Brevet FR2490433A1 — publié le 19820319

"Système de transmission à l'aide d'une fibre optique." La présente invention concerne un système de transmission optique comportant un laser à semi-conducteur qui, par l'in- termédiaire d'un trajet de couplage, est connecté à une fibre de transmission multimode. Lorsque, dans un système de transmission optique, on combine des lasers à semi-conducteur de haute qualité avec des fibres multimode, on se heurte à la difficulté suscitée par le bruit de mode, ce qui est très gênant surtout dans des systèmes de transmission recourant à une modulation analogi- que. La grande longueur de cohérence de ces lasers à semi- conducteur provoque dans la fibre de transmission, jusqu'à de grandes distances des lasers, des répartitions d'inten- sité variant dans le temps sur la section de la fibre qui, après un couplage non idéal, peuvent donner lieu à une mo- dulation d'intensité du signal optique. A cause de leur forme, ces répartitions d'intensité sont qualifiées de motifs mouchetés, comme décrit, par exemple, dans "Proceedings of the Fourth European Conference on Optical Communication", 12 -- 15 septembre 1978, Genève, pages 492 - 501. En outre, dans un système de transmission optique appa- rait la difficulté suscitée par le bruit de réflexion. Ce bruit résulte d'un couplage non idéal qui réfléchit une par- tie de la lumière d'intensité variable et la renvoie dans le laser à semi-conducteur. La lumière réfléchie variable par- venue dans le laser peut être réintroduite par l'agent actif du laser, dans une mesure amplifiée, dans la fibre et peut, par conséquent, perturber notablement le signal optique souhaité initial, comme décrit par exemple dans Electronics Letters du 13 mars 1980, volume 16, NO 6, pages 202 à 204. L'invention a pour but de fournir des moyens permettant de réduire le bruit de mode et le bruit de réflexion dans un système de transmission optique. L'invention est carac- térisée en ce que le trajet de couplage comporte au moins une fibre monomode. Dans une forme d'exécution préférée, le trajet de cou- 2 2490433 plage est formé par le montage en série d'une fibre monomode et d'un fragment ou de plusieurs fragments de fibre multi- mode, l'ouverture numérique sur l'axe optique et le diamètre du coeur des fibres multimode> vu à partir du laser à semi- conducteur, allant en croissant et l'ouverture numérique sur l'axe optique ainsi que le diamètre du coeur de la dernière fibre dans le trajet de couplage étant inférieure à l'ouver- ture numérique sur l'axe optique et au diamètre du coeur de la fibre de transmission. La longueur du trajet de couplage 1o est de préférence choisie supérieure à la longueur de cohéren- ce du laser à semi-conducteur. L'invention sera décrite ci-après avec référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un sys- tème de transmission optique conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique servant à expli- quer le fonctionnement du système conforme à l'invention, et - la figure 3 illustre un autre trajet de couplage du système conforme à l'invention. Dans la forme d'exécution représentée sur la figure 1, une diode semiconductrice 1 du type à plusieurs couches est montée sur un bloc refroidisseur 2 qui est placé dans un support 3. La couche active 4 forme le résonateur de laser avec les deux faces d'about réfléchissantes 5 et 6. Les faces d'about sont des miroirs pour partie transparents qui lais- sent passer une fraction de la lumière incidente. La lumière qui traverse la face d'about 5 est couplée, par l'intermé- diaire du trajet de couplage I, au coeur 40 de la fibre de transmission 13 qui forme le début d'un système de transmis- sion à grande distance. Le trajet de couplage I comporte une lentille 8 et une fibre monomode 10 qui ont un axe optique 11 commun. On réalise ceci en formant un creux capillaire dans un support 7, dans lequel sont glissées d'un côté la fibre 10 et de l'autre côté, la lentille 8. En raison de la forme sphérique de la lentille 8, une opération d'orienta- tion de la lentille 8 par rapport à la fibre 10 sera super- flue. Entre la lentille 8 et la fibre 10 est placée une ma- tière de couplage transparente 9 qui permet d'éviter une diffraction de la lumière à la sortie de la lentille 8 et des réflexions à la surface d'entrée 12 de la fibre. L'indice de réfraction de la matière de couplage 9 a de préférence la même valeur que l'indice de réfraction du centre de la fibre 10. La fibre monomode 10 est couplée, au niveau de sa surfa- ce de sortie 20, à la surface d'entrée 21 d'une fibre de transmission multimode 13 qui a le