Brevet FR2535555A1 — publié le 19840504

Dispositif de transmission à grande distance par fibre optique La presente invention concerne la transmission dwinformations à grande distance par fibre optique. Un dispositif de réalisation d'une telle transmission comporte classiquement les éléments suivants - un générateur remettant une lumière multichromatique modulable par une information à transmettre, - une fibre optique de transmission faite de silice, recevant cette lumière et la transmettant, - et un détecteur recevant la lumière en sortie de cette fibre pour fournir un signal representatif de l'information qui l'a modulée. La transmission å l'aide d'un tel dispositif pose deux problèmes fondamentaux qui n'affectent pas son principe-mais qui affectent à tel point son prix de revient que la possibilité pratique de réaliser de nombreuses liaisons depend essentiellement des solutions apportees à ces problèmes. Un premier problème est celui de l'atténuation de la lumière au cours de sa propagation dans sa fibre.Il est en principe résolu en utilisant un générateur de lumière modulable capable d'injecter une puis sance aussi grande que possible dans la fibre, un détecteur aussi sensible que possible, et des répéteurs amplificateurs suffisamment rapproches les uns des autres le long de la fibre de transmission compte tenu des générateurs et détecteurs disponibles et du coefficient d'atténuation de la fibre. Mais on rencontre vite des limitations .techniques et aconomiques en ce qui concerne la puissance utile du générateur et la sensibilité du détecteur.Quant au nombre des répéteurs il augmente évidemment le coût du dispositif C'est pourquoi çon a toujours cherche à diminuer le coefficient d'atténuation de la fibre qui dépend évidemment de la nature de la fibre et de la lumière utilisees. I1 a ete en particulier proposé dans ce but d'utiliser des fibres de silice pure ou dopée, et une lumière infrarouge de longueur d'onde voisine de 1550 nm. Il est souhaitable qùe ces fibres soient unimodales pour obtenir une bande spectrale utile suffisam meat large pour assurer un grand débit d'information. Le dispositif selon la présente invention utilise ces dispositions bien connues. Celles-ci ne résolvent malheureusement pas un deuxième problème fondamental qui est- celui de la dispersion chromatique. La lumière du générateur présente en effet une largeur de bande spectrale nullement négligeable, et la vitesse de propagation de groupe dans la fibre varie sensiblement selon la composante spectrale considérée de cette lumière. Il en résulte que la largeur de la bande utilement transmise est d'autant plus faible que la longueur de la fibre de transmission est plus grande, ce qui limite en pratique la distance de transmission. Deux solutions ont été proposées pour accroître cette distance de transmission en conservant une largeur de bande transmise convenable. Une première solution connue consiste à diminuer la largeur spectrale de la lumière injectée dans la fibre. Cette solution est notamment exposée dans l'article de K. UTAKA, K. Kobayashi, Y. Suematsu, "Rapid Modulation characteristics of 1.5-1.6 micron distributed Bragg reflector integrated twin-guide lasers", in Digest cf Technical Papers, Internat. Conf. integrated opt. and opt. comm., San Francisco, April 1981, Optical Society of America, Washington, D.C., papier Tu D5. Compte tenu de la nécessité de conserver une puissance injectée importante, cette solution conduit à un prix de revient trop élevé du générateur en même temps qu'à une fabrication très délicate. Une deuxième solution connue consiste à agir sur la loi de variation de l'indice optique dans la fibre de transmission en fonction de la distance à l'axe de celle-ci. Un choix convenable de cette loi permet d'obtenir que la vitesse de groupe dans la fibre présente un minimum pour la longueur d'onde moyenne utilisée, et donc que cette vitesse varie très peu dans la bande de fréquences utilisée-. Cette solution est notamment exposée dans l'article de M. Monerie "Propagation in doubly clad single mode fibersn (IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol QE 18, pp 535-542, April 1982). Dans le cas de la longueur d'onde moyenne précisée ci-dessus et permetant d'obtenir une très faible atténuation, cette deuxième solution condUit à des exigences très sévères quant à la fabrication de la fibre de transmission, et à un prix de revient élevé de celle-ci. La présente invention a pour but de permettre une transmission d'information par fibre optique à grande distance et à large bande passante pour un prix de revient diminué. Le dispositif de transmission utilisé selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte - un monochromateur recevant la lumière en sortie de la fibre optique de transmision, et la séparant en un ensemble de- faisceaux monochromatiques juxtaposés de longueurs d'onde différentes, - et un ensemble correspondant de tronçons de fibres optiques souples dont les entrées sont juxtaposées pour recevoir chacune l'un de ces faisceaux, et dont les sorties convergent sur ledit détecteur, ces tron çons présentant des longueurs différentes propres à compenser les différences des temps de propagation de groupe des lumières des différentes longueurs d'onde dans la fibre de transmission. Il permet d'obtenir une compensation des différences de temps de propagation qui est certes partielle, mas suffisante en pratique, avec un prix de revient inférieur à celui qui aurait résulté d'une utilisation des solutions antérieurement connues. A l'aide de la figure schématique unique-ci-jointe on va décrire ci-après, à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, saris sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Cette figure représente une vue d'un dispositif de transmission à grande distance par fibre optique selon l'invention. Ce dispositif comporte un générateur de lumière olassique 6- d'un prix de revient modéré. Ce générateur émet un faisceau lumineux infrarouge qui s'étend entre 1548 et 1552 nm de