Brevet FR2512614A1 — publié le 19830311

La présente invention concerne un procédé de multiplexage de si- gnaux optiques dans une fibre optique de transmission. Le développement des transmissions par fibres optiques se heurte actuellement à un obstacle qui résulte du fait qu'en général on n'obtint une bonne transmission dans une fibre que sur une certaine plage ou "fene- tre" de longueurs d'ondes, par exemple de 750 à 950 nm pour des fibres usuelles. D'autre part les sources usuelles de lumière, diodes ou lasers semiconducteurs, ont une largeur spectrale non nulle, et on ne peut pas assurer une reproductibilité absolue des sources de même longueur d'onde nominale que llon peut trouver sur le marché. On doit ainsi prévoir des largeurs spectrales réelles de 30 à 50 nm autour de la longueur nominale par exemple de 850 nm d'une source courante. I1 en résulte qu'on ne pourra utiliser simultanément qu'un nombre limité de sources, et par conséquent de signaux dans la fenêtre efficace de transmission d'une fibre, et par exemple on ne pourra pas en pratique faire passer plus de trois signaux portés par des longueurs d'ondes nominales différentes. On connaît par ailleurs les propriétés de l'appareil connu sous le nom d'interféromètre, ou étalon, de Fabry-Pérot et qui est constitué par deux interfaces parallèles très rapprochées et susceptibles à la fois de rée fléchir et de laisser passer la lumière. Lorsqu'un tel appareil revoit un faisceau parallèle de lumière répartie sur une certaine largeur spectrale, une partie de la lumière subit une série de réflexions partielles entre les deux faces, et l'interférence des rayons déphasés en sortie fait que l'énergie du faisceau parallèle de sortie ayant traversé l'étalon se trouve concentrée sur une sé- rie de pics extrêmement fins et régulièrement répartis dans la plage spectrale du faisceau incident.La traversée d'un étalon Fabry-Pérot par un faisceau incident d'une certaine largeur spectrale équivaut donc à un découpage, dans la bande spectrale d'émission, d'un "peigne" régulier de longueurs d'ondes, chaque "dents' du peigne présentant une largeur spectrale extremement fine par rapport à l'intervalle entre deux dents consécutives. On observe le phénomène complémentaire sur le faisceau refléchi, où 11 énergie se trouve au contraire répartie sur les longueurs fondes correspondant aux intervalles entre les dents du peigne du faisceau transmis. La présente invention5 qui permet d'introduire dans une meme fibre optique et de séparer à la sortie plusieurs signaux issus de sources de même largeur spectrale sans qu'ils réagissent entre eux dans la fibre, constitue une application nouvelle des étalons Fabry-Pérot. Elle s'applique donc au multiplexage dans une fibre optique de plusieurs signaux optiques émis chacun par une source dont l'énergie est répartie sur une certaine largeur spectrale. Selon l'invention, avant introduction dans la fibre optique, chaque signal est transformé, au moyen d'un étalon de Fabry-Pérot utilisé en transmission ou en réflexion, en un signal dont lténergie est répartie sur seulement une série, ou "peigne", de longueurs d'onde comprises dans la largeur spectrale de sa source, les caractéristiques constructives et d'utilisation des étalons étant déterminées de telle sorte que pour chaque signal les longueurs d'ondes du peigne formé soient différentes de celles des autres signaux, et à la sortie de la fibre optique on utilise de la même fa çon des étalons de Fabry-Pérot pour séparer les signaux transformés, les caractéristiques constructives et d'utilisation des étalons étant déterminées de telle sorte que parmi les signaux revus un seul peigne de longueurs d'ondes passe à travers l'étalon, les autres étant réfléchis pour être si nécessaire séparés entre eux au moyen d'un autre étalon. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, pour transformer deux signaux émis à partir de deux sources de meme largeur spectrale, on utilise des étalons de Fabry-Pérot de mènes caractéristiques et sous les mènes angles d'incidence, en transmission pour l'un des signaux et en réflexion pour l'autre, de façon à introduire dans la fibre des signaux transformés de longueurs d'ondes complémentaires. Selon une autre forme particulière de réalisation de l'invention, pour transformer plusieurs signaux émis à partir de plusieurs sources de mê- me largeur spectrale, on utilise par transmission des étalons de Fabry-Pérot de memes caractéristiques, mais sous des angles d'incidence différents, de telle sorte que les dents de chaque peigne de longueurs d'ondes soient intercalées entre celles des autres peignes. L'invention sera mieux comprise par la description plus détaillée de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et