même axe optique 11. Dans le support 14 est ménagé un creux capillaire dans lequel la fibre 10 est cimentée au moyen d'une matière de couplage 16. Dans le support 15 est ménagé un creux capillaire dans lequel la fibre de transmission 13 est cimentée au moyen d'une ma- tière de couplage 17. Les deux supports 14 et 15 sont montés sur un support 19 commun. Le support 19 peut, par exemple présenter une rainure en V dans laquelle les deux supports cylindriques 14 et 15 sont fixés, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français publiée sous le N0 2 353 867. Les supports 14 et 15 sont fermés de préférence au niveau de la surface 18 par un couvercle transparent. Ces couvercles peuvent éventuellement être pourvus d'une couche antiréflé- chissante. La lumière émise par le laser 1 au niveau de la surface d'extrémité 5 est envoyée par l'intermédiaire de la lentille 8 dans la fibre monomode 10. Grâce à la présence de la len- tille 8, la lumière qui diverge à partir du laser 1 est con- vertie en un faisceau de rayons lumineux à peu près parallè- les, ce qui accroît le rendement de couplage entre le laser 1 et la fibre monomode 10. La longueur de la fibre monomode 10 est choisie au moins égale à la longueur de cohérence du laser 1. Dans le cas présent, par l'expression "longueur de cohérence", on entend le produit du temps de cohérence et de la vitesse de propagation dans la fibre 10, le temps de cohérence étant le temps maximum dont une onde lumineuse peut être retardée pour encore tout juste interférer avec l'onde lumineuse non retardée. Lorsque la différence entre les retards des deux ondes lumineuses est supérieure au temps de cohérence, il n'y aura donc pas d'interférence entre deux ondes lumineuses. Ce principe sera expliqué plus en détail avec référence à la figure 2. Dans cette figure, 1 désigne un laser semi-conducteur. La fibre multimode 2 est cou- plée de manière incorrecte à la fibre multimode 3 au niveau de la ligne de coupe Il. La fibre multimode 3 est couplée de manière incorrecte à la fibre multimode 4 au niveau de la ligne de coupe III. On suppose qu'à l'endroit de la ligne de coupe I, deux modes de propagation 1 et 2 sont émis par le laser 1. Les deux modes sont entièrement cohérents parce qu'il n'y a pas encore de différence de retard entre eux. La lumière se propage maintenant dans la fibre 2 jusqu'au plan de coupe 2. Le mode 1 subit dans ce cas un retard de C et le mode 2 un retard de 2 La différence de re- tard des modes 1 et 2 est inférieure au temps de cohérence t(c) du laser 1. A cause du couplage non idéal entre les fibres 1 et 2, une interférence se produira maintenant entre les deux modes, ce qui suscite l'apparition du bruit de mo- de mentionné plus haut. La lumière se propage maintenant - plus loin dans la fibre 3 jusqu'au plan de coupe III. Le mode 1 subit dans ce cas un retard de 10 et le mode 2 un retard de 1'- La différence de retard A?> entre les modes 1 et 2 est maintenant supérieure au temps de cohérence t(c) du laser 1. Aucune interférence ne peut donc apparai- tre entre les modes 1 et 2 étant donné que les ondes lumi- neuses dans les modes 1 et 2 sont maintenant incohérentes l'une par rapport à l'autre. Aucun bruit de mode n'apparal- tra donc maintenant dans le plan de coupe III. Ceci signi- fie que lorsqu'il n'y a pas de couplages incorrects pour fS 2? t(c), donc si le couplage à l'endroit du plan de coupe Il est correct, il n'y aura pas du tout de bruit de mode. Par l'expression "longueur de cohérence", on entend la longueur du trajet entre le laser et un plan de coupe pour lequel ^?'= t(c). Etant donné, d'une part, qu'aucun bruit de mode ne peut apparaître dans la fibre monomode 10 et que, d'autre part, la longueur de la fibre 10 est supérieure à la lon- gueur de cohérence du laser 1, aucun bruit de mode ne pour- ra plus apparaître dans la fibre de transmission 13. La section du coeur de la fibre monomode 10 est beaucoup plus petite que la section du coeur de la fibre de transmission multimode 13. Ceci a l'avantage que le réglage du couplage entre les fibres 10 et 13 est beaucoup moins critique dans une direction perpendiculaire à l'axe optique 11 que dans le cas du couplage de fibres présentant des sections de coeur égales, comme illustré par exemple schématiquement, sur la figure 2. Ceci a l'avantage que le risque de réfle- xion de la lumière par la face d'about 18 vers le laser 1 est faible au point de pouvoir être négligé. Le rendement de couplage de la fibre de transmission multimode 13 vers la fibre monomode 10 est très faible. Ceci a l'avantage que la lumière éventuellement