longueur d'onde et qui est module en amplitude par une information d'entrée -appliquée sur une borne 7. Il est muni d'un système d'injection 8 qui injecte la lumière dans une fibre de transmission monomode à saut d'indice 1 d'un type connu. Celletci présente un très faible coefficient d'atténuation à cette longueur d'onde, et elle a un prix de revient au kilomètre modéré, mais elle a un coefficient de dispersion chromatique important au voisinage de cette longueur d'onde. On rencontre ensuite les éléments suivants - Une optique de collimation 2 (lentille ou miroir) permettant de rendre le faisceau portant de la fibre 1 "parallèle"2 l'extrémité de la fibre 1 étant dans le plan focal objet. - Un élément dispersif en longueur d'onde 3, tel qu'un prisme de verre, ou un réseau (gravé ou holographique). - Et une optique de focalisation 4 (lentille ou miroir), focalisant les faisceaux de différentes longueurs d'onde fournis par l'élément 3. Chaque longueur d'onde sortant de la fibre 1 fournit donc un point image dans le plan focal image de l'optique 4. Deux longueurs d'ondes séparées par un intervalle VL fournissent deux points séparés par un intervalle VX dans le plan focal, transversalement à l'axe optique de l'optique 4 et parallèlement au plan de dispersion. En fait, l'ensemble des éléments 2, 3 et 4 constitue un monochromateur classique, et leurs caractéristiques peuvent être calculées comme pour tout monochromateur, par l'homme du métier. Il faut notamment que l'ouverture numérique de l'optique 2 soit supérieure à celle du faisceau sortant la fibre 1 afin de ne pas trop perdre d'énergie. Un ensemble de tronçons de fibres optiques 5 est arrangé de telle sorte qu'à une extrémité d'entrée, disposée le long de la "ligne image" de l'extrémité de la fibre 1, les fibres soient disposées en réseau linéaire, avec des coeurs tangents, éventuellement déformés pour éviter toute perte de lumière. Ceci peut être réalisé, avec des fibres verre-plastique ou verre-verre après abrasion ou dissolution de la gaine. A l'autre extrémité, les tronçons de fibres sont serrés en réseau et convergent sur un photodétecteur 9 qui, par l'intermédiaire d'un circuit 10, fournit une information de sortie sur une borne 11. La longueur de chaque tronçon de fibre est ajustée de telle sorte que les différences de temps de propagation (à peu près 5 ns/mètre) entre tronçons de longueurs différentes compensent exactement les différences de temps de propagation appliquées par la fibre 1 entre les longueurs d'onde correspondant aux divers tron çons. Plus précisément la fibre de transmission 1 peut présenter globalement une dispersion chromatique de 1 ns/nm (cas typique de fibres monomodes, avec une dispersion de 15 ps/nm x km à 1550 nm de longueur d'onde et 70 km de longueur de fibre au plus). Bien entendu, pour chaque réalisation pratique, la valeur exacte de dispersion doit être mesurée sur la ligne installée et les longueurs des tronçons de l'ensemble 5 ajustées exactement. On souhaite que la dispersion globale du système ne dépasse jamais 0,6 ns pour une lumière des longueurs d'onde comprises entre 1548 et 1552 nm. On utilisera pour l'ensemble 2, 3, 4 un agencement "olassique" de monochromateur fournissant par exemple une dispersion VL/VX - 5 nm/mm. L'ensemble compensateur comporte alors 19 tronçons de fibres optiques 5 dont les axes d'entrée sont régulièrement espacés de 0,055 mm, et la rangée de fibres est positionnée de façon à couvrir la gamme de longueurs d'onde spécifiée. En allant régulièrement du tronçon de fibre qui reçoit la longueur d'onde ayant subi le plus faible délai de transmission vers celui qui reçoit la longueur d'onde ayant subi le plus long délai de transmission, on raccourcit régulièrement chaque tronçon de 5cm environ par rapport au précédent (pour un indice de groupe de 1,5), soit une diminution régu hère de 025 ns de délai de propagation tous les 0,5 nm de longueur d'onde, compensant exactement la dispersion de la ligne. Comme on le voit, la compensation se faisant par paliers, il reste une dispersion globale de 0,5 ns, inférieure à celle souhaitée de 0,6 ns. Finalements alors que sans le dispositif décrit ici, le système aurait vu sa capacité de transmission très limitée (une source couvrant le spectre 1548 nm - 1552 nm aurait fourni un élargissement d'impulsions transmises de 4 n9), le dispositif décrit ici augmente considérablement la capacité de transmission (d'un facteur 8 dans l'exemple pris). REVENDICATIONS 1/ Dispositif de transmission à grande distance par fibre optique comportant - un générateur (6) émettant autour de 1550 nm de longueur d'onde, une lumière multichromatique modulable par une information à transmettre, - une fibre optique de transmission (1) faite de silice, recevant cette lumière et la transmettant selon un mode unique avec une faible atténuation, - et un détecteur (9) recevant la lumière en sortie de cette fibre pour fournir un signal représentatif de l'information qui l'a modulée, - ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte :: - un monochromateur (2, 3, 4) recevant la lumière en sortie de cette fibre de transmission (1), et la séparant en un ensemble de faisceaux monochromatiques juxtaposés de longueurs d'onde différentes, - et un ensemble correspondant de tronçons de fibres optiques souples (5) dont les entrées sont Juxtaposées pour recevoir chacune l'un de ces faisceaux, et dont les sorties convergent sur ledit détecteur (9), ces tronçons présentant des longueurs différentes propres à compenser les différences des temps de propagation de groupe des lumières des différentes longueurs d'onde dans la fibre de transmission. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les entrées desdits tronçons de fibres optiques (5) sont alignées tandis que leurs sorties sont disposées selon un réseau hexagonal compact. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la gaine de chacun desdits tronçons de fibres optiques (5) est au moins partiellement éliminée aux deux extrémités de ce tronçon.