Brevet FR2513399A1 — publié le 19830325

EMETTEUR POUR SYSTEME DE TRANSMISSION SUR FIBRE OPTIQUE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE STABILISATION DE LA PUISSANCE OPTIQUE EMISE La présente invention se rapporte d'une manière générale aux systèmes de transmission sur fibre optique et concerne plus parti culièrement un émetteur utilisé dans la transmission d'informations, notamment à débit élevé, et comportant un dispositif de stabili sation de la puissance optique émise. D'une manière générale, pour un système de transmission sur fibre optique, l'émetteur comporte une embase émettrice constituée d'une diode laser, d'une photodiode de contrôle et d'une optique de couplage laser-fibre insérée dans une fiche de connecteur pour le raccordement de ladite embase au câble à fibre optique, et un dispositif électronique de commande destiné à réguler ou stabiliser ia puissance optique émise par la diode laser. D'autre part, on sait qu'en présence d'informations à trans mettre, le courant de la diode laser résulte de la superposition de son courant continu de polarisation et de son courant de modulation, de sorte que l'amplitude des impulsions lumineuses transmises dans la fibre optique dépend de la puissance optique émise par la diode laser. Comme on souhaite transmettre les impulsions lumineuses à la puissance maximale de sortie de la diode laser, il s'avère nécessaire de stabiliser à la fois la puissance optique maximale et la puissance optique minimale dite de seuil, de façon à maintenir constante l'amplitude de la puissance optique émise par la diode laser ; cette stabilisation est obtenue en effectuant une régulation du courant de modulation de la diode laser.De plus, lorsque la température du boîtier renfermant la diode laser augmente, ou lorsque la diode laser vieillit, la caractéristique de transfert de ladite diode (puissance de sortie en fonction du courant) est modifiée de telle sorte que le courant de polarisation devienne inférieur à une valeur dite de seuil ; il s'avère donc nécessairc de réguler le courant continu de polarisation à cette valeur de seuil correspondant à la puissance optique minimale de la diode laser. On connaît déjà un dispositif permettant de stabiliser la puissance optique émise par une diode laser utilisée dans l'émetteur pour un système de transmission d'informations sur fibre optique. On se reportera par exemple à la demande de brevet français n" 80 24230 déposée au nom de la Demanderesse le 14 novembre 1980, concernant: "Dispositif de stabilisation de la puissance de sortie d'un module émetteur pour système de transmission sur fibre optique".Selon cette demande, le dispositif de stabilisation comporte une première boucle d'asservissement comprenant essentiellement un détecteur crête à crête du signal de modulation, en série avec un différenciateur et un comparateur de tension, permettant de stabiliser la puissance optique maximale et la puissance optique minimale émises par la diode laser, maintenant ainsi constante l'amplitude de la modulation de la puissance optique émise, et une seconde boucle d'asservissement comprenant essentiellement un convertisseur courant-tension en série avec un comparateur de tension, permettant de stabiliser la valeur moyenne de la puissance optique émise correspondant à la tension continue de polarisation de ladite diode.Cette stabilisation de la polarisation de la diode laser à sa puissance optique moyenne permet au dispositif de transmettre indifféremment des informations numériques, analogiques ou à codes multiniveaux. Cependant, un dispositif de stabilisation de la puissance optique émise par une diode laser du type décrit précédemment ne permet pas d'assurer une parfaite stabilisation de la polarisation de ladite diode en présence du phénomène connu dit de retard à l'émission stimulée: en effet, lors du vieillissement ou d'une élévation de température de la diode laser, le courant de polarisation de ladite diode devient inférieur au courant minimal dit de seuil, de sorte que la puissance optique émise est injectée dans la fibre optique avec un retard donné. Or, ce retard est important pour des informations transmises à débit élevé, par exemple égal à 140 MBits/s, pouvant même provoquer à la réception du système de transmission une absence de détection des informations émises. Ainsi, en présence de ce phénomène de retard à l'émission stimulée, I'amplitude crête à crête de la