Brevet FR2504344A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne les circuits relatifs aux sources de lumière. Dans certaines applications de systèmes utilisant des ondes lumineuses, en particulier celles dans lesquelles la maintenance est difficile, la défaillance d'une source en fonctionnement peut entratner la défaillance du système complet, éventuellement pour de longues durées. Par exemple, dans un système de câble sous-marin utilisant des ondes lumineuses, dans lequel un cible à fi- bres optiques reliant des terminaux transocéaniques est posé au fond de la mer, le c Cble comprend un certain nombre de répéteurs répartis sur sa longueur, pour amplifier les ondes lumineuses Dans un système envisagé, une photodiode détecte les ondes lumineuses dans chaque répéteur Les si- gnaux électriques correspondants sont amplifiés et les on- des lumineuses sont ensuite régénérées par une source de lumière Une défaillance de la source de lumière du répé- teur interromprait la transmission et donc le service of- fert aux abonnés L'interruption pourrait se prolonger pen- dant de longues durées car la réparation dui répéteur pour- rait évidemment nécessiter de remonter le c 9 ble depuis le fond de la mer jusqu'à un navire de réparation situé à la surface. Conformément à l'invention, un circuit de source de lumière comprend une première source de lumière qui est normalement à l'état "marche" de façon à émettre un rayonne- ment dans une plage prescrite d'un niveau de paramètre prédéterminé, une seconde source lumineuse qui est normale- ment à l'état "arrêt", et des moyens qui maintiennent la première source à l'état "marche" lorsque le rayonnement qui provient de cette source est compris dans la plage pres- crite, et qui arrêtent la première source et mettent en marche la seconde source pour qu'elle émette un rayonnement, lorsque le rayonnement de la première source est hors de la plage prescrite. Le niveau de paramètre prédéterminé est une af- faire de choix de conception On peut citer à titre d'exem- ples: ( 1) la puissance optique moyenne minimale émise par la source, auquel cas la plage prescrite peut correspondre à toutes les puissances optiques supérieures au minimum; ( 2) la puissance optique maximale dans l'état inactif d'une source modulée de façon numérique, auquel cas la plage prescrite peut comprendre toutes les puissances op- tiques inférieures au maximum; ou ( 3) le taux d'erreur de bit maximal d'une telle source numérique, auquel cas la plage prescrite peut comprendre tous les taux d'erreur inférieurs au maximum On décrira deux exemples de réali- sation Dans le premier, qui est applicable à des lasers à semiconducteur ou à des diodes électrcluminescentes, une fraction du rayonnement de la source de lumière est appli- quée à une photodiode qui génère un signal de commande ap- pliqué sur une électrode de commande d'un premier élément 1 l de commutation en série avec la première source de lumière. Dans le second exemple, qui est applicable à des lasers à semiconducteur, le circuit comprend une configuration de réaction de type caractéristique destinée à assurer la sta- bilité à long terme de la puissance de sortie lumineuse du laser Le signal de sortie d'une photodiode est appliqué à ltntrée d'un circuit de réaction, et le signal d'erreur du circuit de réaction est comparé avec un signal électrique de référence pour générer un signal de commande sur une électrode de commande d'un premier élément de commutation branché en série avec la première source de lumière Le signal électrique de référence est lié au niveau de para- mètre prédéterminé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma du circuit d'un mode de réalisation de l'invention; et La figure 2 est un schéma du circuit d'un autre mode de réalisation de l'invention. On va maintenant considérer la figure 1 sur la- quelle on voit un circuit destiné à faire fonctionner sé- lectivement des sources de lumière LD 1 et LD 2 Pour sim- plifier, on décrira la fonctionnement sélectif des sources en considérant qu'on détecte le moment auquel le rayonne- ment émis tombe au-desscas d'un niveau de puissance moyen minimal prédéterminé Cependant, comme on l'a indiqué précédemment, on pourrait détecter d'autres niveaux de paramètres prédéterminés, en fonction de considérations de conception. Le circuit comprend des première et seconde bran- ches 12 et 14 connectées en parallèle l'une par rapport à l'autre, entre une source