Brevet FR2517081A1 — publié le 19830527

La présente invention a pour objet un procé- dé de détection cohérente et de démodulation d'une on- de porteuse modulée à état de polarisation variable et un dispositif de mise en oeuvre Elle trouve une ap- plication dans la transmission optique d'informa- tions, notamment par fibres optiques. Un système de transmission optique est géné- ralement constitué par un émetteur, dans lequel une onde optique est modulée par un signal contenant V'in- formation à transmettre, une ligne de transmission (généralement une fibre optique monomode), un récep- teur dans lequel l'onde transmise est démodulée. L'opération de détection peut être de type cohérent en ce sens qu'elle utilise une onde optique cohérente que l'on fait battre avec l'onde porteuse modulée, et en- gendrée à partir d'un oscillateur local convenablement asservi. Cette technique, dite de détection cohéren- te, est décrite dans de nombreux articles et ouvrages. On peut citer, par exemple, l'article de F FAVRE et al intitulé "Progress Towards Heterodyne-Type Single- Mode Fiber Communication Systems" publié dans 'Journal of Quantum Electronics", vol QE-17, NO 6, Juin 1981, pages 897 à 905. La détection cohérente nécessite que l'état de polarisation de l'onde à démoduler soit stable Or ce n'est généralement pas le cas du fait des perturba- tions apportées à l'onde durant sa propagation dans la fibre Il est alors nécessaire de prévoir des moyens aptes à corriger cette instabilité Plusieurs solu- tions ont été utilisées dans le passé: utilisation d'une fibre à maintien de polarisation, (linéaire ou circulaire), comme décrit dans l'arti- cle de L JEUNHOMME et al intitulé: "Polarisation- maintaining -single-mode fibre cable design" publié dans "Electronics Letters" 20 Novembre, 1980, vol 16 n O 24, pages 921-922, stabilisation de la polarisation par contre-réac- tion, comme décrit dans l'article de ROD C ALFER- NESS intitulé "Electrooptic Guided-Wave Device for General Polarization Transformations" publié dans IEEE Journal of Quantum Electronics" vol QE- 17, N 6, Juin 1981, pages 965-969 et dans l'article de R ULRICH intitulé "Polarization stabilization on single-mode fiber" publié dans "Applied Physics Let- ters" 35 ( 11), ler Décembre 1979, pages 840-842. Ces deux types de solutions présentent des inconvénients: pertes additionnelles dues à la struc- ture particulière de la fibre à maintien de polarisa- tion et éventuellement problèmes de vieillissement, ou pertes d'insertions importantes dans le cas du contrô- le actif de polarisation Dans les deux cas, on peut estimer l'augmentation des pertes à au moins 10 d B dans le meilleur des cas. De plus, la solution de la fibre à maintien de polarisation pose des problèmes au niveau des con- nexions entre fibres, comme décrit dans l'article de M MONNERIE, intitulé "Polarization-maintaining sin- gle-mode fiber cables: influence of joins" publié dans "Applied Optics" vol 20, N 14, 15 juillet 1981. Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients en s'affranchissant de la nécessité de disposer d'un état de polarisation stable et bien défini de l'onde à démoduler Il est alors possible d'utiliser des fibres monomodes classiques, en parti- culier celles qui sont connues pour donner le minimum d'atténuation à la longueur d'onde de travail, et de ne pas avoir recours à un contrôle actif de polarisa- tion pénalisant le bilan de la liaison. La mise en oeuvre de l'invention permet donc de réaliser un système à détection cohérente, avec un bilan de liaison supérieur à ceux des dispositifs pro- posés. On observera que le problème de la stabilité de l'état de polarisation de l'onde à détecter ne se pose pas lorsque la transmission a lieu en espace li- bre (par exemple à l'aide d'un rayonnement à 10,6 m) car le milieu de transmission est alors non ou très peu dépolarisant L'invention trouve donc surtout un intérêt dans la transmission par fibres optiques, mais naturellement les transmissions en espace libre, avec des ondes autres qu'optiques ne sont pas pour autant exclues du champ de l'invention. L'idée essentielle de l'invention est de re- porter sur les circuits électroniques de démodulation les opérations permettant de tenir compte des varia- tions de polarisation de l'onde incidente Cette transposition est possible étant donné que les bandes caractéristiques des perturbations (thermique et vi- brationnelle) se situent bien au-dessous du mégahertz et donc bien au-dessous de la fréquence de l'informa- tion. De façon précise, l'invention a pour objet un procédé de détection cohérente et de démodulation d'une onde porteuse modulée à état de polarisation va- riable, ce procédé consistant à mélanger l'onde à dé- tecter avec une onde auxiliaire émise par un oscilla- teur local asservi, et à