens et dans l'autre par rapport à la longueur d'ondes de la source lumineuse se trouvant à l'extrémité de la ligne de données. Ainsi, tous les postes situés en aval du poste émetteur peu- vent contrôler la lumière transmise. Par ailleurs, par exem- ple le détecteur-modulateur 16 peut contrôler et retransmet- tre de la lumière non modulée engendrée par la source 10. Le détecteur-modulateur 22 par exemple peut moduler la lu- mière reçue et l'émettre le long de la ligne, tandis que le détecteur-modulateur 28 peut contrôler et/ou moduler cet- te information lumineuse. Une seconde ligne identique pour- rait transmettre les données dans la direction opposée. La Fig.2 décrit un dispositif analogue à celui de la Fig.1, mais dans ce cas, le dispositif à diode peut émet- tre de la lumière qu'il engendre dans chaque sens. Ainsi, les détecteurs-diodes électroluminescentes 52,58 et 64 en- gendrent de la lumière grâce à l'application de la tension de polarisation et introduisent cette lumière dans le mi- lieu à fibre optique dans les deux sens aux points 50, 54, 56,60 et 62,66 respectivement. Les détecteurs-modula- teurs à diodes électroluminescentes 52,58 et 64 de la Fig.2, pourraient être identiques à ceux décrits dans l'article de la société AEGTelefunken cité ci-dessus. Par conséquent, une double hétérostructure à GaAlAs identique à celle re- présentée dans l'article de AEG-Telefunken peut servir non seulement comme détecteur avec une polarisation inverse, mais comme enseigné dans ledit article également comme dio- de électroluminescente avec une polarisation directe appro- priée aux bornes de la diode. La modulation du courant di- rect résultant sur la diode par tout moyen ou tout procé- dé connus peut servir pour injecteur un signal lumineux mo- dulé qui se propage dans les deux sens sur le milieu opti- que comme décrit ci-dessus à propos de la Fig.2. La Fig.3 montre un dispositif détecteur-diode élec- toluminescente-modulateur qui peut être utilisé dans le dis- positif représenté sur les Fig.1 et 2. Le dispositif de la Fig.3 est similaire à ce qui est décrit dans l'article AEG- Telefunken, mais il comprend en plus un canal de guide d'on- de entre les extrémités des fibres optiques d'entrée pour limiter les pertes de signal et d'amplitude sans la nécessi- té de décaper des trous pour les fibres elles-mêmes. Les fibres optiques 80 et 82 comprennent le noyau 84 et le revêtement 86, d'une façon connue en soi. Les fi- bres optiques sont appliquées contre le dispositif 90 au lieu d'y être insérées et collées. Le dispositif 90 com- prend une première couche relative épaisse 92 réalisée en arséniure de gallium du type p. La seconde couche 94 com- prend de l'arséniure de gallium et d'aluminium du type p. La troisième couche 96 est en arséniure de gallium du type p. La quatrième couche 98 est en arséniure de gallium et d'aluminium de type n et la couche finale relativement plus épaisse 100 est en arsénieure de gallium du type n. Des électrodes 102 et 104 sont disposées sur le dispositif 90 à savoir sur la face extérieure des couches 92 et 100 res- pectivement. Ainsi, de la lumière se propageant sur la fibre optique 80 peut être détectée ou modulée selon l'invention décrite dans la Fig.l. De la lumière peut être engendrée dans les fibres optiques 80 et 82 selon les dispositions décrites à propos de la Fig.2. Ainsi, on démontre que la nécessité de réaliser des couches internes très minces (inférieures à 10/ & comme décrit dans l'article de la société AEG-Telefunken) afin d'éviter l'étalement excessif du faisceau dans le détecteur et afin de réaliser un bon couplage entre les deux extrémités des fibres optiques,, peut être éliminée en créant une région cylindrique 102 dans le dispositif 90 ayant un indice de ré- fraction plus élevée qu'à l'extérieur, de sorte que le volu- me entre les noyaux 84 des fibres agisse comme guide d'ondes dont la dimension de l'ouverture est au moins comparable à celle des fibres 80 et 82. Ainsi, un canal de guide d'ondes entre les extrémités des fibres limite les pertes à celles dMes à la réflexion et à l'absorption de la lumière. Bien entendu, les pertes par réflexion aux interfaces des fibres optiques peuvent être éliminées pratiquement en utilisant des revêtements anti-réflexion appropriés sur les deux fa- ces du dispositif émetteur-récepteur 90 ou sur les deux faces d'extrémité des fibres 80 et 82. Les pertes par absorp- tion sont réglables par la polarisation et sontdirectement liées à la fraction de la lumière que l'on désire prélever. L'aptitude du dispositif émetteur-récepteur 90 à guider les ondes de cette manière permet également un degré de li- berté supplémentaire