illustrés par les dessins annexes. La figure i représente le schéma optique d'un ensemble permettant le multiplexage de deux signaux issus de deux sources de même longueur d'onde nominale et pratiquement de même largeur spectrale. Les figures 2, 3 et 4 montrent respectivement la structure spectrale du faisceau émis.par une source, et du faisceau transformé par transmission et par réflexion sur un étalon de Fabry-Pérot. La figure 5 représente de façon encore plus simplifiée le schéma optique d'un ensemble pour une communication en duplex, tandis que la figure 6 donne la structure spectrale des faisceaux transmis par la fibre. La figure 7 donne un autre exemple où trois signaux sont transmis simultanément dans la fibre, bien que provenant de sources de mène bande spectrale. En se référant tout d'abord à la figure 1, on verra que les signaux à transmettre sont émis à partir de deux sources lumineuses E1, E2, par exemple des diodes qui peuvent etre identiques entre elles. Chaque diode a normalement la mène bande spectrale d'émission, lténergie émise I étant, par exemple pour une diode de longueur d'onde nominale de 850 nm, à peu près étalée sur une plage continue de 830 à 870 nm ; la figure 2 représente l'allure générale de la répartition de l'énergie lumineuse sur les différentes longueurs d'ondes de la plage. Après collimation par la lentille 1, le faisceau lumineux consti- tuant le signal émis par la source E1 est envoyé sur une face de l'étalon de Fabry-Pérot F1 ; dans le faisceau de sortie T1 l'énergie lumineuse est concentrée sur un "peigne" de longueurs d'ondes tel que représenté à la figure 3. Par ailleurs le faisceau émis par la source E2 est également rendu parallèle par la lentille 2 et dirigé sur l'autre face de l'étalon F1. Le faisceau réfléchi T2 se superpose ainsi à T1, mais sans réaction de l'un sur l'autre car la structure spectrale de T2 est celle représentée à la figure 4, ctest-à-dire que l'énergie y est concentrée sur les longueurs d'ondes com- plémentaires de celles de T1. L'ensemble T1 + T2 est focalisé par la lentille 3 sur l'entrée de la fibre optique 7. On retrouve à la sortie de la fibre 7 une disposition tout-à-fait symétrique, avec une lentille de collimation 4 qui dirige sur l'étalon F2 le faisceau parallèle T1 + T2. Dans des conditions symétriques de l'entrée, seul le faisceau en peigne T1 traverse l'étalon F2 pour castre focalisé par la lentille 5 sur le détecteur D1. De la même façon le faisceau complémentaire T2 se réfléchit sur F2 pour être focalisé sur le détecteur D2 par la lentille 6. On voit qu'on a ainsi pu faire passer par la fibre 7 deux signaux indépendants, bien qu'ils soient issus de deux sources de mène bande spectre le ; en effet dans leur parcours commun les deux faisceaux T1 et T2 ne comportent pas de longueurs d'ondes communes. On notera qu'en intervertissant la source E1 et le détecteur correspondant D1, ou encore E2 et D2, on pourra réaliser une communication en duplex. Ureautre façon de réaliser une communication en duplex est représentée par le schéma de la figure 5. Ici, pour simplifier la figure, on nta pas représenté les différentes lentilles de collimation et de focalisation, mais bien entendu en réalité le montage réel comporte de telles lentilles, ou des miroirs équivalents, comme pour la figure 1. On a utilisé ici la proprieté également connue de l'étalon de Fabry-Pérot selon laquelle, quand on fait varier l'angle dtincidence du faisceau d'entrée, les dents du peigne du faisceau transmis se deplacent globalement en longueur d'onde, en conservant la même finesse de dents et le mê- me intervalle entre dents. Le faisceau T1, transformé du faisceau émis par E1 après traversée de l'étalon F1, a donc une structure spectrale en peigne comme représenté en traits pleins sur la figure 6. A l'autre extrémité de la fibre 7, le faisceau émis par E2 de même bande-spectrale que E1 est également transformé par traversée d'un étalon F2 de mêmes caractéristiques que F1. Le faisceau transmis T2 présente donc la même structure en peigne que T1, avec des dents de mène largeur et de même espacement.Mais en jouant sur la position angulàire de l'un ou l'autre des étalons F1 ou F2, on obtient que les dents du peigne T2 (en traits interrompus sur la figure 6) correspondent à des longueurs d'ondes intermédiaires à celles du peigne T1 ; on aboutit à nouveau au résultat que dans leur parcours commun, y compris dans la fibre, les deux faisceaux T1 et T2 n'ont pas de longueurs tondes communes et ne réagissent pas l'un sur l'autre. A la sortie de la fibre le faisceau T1 rencontre l'étalon F2 dans des conditions qui ne lui permettent pas sa traversée, et il est entièrement réfléchi vers D1 ; de la même façon, le faisceau