Brevet FR2512297A1 — publié le 19830304

ta présente invention concerne la transmission de signaux optiques et, plus particulièrement, le multiplexage d'une pluralité de voies de transmission de signaux optiques. Actuellement, le procédé de multiplexage de voies optiques le plus souvent utilisé consiste à affecter une gamme de fréquences à chacune des voies et à répartir ces gammes de manière à éviter leur chevauchement Il est évident que ce procédé entraîne l'utilisation d'une partie considérable du spectre disponible pour n'accomoder qu'un nombre relativement faible de voies optiques De plus, comme les gammes de fréquences respectives peuvent dériver dans le temps, il faut sélectionner leur largeur en tenant compte de cette dérive pour éviter un recouvrement des voies dans les conditions de transmission les plus mauvaises, ou alors accepter un certain degré d'inter- férence permanente entre les voies Cette dernière solution est souvent inacceptable, si bien que le nombre de voies optiques que l'on peut transmettre par multiplexage sur un canal optique commun est encore réduit en raison de l'élargissement des gammes de fréquences affectées aux voies individuelles. Un objet de la présente invention réside, par conséquent, dans le fait d'éliminer les inconvénients de la technique antérieure. Plus particulièrement, l'invention propose une méthode de multiplexage de voies de transmission de signaux optiques sur un canal de transmission optique commun, qui ne présente pas les inconvénients des méthodes de multiplexage classique. Selon un autre objet de l'invention, on développe une méthode de transmission de signaux optiques multiplexés sur un support optique commun, qui permet un accroissement considérable du nombre de voies transmises dans une partie du spectre disponible, sans interférence permanente entre les voies. Un système de transmission de signaux optiques particulièrement approprié à la mise en oeuvre de cette méthode constitue également un objet de l'invention, ce système étant conçu pour être de fabrication simple et à coût réduit, facile à utiliser et néanmoins d'un fonctionnement fiable. La méthode de transmission de signaux optiques multiplexés conformément à l'invention est principalement caractérisée par le fait que chaque voie optique est produite au moyen d'un laser à injection multimode, la longueur totale de la cavité de chaque laser est prévue de façon que le spectre du signal de sortie du laser ait une séparation intermode spécifique qui diffère de celle des autres lasers pour permettre la discrimination des différentes voies, et les signaux de sortie des lasers multimodes sont combinés pour leur transmission sur un canal optique commun. Selon une autre caractéristique de l'invention il est fourni un système de transmission de signaux optiques comprenant un émetteur, un canal optique et un récepteur dans lequel une pluralité de voies de transmission optique sont multiplexées dans l'émetteur, chaque voie optique est produite au moyen d'un laser à injection multimode dont la cavité résonante a une longueur telle que le spectre du signal de sortie multimode du laser présente une séparation intermode qui diffère de celle des autres lasers pour permettre la discrimination des voies optiques, et les signaux de sortie des lasers multi- modes sont combinés sur le canal optique pour être transmis au récepteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, les gammes de fréquences respectives de trois voies optiques multiplexées en longueur d'onde de façon classique; la figure 2, la dérive de la réponse gain/longueur d'onde d'un laser monomode la figure 3, la dérive de la réponse d'un laser multimode les figures 4 à 7, des vues schématiques en élévation de quatre exemples de montages appropriés au réglage de la séparation intermode des signaux de sortie de lasers multimodes, conformément à l'invention la figure 8, des graphes relatifs au fonctionnement de trois lasers multimodes et de leurs filtres en peigne associés pour trois voies multiplexées en longueur de cavité selon la présente invention la figure 9, une vue schématique en élévation d'un étalon de séparation de voies utilisable dans un démultiplexeur. Comme on l'a indiqué dans le préambule, le multiplexage de signaux optiques en longueur d'onde est un procédé classique, mais qui présente divers inconvénients La figure 1 illustre un système de multiplexage en longueur d'onde de trois voies optiques au moyen de trois lasers à un seul mode longitudinal. Le spectre du signal fourni par chaque laser (pour chaque voie),par rapport à celui des autres lasers, est indiqué. Le spectre de sortie étroit des lasers à injection à mode longitudinal unique (voir figure 2) rend ces derniers très intéressants comme sources de signaux optiques dans les systèmes de transmission sur fibre optique par multiplexage des signaux en longueur d'onde Cependant, plus la réponse spectrale d'une source est étroite, plus long est son temps de cohérence Si ce dernier est plus long que les retards entre modes d'un système de trans- mission par fibre optique multimode, un bruit modal peut être engendré par toute atténuation sélective d'un mode La source idéale d'un système à