modulation de la puissance optique émise est comprise entre la puissance maximale et une puissance déterminée inférieure à la puissance minimale dite de seuil de la diode laser, de sorte que la polarisation de ladite diode n'est plus asservie à la valeur moyenne de sa puissance optique émise. La présente invention a pour but de stabiliser la puissance optique émise par une diode laser en présence du phénomène de retard à l'émission stimulée, en proposant un dispositif de stabilisation qui est d'une structure simple, assure un véritable asserpissement, c'est-à-dire sans réglage, de la puissance optique moyenne de la diode laser, et permet la transmission d'informations à des débits élevés. A cet effet, I'invention a pour objet un émetteur pour un système de transmission d'informations sur une fibre optique, comportant: - une embase démission dans laquelle sont disposés une diode laser, des moyens de prélèvement d'une partie de la puissance optique emise par la diode laser et de conversion eri puissance électrique, la diode laser étant susceptible d'être polarisée a une puissance optique déterminée inférieure à sa puissance optique minimale dite de seuil, de telle sorte que les informations à transmettre sont chacune détectées par les moyens de prélèvement avec un retard donné ; et - un dispositif de stabilisation de la puissance optique émise par la diode laser, comprenant: - un premier circuit destiné à stabiliser l'amplitude de modulotion de la puissance optique, connecté entre les moyens de conversion et la diode laser et commandé par les informations à transmettre, et comportant des premiers moyens comparateur de tension engendrant un signal de modulation dont iarnplitude crête à crête correspond à la différence entre la puissance optique maximale et la puissance optique minimale de la diode laser; et - un second circuit destiné à stabiliser la polarisation de la diode laser à la valeur moyenne de sa puissance optique comprise entre la puissance maximale et la puissance minimale, connecté entre les moyens de conversion et la diode laser, et comportant des seconds moyens comparateur de tension; caractérisé en ce que le second circuit comporte de plus des moyens de mesure du retard de chaque information prélevée par les moyens de conversion, ayant une première entrée recevant les informations à transmettre et une seconde entrée reliée aux moyens de conversion, et des troisièmes moyens comparateur de tension reliés aux moyens de mesure et engendrant une tension continue correspondant à la différence entre la puissance déterminée et la puissance minimale, cette tension étant présentée aux seconds moyens comparateur et permettant ainsi à ces derniers de stabiliser la polarisation de la diode laser à la valeur moyenne de sa puissance optique comprise entre la puissance maximale et la puissance minimale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma partiellement sous forme électrique du module émetteur selon l'invention comportant un dispositif de stabilisation de puissance, avec un premier mode de réalisation d'une partie du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser; - la figure 2 représente un second mode de réalisation d'une partie du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser; - la figure 3 représente un troisième mode de réalisation d'une partie du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser ; et - la figure 4 représente des diagrammes en fonction du temps de signaux explicatifs de la figure 3. On notera dès à présent que toutes les tensions d'alimentation repérées par V sur la figure 1 sont de l'ordre de 12 volts. Suivant un exemple de réalisation et en se reportant à la figure 1, le module émetteur d'un système de transmission d'informations, notamment à débit élevé, par exemple égal à 140 MBits/s, sur fibre optique, comprend une embase d'émission 10 réalisée sous forme d'un boîtier dans lequel sont disposés une diode laser 11 dont la puissance optique émise est injectée dans la fibre (non représentée), des moyens de prélèvement d'une partie de la puissance optique émise par la diode laser et de conversion en puissance électrique constitués par exemple par une photodiode 12 et une fibre 13 couplée optique ment entre la diode laser 11 et la photodiode 12. Selon l'invention, le module émetteur comporte un dispositif permettant de stabiliser la puissance optique de sortie de la diode laser 11 en présence du phénomène