dans la sélection des épaisseurs opti- males des couches et réduit les frais de fabrication en éli- minant la nécessité d'exécuter des opérations de décapage. Le profil d'indice de réfraction permettant un guidage optique peut être produit par diffusion à masque de zinc dans le côté p du dispositif et à masque de soufre dans la face n du dispositif ou par dépôt contrôlé au cours de la fabrication par revêtement épitaxial à faisceau molécu- laire ou encore par dépôt chimique à la vapeur. REVENDICATIONS 1. Système de transmission de données à fibre opti- que comprenant une source (10) de lumière modulée destinée à envoyer un faisceau porteur modulé ou non modulé de lu- mière dans la fibre optique (12), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à diode (16) disposé dans la fibre optique pour détecter la lumière modulée qui parcourt cel- le-ci ou à moduler davantage cette lumière dans la fibre optique, en fonction de l'application d'une tension de pola- risation à ce dispositif à diode, une tension de polarisa- tion inverse constante suffisante pour fournir un signal dé- tecté utile étant appliquée au dispositif à diode en vue de la détection de la lumière tandis qu'en vue de la modula- tion d'un faisceau porteurde lumière, la tension de polari- sation inverse est modulée pour décaler la limite d'absorp- tion du dispositif à diode dans un sens et dans l'autre par rapport à la longueur d'ondes de la source de lumière (10). 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif à diode supplé- mentaire (22,28) inséré dans la fibre optique en divers em- placements pour former des points supplémentaires de détec- tion et/ou de modulation de la lumière transmise le long de ladite fibre. 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière transmise est unidirectionnelle le long de la fibre. 4. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à diode est du type épitaxial à ar- séniure de gallium. 5. Système de transmission de données à fibre opti- que comprenant un dispositif à diode (52) placé dans la fibre optique (50) . chaque dispositif à diode comprenant un dispositif à arséniure de gallium.et d'aluminium à double hétérostructure épitaxiale, caractérisé en ce que le dispo- sitif à diode est inséré dans la fibre optique en vue de la détection de la lumière qui y circule dans chaque sens et de l'introduction de signaux lumineux engendrés par ce disposi- tif à diode dans les deux sens dans ladite fibre, une tension de polarisation inverse constante suffisante pour fournir un signal détecté utile étant appliquée en -vue de la détec- tion de la lumière se propageant dans la fibre optique, tan- dis qu'en vue du rayonnement des signaux lumineux dans la fibre optique, une tension de polarisation modulée directe est appliquée de façon à injecter un signal lumineux modu- lé dans ladite fibre optique dans lès deux sens. 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à diode supplémentaire (58,64) disposé dans la fibre optique en divers endroits afin de constituer des points supplémentaires de détection et/ou de modulation le long de la fibre optique en vue de la détection ou de la production de lumière dans ladite fi- bre. 7. Emetteur-récepteur du type à diode, caractérisé en ce qu'il comprend une première couche relativement épais- se (92) en arséniure de gallium du type À, une seconde cou- che plus mince (94) en arséniure de gallium et d'aluminium du type L, une troisième couche plus mince (96) réalisée en arséniure de gallium du type p ou à compensation du type À une quatrième couche plus mince (98) en arséniure de gal- lium et d'aluminium du type n et une cinquième couche rela- tivement plus épaisse (100) réalisée en arséniure de gallium du type n, une région cylindrique (102) traversant lesdites première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième cou- ches, l'indice de réfraction dans cette région cylindrique étant supérieur à celui à l'extérieur de cette région, de façon à délimiter un canal de guide d'ondes de la lumière à travers l'émetteur-récepteur. 8. Emetteur-récepteur suivant la revendication 7,ca- ractérisé en ce que la région cylindrique (102) présente à peu près le même diamètre que les noyaux des fibres opti- ques d'entrée et de sortie qui lui sont appliqués dans le cadre d'un système de transmission de données à fibres opti- ques. 9. Emetteur-récepteur suivant la revendication 8, ca- ractérisé en ce que la région cylindrique (102) est formée au cours de la fabrication de l'émetteur-récepteur par dif- fusion au masque de zinc dans les zones de type p du détec- teur-modulateur et de soufre dans les zones de type n de l'émetteur-récepteur.