Brevet FR2538569A1 — publié le 19840629

La présente invention a pour objet un isolateur optoacoustique destiné aux systèmes de transmission optique ou aux capteurs optiques. Les diodes laser à semi-conducteur sont sensibles aux variations de leur charge de sortie et il est par conséquent souhaitable de les protéger contre la lumière réfléchie par le système utilisateur. I1 existe donc un besoin pour une sorte d'isolateur optique à transmission unidirectionnelle. Traditionnellement, on utilise à cette fin des effets magnétiques, tels que la rotation de Faraday, en combinaison avec des filtres de polarisation pour obtenir un organe ayant un comportement non symétrique dans le trajet de transmission optique, mais ce mécanisme est faible, en ce qui concerne les milieux de transmission habituellement utilisé. De plus, il semble improbable que des solutions optiques intégrées appliquant cette technique apparaissent un jour. La présente invention a pour objet un isolateur optoacoustique comprenant un dispositif de diffraction de Bragg opto-acoustique dans le trajet de sortie d'une source de lumière monochromatique et, entre ce dispositif et la source, un filtre optique accordé à la fréquence optique de la source L'invention procure également une méthode pour isoler une source de lumière à diode semi-conductrice des variations dans sa charge de sortie consistant à transmettre la lumière issue de la diode à travers un filtre optique accordé à la fréquence de sortie de la diode et ensuite à travers un dispositif de diffraction opto-acoustique de Bragg, de sorte que la fréquence de la lumière de sortie soit modifiée et que toute lumière réfléchie depuis la charge ait sa fréquence une nouvelle fois modifiée par le dispositif de Bragg dans des proportions telles qu'elle soit arrêtée par le filtre. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de fanon plus détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, le mécanisme de diffraction optoacoustique de Bragg, et - la figure 2, un isolateur opto-acoustique conforme à l'invention La présente invention est basée sur ie fait qu'une onde optique soumise à une diffraction opto-acoustique de Bragg voit sa fréquence optique modifiée par la fréquence acoustique. Ce mécanisme est illustré par la figure l dans laquelle une onde optique incidente de fréquence f se présentant sous un o certain angle par rapport à une onde acoustique de fréquence fa voit sa fréquence optique modifiée. Comme on peut le voir sur la figure, si l'onde optique se déplace "contre" tonde acousti que, la fréquence optique f0 est déplacée ee devient f + o Le premier ordre seul est concerné et il est possible de concevoir des dispositifs dans lesquels virtuellement la totalité du signal d'entrée est diffractée vers une seule sortie.Si, par la suite, le signal de sortie diffracté est réfléchi pour être retransmis à travers le dispositif de diffraction opto-acoustique, l'onde optique est soumise à un nouveau changement de fré quence et atteint maintenant la fréquence f + 2f o a L'isolateur opto-acoustique représenté par la figure 2 fait application de ce double changement de fréquence. La lumière provenant de la diode laser semi-conductrice D est transmise à travers un résonateur de Pérot-Fabry R accordé à la fré quence optique f du laser. Un dispositif de diffraction opto o acoustique de Bragg est disposé après le résonateur et il comprend un transducteur électro-optique T faisant un angle avec le trajet optique venant du résonateur.Le transducteur T est excité par un signal électrique de fréquence f , ce qui produit un dessin de diffraction en travers du trajet optique. Le mécanisme de diffraction engendre un signal de sortie optique de fréquence fo + f selon un trajet optique résultant divergeant a du traJet d'origine. L'onde diffractée est de préférence concentrée par une lentille en vue de la transmission ultérieure par une sortie 0 vers un système que la diode doit alimenter. Toute lumière réfléchie par ce système revient par le meme trajet optique vers le dispositif de diffraction dans lequel elle fait l'objet d'un second changement de fréquence qui l'amène à f + 2f .La lumière ayant cette fréquence est rejetée par le o a résonateur qui est accordé sur la fréquence f et isole ainsi la o diode de toute réflexion. Le résonateur de Pérot-Fabry, le dispositif de diffraction de Bragg et la lentille sont de préférence réalisés sous