connu dit de retard à l'émission stimulée. Ainsi, pour des informations par exemple numériques destinées à être transmises sur la fibre optique, la photodiode 12 détecte chaque information avec un retard T donné, par exemple de l'ordre de 4 à 6 ns pour un débit de 140 MBits/s. La présence de ce retard T est due à une polarisation incorrecte de la diode laser 11, c'est-à-dire une polarisation correspondant à une puissance déter minée Pdet inférieure à la puissance rninimale p min dite de seuil de la diode laser. On notera qu'en l'absence de ce phénomène de retard à l'émission stimulée, I'amplitude crête à crête de modulation de la puissance optique émise est comprise entre la puissance maximale P et la puissance minimale Pmin, et la polarisation de la diode laser est effectuée à sa puissance optique moyenne Pmoy, avec Or, en présence dudit phénomène de retard, I'amplitude crête à crête de la modulation eet comprise entre la puissance maximale max et ladite puissance déterminée Pde, avec P det inférieure à min Dès lors, la polarisation de la diode laser est effectuée à sa puissance optique moyenne Pmoy, c'est-à-dire à avec P' inférieure à P moy moy On va maintenant décrire le dispositif assurant, en présence du phénomène de retard, la stabilisation de l'amplitude de modulation comprise entre P max et Pmin > et la stabilisation de la polarisation de la diode laser à sa puissance optique moyenne PmoyX permettant ainsi d'obtenir un fonctionnement correct de ladite diode. En se reportant à la figure 1, ce dispositif de stabilisation comporte un premier circuit 20 destiné à réguler ou stabiliser l'amplitude de modulation de la puissance optique émise par la diode laser 11, connecté entre la photodiode 12 et ladite diode 11, et un second circuit représenté par les deux parties 30a et 30b, destiné à réguler ou stabiliser la valeur moyenne de la puissance optique émise, connecté entre la photodiode 12 et la diode laser 11. Comme il apparaît sur la figure 1, le premier circuit 20 de stabilisation de l'amplitude de modulation de la puissance optique émise par la diode laser 11, comporte un circuit adaptateur d'impédance 21 constitué d'un transistor T1 dont la base est reliée en A à la photodiode 12. L'émetteur du transistor T1 est relié à un amplificateur opérationnel A1 dont la sortie S1 est connectée à un détecteur crête à crête 22. Ce détecteur 22 comporte deux diodes en parallèle D1 et D2 reliées chacune à un amplificateur operationnel à haute impédance d'entrée (A3 et A4) par l'intermédiaire d'un condensateur et d'une résistance montés en parallèle (C3, R3 et C4, R4). Les sorties respectives S3 et S4 des deux amplificateurs A3 et A4 sont directement connectées à l'entrée d'un amplificateur différenciateur A5. Ainsi, en présence du phénomène de retard à l'émission stimulée, la composante alternative du courant engendré par la photodiode 12 est amplifiée, après filtrage et passage dans le circuit adaptateur d'impédance 21, par l'amplificateur A1 destiné à porter I'amplitude du signal de modulation, définie entre PmaX et Pdet, à max et l'det' à- une valeur compatible avec le seuil des diodes D1 et D2 du détecteur crête à crête 22. La diode D1 et le condensateur C3 détectent la crête ou amplitude positive du signal de modulation présent envi, et la diode D2 et le condensateur C4 détectent la crête ou amplitude négative de ce signal de modulation. L'amplificateur A3 fournit en sortie 53 I'amplitude positive du signal de modulation, proportionnelle à la puissance maximale Pmax émise par la diode laser 11, et l'amplificateur A4 fournit en sortie S4 l'amplitude négative du signal de modulation, proportionnelle à la puissance déterminée Pdet inférieure à Pmin. Ces tensions positive et négative sont ensuite appliquées à l'amplificateur différenciateur A5 engendrant une tension proportionnelle à l'amplitude crête à crête du signal de modu- lation. Cette tension est ensuite intégrée par un filtre passe-bas 23, de structure classique, puis est présentée à un circuit comparateur de tension 24 constitué d'un amplificateur opérationnel A; dans lequel elle est comparée à une tension de référence V1 proportionnelle à Pmax - Pmini La tension d'erreur engendrée par le comparateur de tension 2b" proportionnelle à Pmin - Pgjet, commande un atténuateur variable 25, de structure classique, recevant les informations à transmettre présentes à une borne d'entrée E1. L'atténuateur 25 est