Brevet FR2544883A1 — publié le 19841026

la présente invention concerne les multiplexeurs et les démultiplexeurs optiques. Conjointement à l'extension de la région de lon- gueurs d'onde à faiblespertes des fibres optiques, on a étu- dié des techniques permettant d'utiliser cette largeur de bande accrue en transmettant simultanément plusieurs signaux de différentes longueurs d'onde sur chaque fibre Une tech- nique de ce type utilise des dispositifs à dispersion angu- laire tels que des réseaux de diffraction (Voir par exemple: "Optical Devices for Wavelength Multiplexing and Demultiple- xing" par W J Tomlinson; voir également "High-capacity Wavelength Demultiplexer with a Iarge Diameter GRIN Rod Lens" par B D Metcalf et col, publié dans le numéro du 1 er mars 1982 de Applied Optics, Vol 21, NO 5, pages 794-796; et " 20-Channel l Micro-Optic Grating Demultiplexer for 1 1-1 6 pm Band Using a Small Focusing Parameter Graded-Index Rod Lens" par M Seki et col, pulbié dans le numéro du 18 mars 1982 de Electronics Letters, Vol 18, NO 6, pages 257-258). De tels dispositifs comprennent de façon caracté- ristique un réseau de fibres, une lentille et un réseau de diffraction Lorsqu'on les utilise en démultiplexeur, un ensemble de signaux à différentes longueurs d'onde entrent d-ans le dispositif par un fibre d'entrée, sont collimatés par la lentille et sont dirigés sur le réseau de diffraction o ils sont dispersés en fonction de la longueur d'onde Cha- cun des faisceaux diffractés est ensuite focalisé sur une fibre différente parmi les fibres restantes De cette maniè- re, les signaux sont séparés dans l'espace pour être traités ultérieurement de façon indépendante En faisant fonctionner le dispositif de façon inverse, on peut multiplexer des si- gnaux présents dans chacune des fibres, pour la transmission simultanée sur une fibre commune. De tels dispositifs conviennent bien pour démulti- plexer des signaux multimodes et monomodes Cependant, comme l'indique Tomlinson, ils n'ont pas un très bon rendement lorsqu'ils sont utilisés pour multiplexer des signaux mono- modes Le problème vient du fait que dans une fibre monomode, le diamètre du coeur est faible par rapport au diamètre exté- rieur de la gaine On ne peut donc pas grouper les canaux de façon serrée, ce qui conduit à une mauvaise utilisation de la largeur de bande disponible. L'invention procure un multiplexeur ou un démulti- plexeur optique comprenant: un réseau linéaire de fibres optiques d'entrée/sortie monomodes, un réseau de diffraction pour transmettre sélectivement de l'énergie ondulatoire op- tique entre l'une des fibres et les autres fibres, une len- tille destinée à focaliser l'énergie transmise, et un réseau de guidage d'onde convergent, sous la forme d'un circuit op- tique intégré, interposé entre les fibres et la lentille. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexes sur lesquels: La figure 1 montre un multiplexeur/démultiplexeur connu, à réseau de diffraction, du type à réflexion; La figure 2, incorporée dans un but explicatif, montre la caractéristique de réponse du multiplexeur/démulti- plexeur de la figure 1; la figure 3 montre un multiplexeur/démultiplexeur conforme à l'invention; et Les figures 4 et 5 montrent des parties de modes de réalisation modifiés de l'invention. En se référant dessins, on voit sur la figure 1, un multiplexeur/démultiplexeur connu 10, fonctionnant par ré- partition en longueur d'onde, à réseau de diffraction, du type à réflexion Dans un but d'illustration et d'explication, le dispositif est représenté sous la forme d'un démultiplexeur comprenant une fibre optique multimode d'entrée commune, 9, et un réseau linéaire de fibres optiques multimodes de sortie 11-1, 11-2 11-6 Des signaux à différentes longueurs d'onde 11 ' 2 ''* -6 ' fournis par la fibre 9, sont séparés dans l'espace au moyen d'un réseau de diffraction 13 qui est un réseau en dents de scie du type à réflexion Une lentille 12, intercalée entre le réseau de fibres et le réseau de dif- fraction, a pour fonction de focaliser les différents fais- ceaux optiques. En fonctionnement, de l'énergie ondulatoire aux longueurs d'onde A 1, 2 As émise par la fibre 9, est focalisée sur le réseau de diffraction 13 à partir duquel elle est réfléchie sélectivement La figure 2 montre la dis- tribution d'intensité résultante, en fonction de la distance D le long du réseau de fibres En effectuant la mesure à par- tir d'un certain point de référence arbitraire, 0, on trouve que le premier maximum d'intensité à la longueur d'onde 71 appara t à une distance Di le long de l'axe D De façon simi- laire, des maximums aux longueurs d'onde 72 ' 43 e 6 apparaissent à des distances d 2, d 3 d 6 On peut donc sé- parer dans l'espace les différentes composantes du signal incident, chacune d'elles correspondant à un'canal de signal séparé, en plaçant une fibre au foyer correspondant à chacun des signaux diffractés, comme le montre la figure 1 Le ré- seau de diffraction 13 est avantageusement conçu de façon que la distance D entre des maximums d'intensité soit égale au diamètre extérieur des fibres Ceci conduit à la meilleure utilisation de la largeur de bande optique disponible La largeur de bande d'un canal est fonction du diamètre du coeur, c Pour des fibres multimodes, pour lesquelles le rapport en- tre le diamètre du coeur et le diamètre de la gaine est d'en- viron 0,5, on parvient ainsi à une bonne utilisation de la largeur de bande disponible Au contraire, le rapport coeur/ gaine pour des fibres monomodes est très inférieur Des dia- mètres de coeur et de gaine caractéristiques sont respecti- venlent de 8 Pm et de 125 p F, ce