fibre optique multimode devrait pour cela présenter un large spectre et, par conséquent, une faible durée de cohérence La longueur d'onde d'un laser particulier est une fonction de ses différentes conditions de fabrication et les lasers fonctionnant aux longueurs d'ondes des différentes voies doivent donc être sélectionnés après leur fabrication quand on utilise des voies très rapprochées Toutefois, comme la longueur d'onde des lasers à injection à mode longitudinal unique varie en fonction de leur température d'utilisation et de leur vieillissement, il est nécessaire de prévoir un grand espacement des voies pour éviter la dérive d'une voie dans la voie adjacente Cette dérive du gain avec la température et le temps est indiquée figure 2. Les lasers à modes longitudinaux multiples (lasers multimodes) ont un spectre de sortie étendu et, par conséquent, un bref intervalle de cohérence, c'est pourquoi ils sont particulièrement intéressants comme sources de signaux optiques en raison du faible bruit modal qu'ils introduisent. Quand un laser oscille selon plusieurs modes longitudinaux, l'espacement AA, entre les modes (raies spectrales) est déterminé par la longueur efficace L de la cavité de la source en fonction de l'équation A"VA =A/2 L La courbe en trait plein de la figure 3 représente la réponse spectrale d'un tel laser à modes longitudinaux multiples L'enveloppe de ces lignes spectrales est déterminée de façon prédominante par la caractéristique de gain du laser Ainsi, le nombre de modes longitudinaux ou lignes spectrales sera proportionnel à la longueur de la cavité. Contrairement à la technique antérieure, la présente invention propose un système de transmission multiplex dans lequel la séparation des voies est effectuée non pas par la longueur d'onde mais par la longueur effective de la cavité de la source, la distance entre modes (lignes) permettant la discrimination des voies de transmission Une telle technique peut être appelée multiplex de longueur de cavité ou multiplex de distance entre modes multiples. Le filtre adapté pour une telle source est un filtre en peigne qui peut être obtenu par l'emploi d'un étalon de Fabry-Pérot ayant une longueur de cavité égale à celle de la source, comme cela sera décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit. Le signal de sortie de chaque laser multimode - à multiplexer avec d'autres signaux analogues doit donc présenter une distance entre modes A, qui est réglée à une valeur déterminée pour fournir la voie associée. Cela peut être réalisé de différentes façons dont on va maintenant donner quelques exemples en se reportant aux figures 4 à 7 Dans l'exemple des figures 4 et 5, la cavité laser totale (efficace) comporte un réflecteur arrière externe (miroir) dont la position détermine la longueur de cette cavité et donc la distance entre les l O modes En figure 4, le faisceau sortant dé le face arrière d'un laser à semi-conducteur 10 est collimaté sur un miroir plan 12 qui constitue une extrémité de la cavité, au moyen d'une lentille 11 La face arrière du laser peut être revêtue d'un matériau anti-réfléchissant pour réduire l'effet de la cavité dans le laser proprement dit La face avant du laser agit comme autre réflecteur (partiel) d'o le signal de sortie est injecté dans une fibre optique 13 La distance entre modes peut être réglée simplement en déplaçant le miroir 12 pour fixer la longueur de la cavité et le nombre de modes longitudinaux du laser La réflexion du miroir 12 peut être inférieure à 100 % afin qu'une petite quantité d'énergie optique puisse le traverser pour atteindre un détecteur ou moniteur optique situé derrière lui, si on le désire Une commande du laser par contre-réaction peut alors être réalisée Le montage de la figure 5 est analogue à celui de la figure 4, un miroir sphérique 14 (concave) de distance focale appropriée remplaçant la lentille Il et le miroir plan 12. La figure 6 représente l'exemple le plus simple possible, pour lequel la cavité est celle du laser lui-même et le réglage de la voie (distance entre modes) est obtenu par clivage du laser 15 à la longueur appropriée Un tel dispositif présente toutefois l'inconvénient de conduire à des courants de seuil élevé pour l'effet laser en raison des grandes longueurs de cavité nécessaires à un grand nombre de modes longitudinaux et des pertes dans le matériau semi-conducteur. L*a fiqure 7 donne un exemple dans lequel une longueur de cavité s'ajoutant à celle du laser 10 lui-même est fournie par un guide d'onde optique ou une section de fibre optique monomode 16 placée derrière le laser 10 Cette section de fibre 16 constitue une cavité externe et pourrait également être située entre le laser et la fibre 13 La distance entre modes est réglée en agissant sur la longueur de ce guide ou de cette section de fibre 16 Dans le montage représenté figure 7, l'extrémité 17 opposée à la fibre 13 de la section de fibre 16 devrait être partiellement ou complètement argentée. De préférence, le laser à semi-conducteur 10 ou 15 est du type multimode stable, c'est-à-dire qu'il assure un fonctionnement dans plusieurs modes de façon permanente et non pas de simples changements de modes. Dans les dispositifs