relié à un amplificateur de courant 26 constitué par exemple d'un transistor Comme on le voit sur la figure 1, la première partie 30a du circuit de stabilisation de la valeur moyenne de la puissance optique ernise par a diode laser 11, comporte un convertisseur couranttension 31, de structure classique, connecté en A à la photodiode 12. Ainsi, le courant engendré par la photodiode 129 proportionnel à la puissance optique émise par la diode 11, est converti en une tension par le convertisseur 31. Le signal en sortie S6 est ensuite intégré par un filtre passe-bas 32, de structure classique, fournissant une tension continue proportionnelle à la puissance optique moyenne Pmoy émise par la diode laser il en présence du phénomène de retard à l'émission stimulée. Cette tension est ensuite présentée à un circuit comparateur de tension 33 constitué par un amplificateur opérationnel A7 ayant une première entrée E2 reliée au filtre passe-bas 32 et une seconde entrée E3 reliée à une source de tension de référence V2 proportionnelle à la puissance optique moyenne Pmoy de la diode laser 11 en l'absence dudit phénomène de retard à l'émission stimulée. On expliquera par la suite le rôle précis du circuit comparateur de tension 33. On notera dès à présent que ce comparateur 33 engendre une tension destinée à polariser la diode laser 11 à sa puissance optique moyenne Pmoy. A cet effet, cette tension commande la base d'un transistor T2 de polarisation de la diode laser 11, le collecteur du transistor T2 étant relié en B à la diode laser, et une résistance r étant reliée à l'émetteur dudit transistor afin de limiter le courant injecté. La seconde partie 30b du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser 11, comporte d'abord deux amplificateurs d'adaptation A8 et Ag connectés à la borne d'entrée El des informations à transmettre et à la borne de sortie S8 du circuit adaptateur d'impedance 21, respectivement. On notera que l'amplificateur Ag pourrait être également connecté à la sortie A de la photodiode 12, sans sortir du cadre de l'invention. L'amplificateur A8 est SUiVi d'une ligne à retard 36, constituée par exemple par un coaxial, introduisant un retard global Tl égal au temps de propagation des informations dans la fibre de couplage 13, auquel vient s'ajouter le retard introduit par l'adaptateur d'impédance 21 et l'amplificateur A9. Ainsi, la ligne à retard 36 génère chaque information à transmettre présentée à la borne d'entrée E1, et l'amplificateur Ag génère, en présence du phénomène de retard à I'émission stimulée, chaque information détectée par la photodiode 12 avec un retard T donné. Le circuit 30b comporte également des moyens de mesure du retard T de chaque information détectée par la photodiode 12, constitués, selon un premier mode de réalisation préféré, par une porte logique NON-OU 37 dont l'une des entrées est reliée directe ment à l'amplificateur A9, et dont l'autre entrée est reliée à la ligne à retard 36 par l'intermédiaire d'un inverseur logique 38. Ainsi, dans le cas par exemple d'informations numériques, la ligne à retard 36 génère une impulsion pendant un temps t, et l'amplificateur A9 génère la même impulsion pendant un temps t T. Dès lors, la porte logique NON-OU 37 engendre une impulsion pendant le temps T correspondant au retard à l'émission stimulée. La porte NON-OU 37 est suivie d'un intégrateur 39, de structure classique, délivrant un niveau de tension déterminé correspondant au retard r mesuré. Ce niveau de tension est comparé à un niveau de référence V3 dans un comparateur de tension 40 délivrant une tension continue d'erreur proportionnelle à la différence entre la puissance minimale Pmin et la puissance déterminée Pdet inférieure à Pmin. Dans le but de stabiliser la polarisation de la diode laser 11 à la valeur moyenne de sa puissance optique comprise entre la puissance maximale Pmax et la puissance minimale Pmin, le comparateur 40 est suivi d'un diviseur par 2 (41) délivrant ainsi une tension continue proportionnelle à la demi-différence entre la puissance minimale Pmin et ladite puissance déterminée Pdet. Le diviseur 41 est relié à une troisième entrée E5 de l'amplificateur A7 du circuit comparateur de tension 33. La tension d'erreur engendrée par le diviseur 41 est superposée à la tension continue présente à l'entrée E2 de l'amplificateur A7 permettant ainsi d'obtenir une stabilisation de la polarisation de la diode laser 1 1 