détecter dans l'onde résul- tant du mélange l'information qui y est contenue, ce procédé étant caractérisé en ce que: on sépare l'onde à démoduler en deux composantes d'états de polarisation orthogonaux, on divise l'onde émise par l'oscillateur local en deux ondes partielles locales d'états de polarisa- tion orthogonaux respectivement identiques aux états de polarisation des deux composantes de l'onde à démoduler, on mélange chaque composante de l'onde à démoduler avec l'onde partielle locale qui a le même état de polarisation, on effectue une détection-demodulation sur chaque onde résultant du mélange, ce qui fournit des si- gnaux électriques de détection-démodulation, on combine les signaux électriques de façon à resti- tuer l'information indépendamment de l'état de polar risation de l'onde porteuse modulée. Par états de polarisation orthogonaux on en- tend des états quelconques (polarisations rectilignes de directions orthogonales, ou polarisations circu- laires droite et gauche etc) la notion d'orthogona- lité devant être prise dans un sens très général o l'intégrale de recouvrement de deux fonctions est nul- le. L'invention a également pour objet un dispo- sitif de mise en oeuvre du procédé qui vient d'être défini Ce dispositif comprend les moyens aptes à réa- liser les opérations énoncées plus haut. De toute façon, les caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre non limitatif Cette description se réfère à un dessin annexé unique, qui représente un dispositif conforme à l'invention fonctionnant en démodulation différen- tielle avec une onde porteuse modulée à deux états de phase. Tel que représenté sur cette figure, le dis- positif comprend: un séparateur 10 recevant l'onde incidente 12 qu'il s'agit de démoduler; cette onde possède une pulsa- tions et sa polarisation est dans un état quelcon- que; le séparateur 10 délivre deux ondes 14 et 16, de polarisations rectilignes, rectangulaires entre elles: la polarisation de l'onde 14 est dans le plan de la figure (ce qui est schématisé par une flèche) et celle de l'onde 16 perpendiculaire à ce plan (ce qui est schématisé par un cercle pointé); ces ondes seront désignées par la suite respective- ment par Es// et Esl; le séparateur 10 est par exem- ple un prisme biréfringent; un oscillateur local 20, délivrant une onde locale 22 de pulsation %LI qui, dans l'exemple illustré est polarisée rectilignement dans le plan de la figure; une lame semi-transparente 24 disposée sur le trajet de l'onde 22 et donnant naissance à deux ondes loca- les partielles 26 et 28; une lame demi-onde 30, qui reçoit l'onde locale par- tielle 28, dont la polarisation est dans le plan de la figure et qui la transforme en une onde 32, dont la polarisation est perpendiculaire à ce plan, c'est-à-dire parallèle à celle d'onde 16; deux voies comprenant chacune, d'une part, un dispo- sitif mélangeur 361/362 recevant l'une des composan- tes de l'onde à démoduler 14/16 et l'onde locale partielle de même direction de polarisation 26/32 et délivrant une onde mélange 381/382 et, d'autre part, un détecteur-démodulateur 401/402 recevant l'onde- mélange 381/382 et délivrant un signal électrique Sl/52 véhiculé par une connexion 421/422; ces dé- tecteurs assurent en même temps l'asservissement de l'oscillateur local 20 en délivrant un signal élec- trique à la pulsation différence 2 SL = 2 (@ S C, comme on le verra par la suite et qui constitue un signal d'erreur pour l'oscilla- teur 20; - un additionneur 44 à deux entrées reliées respecti- vement aux deux connexions 42 î et 422 et qui déli- vre, sur une sortie 46, une information (I) indépen- dante de l'état de polarisation de l'onde inciden- te 12. Ce dispositif fonctionne de la manière sui- vante: En démodulation différentielle, les détec- teurs 401/402 mélangent l'onde incidente avec une onde retardée d'une période et détectent non pas la phase a mais le saut de phase Ac d'une période à la suivante. Les deux composantes de l'onde à démoduler sont de la forme: E Sl = S cos exp i(st+s + a) S ('st 1 ES$= S sin Y ei exp i(w t + S+) expressions dans lesquelles: est un angle qui dépend de l'orientation de la po- larisation de l'onde incidente ( = O si cette direc tion est perpendiculaire au plan de la figure), s est l'amplitude de l'onde incidente, ?s est un angle représentant un bruit de phase prove- nant de la source utilisée dans l'émetteur et de la propagation, a est l'information transmise; qui est égale à O ou i dans le cas de la modulation de phase à deux états, i est le symbole des imaginaires t est le temps. Chaque onde locale partielle a pour expres- sion: 1 exp i (W Lt + L) L o i est une amplitude et ?L une phase représentant le bruit de phase de l'oscillateur local. Chaque onde locale est mélangée avec ESL ou ES// Après détection