de tension d'alimentation V et une source de potentiel de référence représentée par la masse La première branche comprend la première source de lumière LD 1 et un élément de commutation fermé dans les conditions normales, Q 1, qui sont mutuellement connectés en série La seconde branche 14 comprend la seconde source de lumière LD 2 et un élément de commutation ouvert dans les conditions normales, Q 2, qui sont mutuellement connec- tés en série Les éléments de commutation Qi et Q 2 ont des électrodes de commande respectives 16 et 18 qui permettent de faire passer les éléments de commutation de l'état fermé à l'état ouvert, et inversement, en fonction de la présence ou de l'absence d'un signal de commande sur ces électrodes de commande. Les termes fermé et ouvert ont dans ce contexte leurs significations conventionnelles: un élément de com- mutation fermé est dans un état conducteur à faible impé - dance, tandis qu'un élément de commutation ouvert est dans un état non conducteur à impédance élevée. Dans ces conditions, la source LD 1 est à l'état de marche et émet le rayonnement L 1, tandis que la source ID 2 est arrêtée et n'émet pas de rayonnement Tant que la source LD 1 continue à émettre le rayonnement LI au-dessus d'un niveau de puissance lumineuse moyen minimal prédéter- miné, les états de la source LD 1 et LD 2 demeurent inchangés. Cependant, lorsque la puissance lumineuse de la source LD 1 tombe au-dessous de ce niveau minimal, les moyens de réac- tion 30 détectent la chute de la puissance lumineuse et appliquent sur l'électrode de commande 16 un signal de commande qui bloque l'élément de commutation QI et la sour- ce ID 1 Par conséquent, la tension au noeud X entre la source LD 1 et l'élément de commutation Qi s'élève jusqu'au niveau d'alimentation V Il existe des moyens 20 qui réa- gissent au changement d'état de l'élément de commutation Ql en faisant passer l'élément de commutation Q 2 de l'état ouvert à l'état fermé Ces derniers moyens sont représentés par le conducteur 20 branché entre le noeud X et l'électro- de de commande 18 de l'élément de commutation Q 2 De ce fait, l'élément de commutation Q 2 se ferme et la source LD 2 émet un rayonnement L 2. Les moyens de réaction 30 qui détectent la chute du niveau de puissance lumineuse de la source ID 1 compren- nent à titre d'exemple une photodiode PDI qui reçoit une fraction 1 ' du rayonnement émis par la source LD 1 et qui le convertit en un signal électrique correspondant La photodiode P Dl est branchée en parallèle sur une résistance Rl qui est elle-même connectée entre l'électrode de comman- de 16 de l'élément de commutation QI et la masse Par con- séquent, le photocourant que génère dans la photodiode PD 1 la fraction de rayonnement 1 l' produit une tension propor- tionnelle aux bornes de la résistance RM, ce qui a pour effet d'ouvrir l'élément de commutation QI lorsque cette tension tombe au-dessous d'un signal électrique de référen ce qui est lié au niveau de puissance lumineuse moyen mini- mal de la source ID 1. Des moyens de réaction similaires 40, comprenant une photodiode PD 2 et une résistance R 2,sont représentés en couplage entre l'électrode de commande 18 de l'élément de commutation Q 2 et une fraction 12 ' du rayonnement émis par la source LD 2 Ces derniers éléments ne sont pas essen- tiels mais on pourrait les utiliser lorsqu'on emploie plus de deux sources de lumière A cet égard, la valeur de la résistance R 2 doit 8 tre suffisamment grande pour éviter la circulation d'un courant notable dans la source LD 1 lorsque l'élément de commutation Qi est ouvert. On voit également sur la figure 1 un condensateur C branché entre la source de tension V et la combinaison en parallèle de la photodiode PD 1 et de la résistance RM. Ce condensateur agit essentiellement dans les conditions de démarrage du circuit En effet, au moment de l'applica- tion initiale de la tension d'alimentation V, une tension transitoire apparaissant aux bornes du condensateur C fer- me l'élément de commutation Ql et fait passer la source LD 1 à l'état de marche Cependant, lorsque le transitoire s'est éteint, le condensateur C découple la tension d'ali- mentation continue V par rapport à l'électrode de commande 16 de l'élément de commutation Q 1. Pour que la description soit complète, les sour- ces LD 1 et LD 2 sont représentées couplées aux photodiodes respectives PD 1 et PD 2 par une forme généralisée de moyens de couplage C Pl et CP 2 De