à sa puissance optique moyenne moy On a représenté en A10 sur la figure 1 un amplificateur sommateur destiné à restituer la composante basse fréquence du spectre du signal à transmettre, comportant deux entrées reliées respectivement aux sorties S3 et S4 des deux amplificateurs A3 et A4 du détecteur crête à crête 22, et une sortie connectée à une quatrième entrée E6 de l'amplificateur A7 du circuit comparateur de tension 33. Selon une variante de la partie 30b du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser, représentée sur la figure 2 dans laquelle les éléments identiques à ceux de la figure I sont désignés par le même repère, les moyens de mesure du retard T de chaque information, par exemple numérique, sont constitués par un amplificateur différentiel A11 engendrant un signal d'une durée égale au retard T de chaque information détectée par la photodiode 12. Ce signal est ensuite intégré par l'intégrateur 39 délivrant un niveau de tension déterminé correspondant au retard mesuré T . La stabilisation de la polarisation de la diode laser 11 à sa puissance optique moyenne est ensuite effectuée d'une façon identique à celle décrite précédemment. La figure 3 représente une autre variante de la partie 30b du circuit de stabilisation de polarisation de la diode laser Cette variante reprend les mêmes éléments que ceux représentes sur la figure 2, sans la présence de la ligne à retard 36. Le diagramme a de la figure 4 représente en fonction du temps une information numérique I1 (en traits pleins) à transmettre engendrée par l'amplificateur A8. Sur ce même diagramme, on a représenté en I2 la même information numérique (en pointillés) détectée par la photodiode 12 avec le retard donné T dû au phénomène dit de retard à l'émission stimulée. En outre, l'information 12 est engendrée par l'amplificateur Ag avec le retard global 1' dû au temps de propagation de l'information 1 dans la fibre de couplage 13 et au retard introduit par l'adaptateur d'impédance 21 et ledit amplificateur Ag. Le diagramme b de la figure 4 représente le signal I3 engendré par l'amplificateur différentiel A11 (figure 3), correspondant à la différence entre les deux informations 11 et 12. Ce signal 13 est ensuite présenté à l'intégrateur 39 (figure 3) délivrant un niveau de tension déterminé correspondant au retard mesuré T , les parties hachurées du signal 13 sur le diagramme b de la figure 4 s'annulant entre elles. La stabilisation de la polarisation de la diode laser à sa puissance optique moyenne est ensuite effectuée d'une manière identique à celle décrite en référence à la figure 1. On notera que la variante représentée sur la figure 3 n'est possible que dans le cas où le retard global T' (temps de transit des informations dans la fibre de couplage 13, auquel vient s'ajouter le retard introduit par l'adaptateur d'impédance 21 et l'amplificateur A9) est inférieur à la largeur de chaque information numérique à transmettre. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Emetteur pour un système de transmission d'informations sur une fibre optique, comportant: - une embase d'émission (10) dans laquelle sont disposés une diode laser (11), des moyens de prélèvement (12) d'une partie de la puissance optique émise par la diode laser et de conversion en puissance électrique, la diode laser étant susceptible d'être polarisée à une puissance optique déterminée inférieure à sa puissance optique minimale dite de seuil, de telle sorte que les informations à transmettre sont chacune détectées par les moyens de prélèvement (12) avec un retard donné r); ); et - un dispositif de stabilisation de la puissance optique émise par la diode laser, comprenant: - un premier circuit (20) destiné à stabiliser l'amplitude de modulation de la puissance optique, connecté entre les moyens de conversion (12) et la diode laser (11) et commandé par les informations à transmettre, et comportant des premiers moyens comparateur de tension (24) engendrant un signal de modulation dont l'amplitude crête à crête correspond à la différence entre la puissance optique maximale et la puissance optique minimale de la diode laser ; et - un second circuit (30a, 30b) destiné à stabiliser la polarisation de la diode laser à la valeur moyenne de sa puissance optique comprise entre la puissance maximale et la puissance minimale, connecté entre les moyens de conversion (12) et la diode laser (11), et comportant des seconds moyens