différentielle, c'est-à-dire combinaison de l'onde mélange incidente avec l'onde mélange retardée d'une période T, on obtient un signal de la forme: s 212 u 2 v 2 COS o (t) cos ' (t+T) COS lst+ 9 s L(t)+>(t) cos W SL (t+T) + 9 SLL (t+T) +a ( t+T) - o W O s L = S L =Sf w L- u est le coefficient de réflexion du mélangeur 361 v est le coefficient de transmission de ce mélangeur. En supposant les divers bruits négligea- bles, par rapport à l'onde principale, ce signal pré- cédent peut s'écrire: s 212 u 2 v 2 cos 2 ' lcos(c SLT+AC) +coslc s L( 2 t+T)+ 2 SL+ 4 à en désignant par Aa la variation de a d'une période à l'autre Par filtrage on obtient tout d'abord une com- posante à 2 'SL' qui sert à la récupération de la fré- quence intermédiaire et qui permet d'asservir l'oscil- lateur local 20 En prenant ensuite COSLT= 2 k T, confor- mément au principe de la démodulation différentielle, on obtient une composante continue, qui est délivrée par le circuit 402 sur la connexion 422 et qui est de la forme: s 212 u 2 v 2 cos 2 t cos A Ce signal contient l'information transmise par l'intermédiaire de A= mais il dépend de l'orienta- tion de la polarisation de l'onde incidente par le terme cos 2 t. Sur l'autre voie, on obtient de la même ma- nière, à la sortie du circuit 401, un signal: s 212 u 2 v 2 sin 2 %Y cos la. L'addition de ces deux signaux dans le cir- cuit 44 donne un signal égal à: s 212 u 2 v 2 cos Aa qui ne dépend plus de l'état de polarisation de l'onde incidente, ce qui est bien le résultat annoncé. REVENDICATIONS 1 Procédé de détection cohérente et de dé- modulation d'une onde porteuse modulée à état de pola- risation variable, ce procédé consistant à mélanger l'onde à détecter avec une onde auxiliaire émise par un oscillateur local asservi, et à détecter dans l'on- de résultant du mélange l'information qui y est conte- nue, caractérisé en ce que: on sépare l'onde à démoduler en deux composantes d'états de polarisation orthogonaux, on divise l'onde émise par l'oscillateur local en deux ondes partielles locales d'états de polarisa- tions orthogonaux respectivement identiques aux états de polarisation des deux composantes de l'onde à demoduler, on mélange chaque composante de l'onde à démoduler avec l'onde partielle locale qui a le même état de polarisation, on effectue une détection-démodulation sur chaque onde résultant du mélange, ce qui fournit des si- gnaux électriques de détection-démodulation, on combine les signaux électriques de manière a res- tituer l'informationindépendamment de l'état de po- larisation de l'onde porteuse modulée. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la démodulation est une démodulation différentielle ou cohérente et en ce qu'on ajoute les signaux correspondants' de chaque détecteur démodula- teur. 3 Dispositif de détection cohérente et de démodulation d'une onde porteuse modulée à état de po- larisation variable, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ce dispositif comprenant un oscillateur local asservi émettant une onde locale, caractérisé en ce qu'il comprend: un séparateur de faisceau ( 10) recevant l'onde por- teuse ( 12) et la séparant en deux composantes ( 14, 16) d'états de polarisation orthogonaux, un moyen ( 24, 30) recevant l'onde locale ( 22) prove- nant de l'oscillateur local ( 20) et la séparant en deux ondes locales partielles ( 26, 32) d'états de polarisation orthogonaux, respectivement identiques aux états de polarisation des deux composantes déli- vrées par le séparateur ( 10), une première voie de détection-démodulation compre- nant un premier mélangeur ( 361) recevant une des composantes de l'onde à démoduler ( 14) et celle des ondes locales partielles ( 26) ayant même direction de polarisation, ce premier mélangeur ( 361) déli- vrant une première onde-mélange ( 381), un premier détecteur-démodulateur ( 401) recevant cette premiè- re onde-mélange ( 381) et délivrant un premier ensem- ble de signaux électriques 51, une seconde voie de détection-démodulation compre- nant un second mélangeur ( 362) recevant l'autre com- posante ( 16) de l'onde à démoduler et l'autre onde locale partielle ( 32) ayant même état de polarisa- tion, ce second mélangeur ( 362) délivrant une secon- de onde-mélange ( 382), un second détecteur-démodu- lateur ( 402) recevant cette seconde onde-mélange ( 382) et délivrant un second ensemble de signaux électriques ( 52), un circuit de combinaison ( 44) des premier et second ensembles de signaux électriques ( 51 et 52). 4 Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les premier et second détecteurs- démodulateurs ( 401/402) effectuent une démodulation différentielle ou cohérente et en ce que le circuit de combinaison ( 44) est un ensemble d'additionneurs à deux entrées reliées chacune à l'un des détecteurs- démodulateurs.