des figures 4, 5 et 7 la cavité externe domine toutes les autres cavités pour la détermination de la distance entre les modes longitudinaux. Les signaux de sortie d'une pluralité de tels lasers multimodes présentant différentes distances entre modes sont combinés pour la transmission à un récepteur sur un support optique commun, par exemple au moyen d'un mélangeur à fibres optiques à coeurs fusionnés. Un démultiplexeur de signaux optiques multiplexés par longueur de cavité comprend un filtre en peigne pour chaque voie La figure 8 représente le fonctionnement des trois filtres en peigne Fl, F 2, F 3 qui sont requis pour démultiplexer les signaux de sortie multiplexés par longueur de cavité des trois lasers multimodes LI, L 2, L 3. Ces lasers ont des distances respectives entre modes a 1 6 X 2 et ^ A 4 et leurs signaux de sortie sont transmis sur le canal optique commun Comme déjà mentionné, ces filtres en peigne peuvent être réalisés avec des étalons de Fabry-Pérot qui comprennent des miroirs 20 et 21 partiellement réfléchissants (figure 9) La distance entre les miroirs détermine la voie sélectionnée De tels composants peuve nt être intégrés dans la fibre ou dans un dispositif d'optique 12297 intégrée. Un signal composé des voies 1, 2 et 3, reçu à l'extrémité de la fibre 19, peut être décomposé par collimation du faisceau au moyen d'unée lentille 22 Si la longueur de l'étalon est L 2 =A 2/Z A 2, seule la lumière correspondant à la voie 2 est transmise par cet étalon à la lentille 23 et, de là, à une fibre optique de sortie 24. La lumière correspondant aux voies l et 3 est réfléchie par l'étalon sur une fibre 25 Ces voies 1 et 3 peuvent être séparées de manière analogue avec un étalon de longueur adéquate, Ll ou L 3 La longueur de cavité de l'étalon (distance entre les miroirs) correspond à la longueur totale (efficace) de cavité du laser multimode correspondant. Chaque récepteur pourrait ainsi comprendre un étalon préréglable, constitué par un dispositif à expansion de faisceau, tel que seule la lumière à des longueurs d'ondes qui coïncident avec la "dent" du filtre en peigne puisse le traverser, toutes les autres composantes optiques étant réfléchies en arrière et couplées à une autre fibre optique 25 La lumière réfléchie est appliquée à un autre étalon, et ainsi de suite, jusqu'à ce que toutes les voies aient été séparées. Si les longueurs de cavité pour les différentes voies sont convenablement choisies, par exemple si elles ne sont pas en relation harmonique, la diaphonie la plus forte, quoiqu'intermittente, ne se produit que lorsqu'une ligne spectrale d'une voie à rejeter coincide avec une "dent" du filtre en peigne. L'avantage du multiplexage par longueur de cavité est que le système continue de fonctionner pour n'importe quelle longueur d'onde moyenne émise par le laser, que les voies se recouvrent ou non, ce qui élimine complètement le besoin de sélectionner la source sur la base de sa longueur d'onde, de son comportement en température et des variations de longueur d'onde dans le temps Ce type de multiplexage exploite avantageusement les intervalles libres du spectre d'énergie optique des -12297 lasers multimodes et la discrimination des voies est fondée sur la variation de longueur de ces intervalles. Le système est insensible aux changements de la fréquence centrale moyenne des lasers. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 12297 RLVEINDICAT IONS 1 Méthode de transmission d'une pluralité de signaux optiques dans des voies multiplexées sur un canal de transmission optique commun, caractérisée par le fait qu'elle comprend la génération des voies optiques individuelles dans des lasers à injection multimodes respectifs ( 10,15) dont chacun a une longueur totale de cavité telle que le spectre optique multirode qu'il émet présente une distance entre les modes (AA) distincte de celle des autres lasers, d'o la possibilité de discriminer les voies en fonction de ces différentes distances (AAî 142 ' A 3), et le multiplexage des voies optiques individuelles ainsi formées sur un canal de transmission optique commun ( 13) permettant la propagation du signal multiplex résultant. 2 Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite génération des voies optiques consiste à définir au moins une des cavités de laser entre un laser à semi-conducteur multimode ( 10) et un miroir plan ( 12) monté à l'arrière dudit laser, à interposer une lentille ( 11) entre la face arrière du laser et le miroir plan pour collimater le faisceau émergeant de ladite face arrière sur ledit miroir, et à régler la distance entre la lentille et le miroir plan pour déterminer la longueur totale de cavité du laser et ainsi la distance entre les modes pour cette voie particulière. 3 Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite génération des voies optiques consiste à définir-au moins une des cavités de laser entre un laser à semi-conducteur multimode ( 10) et un miroir concave ( 14) qui focalise la lumière sur le plan arrière dudit semi-conducteur, et à faire varier la distance focale dudit miroir concave pour régler ainsi la longueur totale de cavité du laser et, par conséquent, la distance entre les modes pour cette voie particulière. 