comparateur de tension (33) ;;ca- ractérisé en ce que le second circuit comporte de plus des moyens de mesure du retard ( T ) de chaque information prélevée par les moyens de conversion, ayant une première entrée (E1) recevant les informations à transmettre et une seconde entrée reliée aux moyens de conversion, et des troisièmes moyens comparateur de tension (40) reliés aux moyens de mesure et engendrant une tension continue correspondant à la différence entre la puissance déterminée et la puissance minimale, cette tension étant présentée aux seconds moyens comparateur (33) et permettant ainsi à ces derniers de stabiliser la polarisation de la diode laser à la valeur moyenne de sa puissance optique comprise entre la puissance maximale et la puissance minimale. 2. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent une porte logique NON-OU (37) dont l'une des entrées est reliée aux moyens de conversion générant chaque information avec le retard donné ( T ), et dont l'autre entrée est reliée à un inverseur logique (38) recevant chaque information à transmettre, ladite porte générant un signal numérique correspondant au retard ( T ) de chaque information prélevée par les moyens de conversion (12). 3. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent un amplificateur différentiel (A1 (ale) ayant une première entrée recevant chaque information à transmettre, et une seconde entrée reliée aux moyens de conversion (12) générant chaque information avec le retard donné ( T ), ledit amplificateur différentiel engendrant un signal dont la durée est égale au retard de chaque information prélevée par les moyens de conversion. 4. Emetteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second circuit comporte de plus des moyens d'inté- gration (39) connectés entre les moyens de mesure et les troisièmes moyens comparateur, et délivrant un niveau de tension déterminé correspondant au retard mesure ( T 5.Emetteur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le second circuit comporte également un diviseur par 2 de la tension continue engendrée par les troisièmes moyens comparateur (40), ce diviseur (41) fournissant aux seconds moyens comparateur (33) une tension correspondant à la demi-différence entre la puissance déterminée et la puissance minimale de la diode laser de façon à permettre a stabilisation de la polarisation de la diode laser à la valeur moyenne de sa puissance optique. 6. Emetteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite embase (10) comporte une portion de fibre (13) couplée optiquement entre la diode laser (11) et les moyens de conversion (12), et en ce que la première entrée (E1) des moyens de mesure recevant les informations à transmettre est connectée à une ligne à retard (36) introduisant un retard ( al) égal au temps de propagation des informations dans la portion de fibre (13). 7. Emetteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second circuit comporte également en série: - un convertisseur courant-tension (31) dont l'entrée est connectée aux moyens de conversion (12); et - un filtre passe-bas (32) dont la sortie est connectée aux seconds moyens comparateur (33). 8. Emetteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier circuit comporte en série: - des moyens de détection crête à crête (22) du signal de modulation de la diode laser, reliés aux moyens de conversion (12); - des moyens de différenciation (As) fournissant le signal dont l'amplitude crête à crête correspond à la différence entre la puissance optique maximale et la puissance optique minimale de la diode laser, la sortie de ces moyens de différenciation étant reliée aux premiers moyens comparateur (24); et - un amplificateur de courant (26) commandé par les informations à transmettre et connecté entre les premiers moyens comparateur (24) et la diode laser (11). 9. Emetteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détection crête à crête comportent deux diodes (D1, D2) en parallèle reliées chacune à l'entrée d'un amplificateur (A3, A4) à haute impédance d'entrée, la sortie de chaque amplificateur étant reliée aux moyens de différenciation (A5). la. Emetteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier circuit comporte également un atténuateur variable (25) connecté entre les premiers moyens comparateur (24) et l'amplificateur de courant (26), I'atténuateur ayant une borne d'entrée (E1) recevant les informations à transmettre.