qui fait que l'efficacité d'utilisation est réduite de 50 io à environ 6 > Ce dont on a besoin est un moyen permettant d'augmenter la densité d'implantation des voies On y parvient en intercalant un réseau de guides d'onde convergent entre les fibres et le ré- seau de diffraction à réflexion, comme le montre la figure 3. Plus précisém; ent, le multiplexeur/démultiplexeur comprend un réseau 31 de sections de fibres d'entrée/sortie 31-1, 31-2 31-n; lun réseau de guides d'onde convergent en optique inté- grée, 30; une lentille 32; et un réseau de diffraction en dents de scie 34 Chaque section de fibre est avantageusement terminée par un connecteur approprié (non représenté), pour réaliser la connexion aux fibres du système Dans cet exemple de réalisation, la lentille 32 est une lentille à gradint d'indice de pas 1/4, qui peut 8 tre plus commodément couplée au réseau de guides d'onde qu'une lentille discrète Un coin optique 33 est incorporé pour assurer un couplage plus efficace entre la lentille 32 et le réseau de diffraction 34. Comme indiqué ci-dessus, une implantation serrée des voies de signal est impossible lorsqu'on utilise des fi- bres monomodes classiques, à cause du faible rapport coeur/ gaine L'utilisation de fibres monomodes spéciales, avec des gaines très minces, et un rapport coeur/gaine augmenté de façon correspondante, présenterait des difficultés de mani- pulation tout à fait considérables L'utilisation d'un réseau de guides d'onde integré évite ces deux difficultés Comme il est représenté, chacune des fibres 31-1, 31-2 31-n est connectée à une extrémité de l'un des guides d'onde 30-1, 30-2 30-n Le réseau de guides d'onde converge de façon qu'au niveau de la lentille l'écartement entre les guides - d'onde soit très inférieur au diamètre de gaine de la fibre monomode classique La diaphonie limitera finalement la den- sité d'implantation des guides d'onde Ia diaphonie est ce- pendant faible pour des écartements de l'ordre du double de la taille correspondant au mode, et on peut encore la réduire, si nécessaire, en formant des sillons dans le substrat des guides d'ondes, entre des guides d'ondes adjacents, comme le montre la figure 4 On voit sur cette figure l'extrémité du réseau de guides d'onde qui est adjacente à la lentille A titre d'exemple, on a représenté cinq guides d'onde 41, 42, 43, 44 et 45 encastrés dans un substrat 46 approprié Pour isoler plus efficacement les différentes voies, des sillons , 51, 52 et 53 sont formés dans le substrat 46, dans la région située entre des guides d'onde adjacents On peut ob- tenir une plus grande isolation en donnant des valeurs iné- gales aux constantes de propagation de guides d'onde adja- cents. Le multiplexeur décrit ci-dessus peut 4 tre intégré sur un substrat commun On a démontré la possibilité d'uti- liser des techniques de focalisation et de diffraction uni- dimensionnelles pour des guides d'onde optiques à couches minces, en utilisant des substrats de verre L'utilisation d'un substrat actif au point de vue électro-optique, tel qu'un substrat en Li Nb O 3, permettrait également l'intégration d'autres fonctions de circuit sur le même substrat A titre d'exemple, la figure 5 montre une modification supplémentaire du réseau de guides d'onde dans laquelle des modulateurs 61-1, 61-2, 61-3 et 61-4 ont été placés le long des guides d'onde respectifs 60-1, 60-2, 60-3 et 60-4 Dans ce mode de réalisa- tion, des signaux en ondes entretenues à des longueurs d'onde -1 ' X 2 ' \ 3 et 4 sont couples au réseau de guides d'onde Le signal de sortie dans le guide d'onde 65 consiste en signaux modulés et multiplexés en longueur d'onde. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent 4 tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REMEïi DIM CAIOPS 1 Multiplexeur ou démultiplexeur optique compre- nant: un réseau linéaire ( 31) de fibres optiques d'entrée/ sortie, un réseau de diffraction ( 34) destiné à transmettre sélectivement de l'énergie ondulatoire optique entre l'une des fibres et les autres fibres, et une lentille ( 32) desti- née à focaliser l'énergie transmise, caractérisé en ce que les fibres ( 31) sont des fibres monomodes et en ce qu'un ré- seau de guides d'onde convergent ( 30), en optique intégrée, est intercalé entre les fibres et la lentille. 2 Multiplexeur ou démultiplexeur selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le r 6 seau de guides d'onde ( 30) comprend un ensemble de bandes de guidage d'onde ( 41- ) encastrées dans un substrat ( 46) ayant un indice de ré- fraction inférieur; et en ce que la distance entre des ban- des de guidage d'onde adjacentes diminue depuis un maximum à une première extrémité du réseau de guidage d'onde, adja- cente auxfibres ( 31), jusqu'à un minimum à une seconde ex- trémité du réseau de guidage d'onde, adjacente à la lentille ( 32). 3 Multiplexeur ou démultiplexeur selon la reven- dication 2, caractérisé par des sillons ( 50 53) qui s'éten- dent à l'intérieur du substrat ( 46), dans les régions de la seconde extrémité, entre des bandes de guidage d'onde adja- centes ( 41 45). 4 Multiplexeur ou démultiplexeur selon l'une quel- conque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le substrat ( 46) consiste en une matière électro-optique. Multiplexeur ou démultiplexeur selon la reven- dication 4, caractérisé par des moyens ( 62) destinés à mo- duler un signal optique, incorporés le long de bandes de guidage d'onde du réseau de guides d'onde. 6 Multiplexeur ou démultiplexeur selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les constantes de propagation de guides d'onde adjacents dans le réseau de guides d'onde sont inégales.