réfléchie à partir de la fi- bre de transmission 13 sera très affaiblie par la fibre mo- nomode 10, de sorte que cette lumière réfléchie ne pourra encore qu'avec peine influencer le laser 1. La figure 3 montre comment le couplage I du système représenté sur la figure 1 peut être réalisé d'une autre manière. Le trajet de couplage est formé par le montage en série de la fibre monomode 10 et d'une fibre multimode 51. Le diamètre du coeur 30 de la fibre monomode 10 est plus petit que le diamètre du coeur 53 de la fibre multimode 51. Le diamètre 40 du coeur de la fibre de transmission 13 est plus grand que le diamètre 53 du coeur de la fibre multimode 51. L'ouverture numérique sur l'axe optique de la fibre 10 est plus petite que l'ouverture numérique sur l'axe optique de la fibre 51. L'ouverture numérique sur l'axe optique de la fibre 51 est plus petite que l'ouverture numérique sur l'axe optique de la fibre de transmission 13. Une défini- tion de l'ouverture numérique est, par exemple, décrite dans Proceedings IEEE, volume 66, juillet 1978, page 746. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, seul le montage en série d'une fibre monomode et d'une fibre multimode est représenté. Dans la pratique, cependant, après la fibre mo- nomode, plusieurs fragments de fibre multimode seront uti- lisés. Les longueurs de ces fragments de fibre sont déter- minées en fonction des emplacements o une jonction ou une liaison est souhaitable lors de l'installation ou de l'en- tretien à savoir du laser vers le côté arrière du rayonnage, du côté arrière du rayonnage vers le point de jonction du central, du point-de jonction du central vers le premier trou d'homme sur la chaussée, puis vers le point de jonction dans le central local, etc. Il faut donc faire en sorte que les fragments de fibres soient réalisés, au moins sur une longueur de trajet environ égale à la longueur de cohérence du laser utilisé, comme décrit dans la revendication 2. Les fibres multimode utilisées peuvent être du type à indice gradué ou à indice échelonné. Il est aussi possible de com- biner des fibres à indice gradué et des fibres à indice échelonné. Lesdites sortes -de fibres sont, par exemple, dé- crites dans Proceedings IEEE, volume 66, juillet 1978, page 746. Etant donné maintenant que pour chaque couplage, la fi- bre réceptrice a un coeur et une ouverture numérique de plus grandes dimensions que la fibre précédente, le risque que les mouchetures variables soient masquées par une connexion non idéale est faible. Les couplagesasymétriques ont en ou- tre l'avantage que le rendement de couplage dans un sens dirigé vers l'arrière est faible, en particulier le rende- ment de couplage vers l'arrière entre la fibre monomode et la fibre à indice gradué. Ce couplage opère nc comme le fltre le plus important pour maintenir en dehors du laser à semi- conducteur les signaux lumineux réfléchis indésirables. REVENDICATIONS 1.- Système de transmission optique comportant un la- ser à semi-conducteur (4) qui, par l'intermédiaire d'un trajet de couplage (I), est connecté à une fibre de trans- mission multimode (13), caractérisé en ce que le trajet de couplage (I) comporte au moins une fibre monomode (10). 2.- Système de transmission optique suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que le trajet de couplage (I) est formé par le montage en série d'une fibre monomode (10) et d'un fragment ou de plusieurs fragments de fibre multimode (51, 13), l'ouverture numérique sur l'axe optique et le diamètre du coeur des fibres multimode (51, 13) vu à partir du laser à semi-conducteur (4), allant en croissant et l'ouverture numérique sur l'axe optique ainsi que le diamètre du coeur de la dernière fibre (51) dans le trajet de couplage (I) étant inférieurs à l'ouverture numérique sur l'axe optique et au diamètre du coeur de la fibre de transmission (13). 3.- Système de transmission optique suivant la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur du trajet de couplage (I) est supérieure à la longueur de cohérence du laser à semi-conducteur (4). 4.- Système de transmission optique suivant la revendi- cation 2 ou 3, caractérisé en ce que les fibres multimode (51, 13) sont du type à indice gradué. 5.- Système de transmission optique suivant la revendi- cation 2 ou 3, caractérisé en ce que les fibres multimode (51, 13) sont des fibres à indice échelonné. 6.- Système de transmission optique suivant la revendi- cation 2 ou 3, caractérisé en ce, qu'au moins, la première fibre multimode (51) est une fibre à indice gradué et est suivie d'au moins une fibre (13) à indice échelonné.