la forme d'un dispositif optique intégré, comme le représente la figure 2. Un bloc de niobate de lithium comprend une structure de guide d'onde optique G diffusée dans une région de sa surface, conduisant à un résonateur de Pérot-Fabry R constitué dans la même région. Plus loin, un transducteur à onde acoustique de surface T, à structure interdigitée, est déposé à la surface du bloc. Plus loin encore, une lentille L est réalisée par un processus de diffusion. La diode laser D est ensuite fixée à l'extremité du bloc dans l'axe du guide G. Toutefois, afin de s'assurer que la diode laser fonctionne-à une fréquence ne s 'écartant pas de sa valeur nominale dans des proportions appréciables par rapport à la fréquence de modulation f , la diode doit avoir son fonctionnement stabilisé par le résonateur lui-même. A cette fin, une photodiode P est disposé dans l'axe du trajet optique d'origine et connectée par une boucle de contre-réaction F aux circuits de commande de la diode laser D. Pour les besoins de cette configuration, on prévoit délibérément que le signal optique n'est pas diffracté dans sa totalité de façon qu'une partie du signal non modulée puisse frapper la photodiode P.La lumière passant par ce trajet est soumise à la caractéristique de dis-crimination de fréquence du résonateur et par conséquent, à travers la photodiode et la boucle de contre-réaction, il est possible de stabiliser le fonctionnement de la diode laser de manière que sa fréquence f soit tirée vers la fréquence naturelle de résonance du o résonateur. Pour illustrer l'intérêt pratique de l'invention, on peut mentionner les faits suivants - des diodes laser à semi-conducteur ont été stabili sées dans les limites de 10 MHz sur une longue durée, avec une largeur de raie de 3 MHz en utili sant un résonateur de Pérot-Fabry ayant une raie de résonance à 3 dB à 150 MHz, - pour obtenir la réponse indiquée ci-dessus, le coef ficient de réflexion des miroirs doit être de 97 % - grâce à l'emploi d'un signal de commande acoustique à 500 MHz, la fréquence de l'onde optique réfléchie est déplacée de 1000 MHz et il en résulte une atté nuation de plus de 20 dB dans le résonateur spécifié ci-dessus. I1 est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS r &verbar; 1. Isolateur opto-acoustique caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de diffraction opto-acoustique de Bragg dans le trajet optique de sortie d'une source de lumière monochromatique et, interposé entre ledit dispositif et ladite source, un filtre optIque accordé sur la fréquence optique de la source. 2. Isolateur opto-acoustique tel que défini en 1 caractérisé par le fait que ledit filtre optique est un résonateur de Pérot-Fabry. 3. Isolateur opto-acoustique tel que défini en 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit dispositif de diffraction de Bragg comprend une structure à onde acoustique de surface formée sur la surface d'un corps piézo-électrigue optiquement transparent. 4. Isolateur opto-acoustique tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit filtre optique et ledit dispositif de diffraction de Bragg sont fabriqués ensemble comme une structure optique intégrée dans un corps de niobate de lithium. 5. Isolateur opto-acoustique tel que défini en 4, caractérisé par le fait qu'il comprend aussi un arrangement de lentille de concentration pour la lumière ayant traversé le filtre et le dispositif de diffraction. 6. Isolateur opto-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens pour détecter une partie non diffractée de la lumière provenant de ladite source de lumière, ainsi que des moyens de contreréaction agissant sur la source de lumière afin d'en stabiliser la fréquence, par rapport à celle du filtre. 7. Isolateur opto-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite source de lumière est une diode laser à semi-conducteur. 8. Méthode pour l'isolation d'une source de lumière à diode semi-conductrice à l'égard des variations dans sa charge de sortie caractérisée par le fait qu'elle consiste à transmettre la lumière issue de la diode à travers un filtre optique accordé sur la fréquence de sortie de la diode et ensuite à travers un dispositif de diffraction opto-acoustique de Bragg, de sorte que la fréquence de la lumière émise par la diode soit changée et que toute lumière ensuite réfléchie ait sa fréquence changée une seconde fois au point d'être arrêtée par le filtre.