T2, après la sortie de la fibre, est entièrement réfléchi vers le détecteur D2 par l'étalon F1. Le nombre de peignes, ou de signaux, qu'il sera possible de superposer et donc de transmettre simultanément dépendra de leur finesse c'est à-dire de la largeur relative des dents et des intervalles entre dents. Avec des matériaux courants, par exemple le sulfure de zinc cryolithe pour les couches semi-réfléchissantes de l'étalon on peut obtenir des intervalles entre dents de l'ordre de 1 nm alors que les dents ont une largeur de 0,1 nm environ ; il sera donc possible de faire passer simultanément environ dix signaux tout en n'utilisant que des sources pratiquement identiques et émet tant sur la même bande spectrale. En outre, par exemple pour une bande spectrale de 20 nm, le peigne transmis comporte environ vingt dents, ce qui permet une bonne détection du signal. La figure 7 montre un exemple permettant de mélanger et de sépa- rer trois faisceaux indépendants. Le spectre large émis par la source E1 est découpé en un peigne T1 par traversée de l'étalon F1 et envoyé vers la fibre 7. Le peigne T2, décalé par rapport à T1 et formé à partir de la source E2 par traversée de l'étalon F2 sous une incidence différeaten ne peut pas traverser F1 qui le réfléchit vers la fibre 7 en superposition de T1. De l'autre côté le peigne T3 est formé à partir de la source E3 par la traversée de l'étalon F3 sous une incidence qui permet un décalage à la fois par rapport à T2 et T1 ; dans ces conditions, à la sortie de la fibre 7 il ne pourra traverser ni F1 ni F2, et après deux réflexions il aboutira au détecteur D3. De mène après leur sortie de la fibre 7, T2 et T1 seront globalement réfléchis par F3 vers un autre étalon F4 ; la position angulaire de F4 sera déterminée de telle sorte que par exemple il laisse passer T1 vers D1 et réfléchisse T2 vers D2. On pourra ainsi constituer de la même façon des ensembles plus complexes pour un nombre croissant de signaux. On pourra aussi, pour faire varier la position des dents des différents peignes à superposer sans longueurs d'ondes communes, utiliser sous les mêmes angles des étalons d'épaisseurs très légèrement différentes. REVENDICATIONS 1.- Procédé de multiplexage dans une fibre optique (7) de plusieurs signaux optiques émis chacun par une source (E1 - E2) dont l'énergie est répartie sur une certaine largeur spectrale, caractérisé par le fait que avant introduction dans la fibre optique (7), chaque signal est transformé au moyen d'un étalon de Fabry-Pérot (F1 - F2) utilisé en transmission ou en réflexion, en un signal (T1 - T2) dont l'énergie est répartie sur seulement une série, ou "peigne", de longueurs tondes comprises dans la largeur spectrale de sa source, les caractéristiques constructives et d'utilisation des étalons (F1 - F2) étant déterminées de telle sorte que pour chaque signal les longueurs d'ondes du peigne (T1 - T2) formé soient différentes de celles des autres signaux, et par le fait qu'à la sortie de la fibre optique (7) on utilise de la même façon des étalons de Fabry-Pérot pour séparer les signaux transformés, les caractéristiques constructives et d'utilisation des étalons étant déterminées de telle sorte que parmi les signaux revus un seul peigne de longueurs d'ondes passe à travers l'étalon, les autres étant réfléchis pour être si nécessaire séparés entre eux au moyen dtun autre étalon. 2.- Procédé de multiplexage selon revendication 1, caractérisé par le fait que, pour transformer deux signaux émis à partir de deux sources (E1 - E2) de même bande spectrale, on utilise des étalons de Fabry-Pérot (r1) de mêmes caractéristiques et sous les mènes angles dtinci- dence, en transmission pour l'un des signaux et en réflexion pour l'autre, de façon à introduire dans la fibre (7) des signaux transformés (T1 - T2) de longueurs d'ondes complémentaires. 3.- Procédé de multiplexage selon revendication 1, caractérisé par le fait que pour transformer plusieurs signaux émis à partir de plusieurs sources (E1 - E2) de même bande spectrale, on utilise par transmission des étalons de Fabry-Pérot (F1 - F2) de mènes caractéristiques, mais sous des angles d'incidences différentes, de telle sorte que les dents de chaque peigne (T1) de longueurs d'ondes soient intercalées entre celles des autres peignes (T2). 4.- Procédé de multiplexage selon revendication 1, caractérisé par le fait que pour transformer plusieurs signaux émis à partir de plusieurs sources (E1 - E2) de même bande spectrale, on utilise par transmission sous les mêmes angles d'incidence des étalons de Fabry-Pérot (F1 F2) d'épaisseurs différentes, de telle sorte que les dents de chaque peigne 2 (Tl)de longueurs d'ondes soient intercalées entre celles des autres peignes (T2).