plus, pour les applications utilisant des fibres optiques, les rayonnements de sortie principaux Ll et L 2 des sources respectives LD 1 et ID 2, sont représentés en couplage avec d'autres moyens de cou- plage généralisés CPO, pour générer le rayonnement L O des- tiné à être émis par une fibre optique F Ces coupleurs sont bien connus et peuvent prendre diverses configurations, parmi lesquelles diverses configurations de lentilles, des diviseurs de faisceaux, des coupleurs à prismes ou des coupleurs à fibres biseautées Lorsque les sources LDI et 1 D 2 sont des lasers à semiconducteur, il est également bien connu qu'on peut prélever les fractions de rayonnement. Ll' et 12 ' à partir du faisceau lumineux émanant du miroir avant du laser (comme dans le brevet US 4 165 496) ou éma- nant du miroir arrière du laser (comme dans le brevet US 4 252 457). Dans un exemple de réalisation du circuit de la figure 1, les sources LD 1 et LD 2 sont constituées soit par des lasers à semiconducteur soit par des diodes élec- troluminescentes, et les éléments de commutation Ql et Q 2 consistent en transistors à effet de champ (TEC) Plus particulièrement, l'élément de commutation Qi serait un TEC à enrichissement qui est conducteur au repos, tandis que l'élément de commutation Q 2 serait un TEC à appauvris- sement qui est bloqué au repos Dans ce cas, les électro- des de commande 16 et 18 correspondent aux grilles des TEC. Les électrodes de drain et de source de ces TEC sont re- présentées connectées entre la asce et les sources LD 1 et LD 2. Dans le mode de réaliza-ion qui est représenté sur la figure 1, aucun moyen n'est représenté explicitement pour moduler les sources LD 1 et LD 2 Bien entendu, comme il est bien connu, on pourrait incorporer aisément des circuits d'attaque appropriés pour moduler les rayonnements de sortie Ll et L 2 d'une manière analogue, numérique ou autre. La figure 2 représente un circuit qui comporte un tel circuit d'attaque pour fairc fonctionner des diodes laser LD 1 et LD 2 Le circuit d'attaque 50 est ici représenté connecté en série entre la source de tension d'alimentation V et les diodes laser respectives LD 1 et LD 2 Le courant d'attaque que le circuit d'attaque applique aux diodes laser est lui-même commandé par une source d'information 54 La configuration fondamentale et le fonctionnement des éléments de commutation Qi et Q 2 sont pratiquement identiques à ceux décrits en relation avec la figure 1 Cependant, au lieu d'appliquer directement les signaux de sortie des photodio- des PD 1 et PD 2 aux électrodes de commande 16 et 18 des é 14- ments de commutation Qi et Q 2, comme sur la figure 1, ces signaux sont appliqués à la place aux entrées de circuits de réaction 60 et 62 Ces derniers circuits sont bien connus et on les utilise pour stabiliser le rayonnement de sortie des diodes laser en générant des signaux d'erreur El et E 2 qui sont appliqués au circuit d'attaque 50, de façon à ré- gler le courant d'attaque des diodes laser pour compenser les variations à relativement long terme (correspondant par exemple au vieillissement) dans les diodes laser. Le signal d'erreur El que génère le circuit de réaction 60 est également comparé avec un signal de réfé- rence dans le comparateur 70, et le signal de sortie du comparateur est transmis par la résistance Rl à l'électrode de commande 16 de l'élément de commutation Qi Le niveau de ce signal de référence est fixé conformément à des cri- tères de conception prédéterminés pour établir le niveau de tension sur l'électrode de commande 16 qui provoque le blocage de l'élément de commutation Q 1, et donc l'arret de la source LD 1 Comme précédemment, le signal de réfé- rence est également lié au niveau de puissance moyen mi- nimal du rayonnement de sortie de la source LD 1. Bien que ceci ne soit pas représenté, on peut également incorporer dans le circuit de la figure 2 un comparateur similaire connecté entre la sortie du cir- cuit de réaction 62 qui correspond au signal d'erreur E 2, et l'électrode de commande 18 de l'élément de commutation Q 2. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent 9 tre apportées au dispositif décrit et re- présenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Circuit de sources de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend une première source de lumière (LD 1) qui est à l'état "marche" dans les conditions normales de façon à émettre un rayonnement dans une plage prescrite d'un niveau de paramètre prédéterminé, une seconde source de lumière (LD 2) qui est à l'état "arrgt" dans les condi- tions normales, et des moyens (PD 1, Q 1, Q 2, 20) qui réa- gissent au rayonnement de la première source en maintenant celle-ci dans l'état "marche" lorsque son rayonnement est compris dans la plage prescrite et qui, lorsque le rayon- nement de la première source est hors de la plage prescrite, arr Atent la première source et mettent en marche la seconde source pour qu'elle émette un rayonnement. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens qui réagissent au rayonnement compren- nent un premier élément de commutation fermé au repos (Qi) qui est branché en série avec la première source de lumière, un second élément de commutation (Q 2) ouvert au repos, qui est branché en série avec la seconde source de lumière, des moyens de réaction (PD 1) qui réagissent au rayonnement de la première source en maintenant le premier élément de com- mutation fermé lorsque le rayonnement de la première source. est compris dans la plage prescrite, et qui ouvrent le pre- mier élément de commutation lorsque le rayonnement de la première source est hors de la plage prescrite, ce qui a pour effet d'arrêter la première source, et des moyens ( 20) qui réagissent à la commutation du premier élément de com- mutation de l'état fermé à l'état ouvert en fermant le se- cond élément de commutation, pour permettre à la seconde source d'émettre un rayonnement. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément de commutation comprend un transistor à effet de champ à enrichissement et le second élément de commutation comprend untransistor à effet de champ à appauvrissement, et en ce que les électrodes de grille des transistors à enrichissement et à appauvrisse- ment sont respectivement attaquées par les moyens de réac- tion et par les moyens qui réagissent au rayonnement de la première source. 4 Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des électrodes de source et de drain de chacun des transistors est connectée à la source de lumiè- re respective, et les moyens ( 20) qui réagissent à la com- mutation connectent l'électrode de grille du second tran- sistor à celle des électrodes du premier transistor qui est connectée à la source de lumière respective. 5 Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de réaction comprennent une photodiode (PD 1) qui réagit au rayonnement provenant de la première source. 6 Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance (Rl) connectée en parallèle avec la photodiode, et un condensateur (C) con- necté en série avec la combinaison en parallèle de la pho- todiode et de la résistance. 7 Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'attaque ( 50) pour les sources lumineuses, et en ce que les sources lumineuses sont constituées par des diodes la- ser et les moyens de réaction comprennent une photodiode (PD 1) qui réagit au rayonnement de la première source, un circuit de réaction ( 60) dont le signal d'entrée est cons- titué par le signal de sortie de la photodiode, qui est destiné à générer sur sa sortie un signal d'erreur (El), des moyens de comparaison ( 70) qui sont connectés de façon à commander le premier élément de commutation et qui com- prennent des moyens destinés à établir un signal électri- que de référence lié au niveau de paramètre, et des moyens destinés à appliquer le signal d'erreur à la fois à l'en- trée du circuit d'attaque et à l'entrée des moyens de com- paraison, ces derniers comparant le signal d'erreur avec le signal de référence afin d'ouvrir le premier élément de commutation lorsque le rayonnement de la première source est hors de la plage prescrite. 8 Circuit selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une fibre optique (E) destinée à transmettre le rayonnement généré par les sources, des premiers moyens de couplage (OPO) destinés à coupler optiquement les sources à la fibre, et des seconds moyens de couplage (OP 1, O P 2) destinés à coupler optiquement les sources aux moyens de réaction. 9 Circuit selon la revendication 8, caractéris 6 en ce que les sources de lumière sont des diodes laser du type émettant un rayonnement à partir de faces de mi- roir opposées, et les premiers moyens de couplage appli- quent à la fibre le rayonnement provenant de l'une des faces, tandis que les seconds moyens de couplage appli- quent aux moyens de réaction le rayonnement provenant de l'autre face.