4 Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite génération des voies optiques consiste à définir au moins une des cavités de laser entre un laser à semi-conducteur multimode ( 10) et une section de fibre optique monomode ( 16) montée en série avec ledit semiconducteur, et à faire varier la longueur de ladite section de fibre optique pour régler ainsi la longueur totale -de cavité du laser et, par conséquent, la distance entre les modes pour cette voie particulière. 5 Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite génération des voies optiques consiste à définir au moins une des cavités de laser dans un laser à semi-conducteur multimode ( 15) et à choisir la longueur dudit laser pour déterminer sa longueur totale de cavité et, par conséquent, la distance entre les modes pour cette voie particulière. 6 Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend encore une phase de démultiplexage des voies optiques combinées après leur passage dans le canal de transmission optique commun ( 13), ce démultiplexage incluant le traitement desdites voies optiques individuelles dans un filtre en peigne ( 20,21). 7 Méthode conforme à la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit traitement d'une voie optique particulière dans un filtre en peigne consiste à appliquer le signal optique de ladite voie à un étalon de Fabry-Pérot comportant une paire de miroirs semi- argentés ( 20,21) espacés l'un de l'autre d'une distance (L 2) égale à la longueur'totale de cavité du laser respectif qui a généré ledit signal optique de ladite voie particulière ( 2). 8 Système de transmission d'une pluralité de signaux optiques dans des voies multiplexées sur un canal de transmission optique commun, caractérisé par le fait qu'il comprend un émetteur comportant une pluralité de lasers à injection multimodes ( 1 à 3), un pour chacune desdites voies optiques, et chaque laser ayant une longueur totale de cavité (Ll à L 3) telle que le spectre optique multimode qu'il émet présente une distance entre les modes distincte de celle de chacun des autres lasers Q 2 àA à A 3), d'o une discrimination possible de la voie associée en fonction de cette distance particulière entre modes; un moyen de multiplexage des voies optiques sur ledit canal de transmission optique commun ( 13); et un récepteur pour lesdits signaux optiques transmis par ledit canal optique commun dans lesdites voies multiplexées. 9 Système de transmission conforme à la revendica- tion 8, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits lasers comprend un laser à semi-conducteur multimode ( 10), un miroir plan ( 12) monté à l'arrière du semi-conducteur et définissant ladite cavité respective avec ledit semi-conducteur, et une lentille ( 11) interposée entre ledit semiconducteur et ledit miroir plan afin de collimater le faisceau émergeant de la face postérieure du semi-conducteur sur le miroir plan; ainsi que des moyens de modifier la longueur totale de ladite cavité pour régler la distance entre les modes de cette voie particulière, y compris un moyen de montage dudit miroir plan ( 12) de manière qu'il puisse être rapproché ou écarté de ladite face antérieure du laser à semi-conducteur ( 10) et un moyen de déplacement dudit miroir plan. 10 Système de transmission conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits lasers comprend un laser a semi-conducteur multimode ( 10) et un miroir concave ( 14) focalisant la lumière à l'arrière dudit semi-conducteur et définissant ladite cavité respective avec ce semi-conducteur; ainsi que des moyens de modifier la longueur totale de ladite cavité pour régler la distance entre les modes de cette voie particulière, y compris un moyen de faire varier la distance focale dudit miroir concave ( 14). 11 Système de transmission conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits lasers comprend un laser à semi-conducteur multimode ( 10) et une section de fibre optique monomode 12 - ( 16) montée en série avec ledit semi-conducteur et définissant ladite cavité respective avec ce dernier ainsi que des moyens de modifier la longueur totale de ladite cavité pour régler ainsi la distance entre les modes de cette voie particulière, y compris un moyen de faire varier la longueur de ladite section de fibre ( 16). 12 Système de transmission conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait qu'au moins un desdits lasers comprend un laser à semi-conducteur multimode ( 15) dont la longueur est choisie pour définir la distance-entre modes associée à cette voie particulière. 13 Système de transmission conforme à la revendication 8, caractétisé par le fait que ledit récepteur comprend des moyens de démultiplexage desdites voies optiques, qui comportent au moins un filtre en peigne ( 20,21). 14 Système de transmission conforme à la revendication 13, caractérisé par le fait que ledit filtre en peigne est associé à une voie optique particulière ( 2) et comporte un étalon de Fabry-Pérot dans lequel une paire de miroirs semi-argentés ( 20,21) sont espacés l'un de l'autre d'une distance (L 2) égale à la longueur totale de ladite cavité du laser respectif qui produit ladite voie optique particulière ( 2).