Brevet FR2549240A1 — publié le 19850118

' La présente invention concerne des réseaux à accès multiples et des dérivations prévues pour l'utilisation dans de tels réseaux. Des dérivations à faibles pertes constituent un composant essentiel d'un réseau de distribution local à accès multiples A chaque noeud dans de tels réseaux, une dérivation intercepte une faible fraction du signal transmis et la couple vers un récepteur local Simultanément, la dérivation remplit également la fonction qui consiste à cou10 pler un émetteur local au réseau On donne avantageusement une valeur faible au coefficient de couplage du coupleur pour tenter de minimiser les pertes dans la voie directe. Des pertes trop élevées limiteraient sévèrement le nombre de noeuds qu'on pourrait placer dans le réseau D'autre 15 part, un couplage trop faible réduit le rendement avec lequel l'émetteur local est couplé au réseau A son tour, ceci augmente la puissance de sortie que doit fournir l'émetteur. On peut satisfaire ces diverses exigences contra20 dictoires en utilisant des dérivations actives, dans lesquelles une fraction de la puissance extraite à chaque noeud est amplifiée dans une voie parallèle et est ensuite reinjectée dans le réseau Ceci donne la possibilité d'utiliser des coupleurs ayant des coefficients de couplage élevés, tout en n'introduisant qu'une perte résultante faible à chaque noeud (Voir par exemple le brevet des E.U A 4 310 217) Les dérivations actives présentent un problème qui consiste dans leur coût Il serait préférable d'utiliser des dérivations passives, dans la mesure du possible Conformément à l'invention, on obtient des pertes faibles et un rendement de couplage élevé dans une dériva5 tion passive en utilisant un coupleur à sélectivité de modes et un mélangeur de modes Dans un coupleur à sélectivité de modes, la constante de propagation de l'un des modes qui se propagent dans l'un des deux guides d'ondes couplés n'est adaptée que pour un seul mode (ou un groupe de modes) supporté par l'autre guide d'ondes couplé Il en résulte que seule l'énergie correspondant au mode préféré est couplée efficacement entre les deux guides d'ondes Par conséquent, le signal de sortie de l'émetteur local fonctionnant dans le mode préféré est aisément couplé au réseau Cependant, à 15 cause du mélangeur de modes, l'énergie ondulatoire qui est couplée au réseau est répartie parmi tous les modes De ce fait, seule la fraction faible du signal total qui correspond au mode préféré est extraite du réseau à chaque noeud. L'invention permet ainsi d'obtenir un rendement de couplage 20 très élevé pour l'injection de signaux dans le réseau, en maintenant simultanément à une valeur faible la fraction du signal total qui est extraite à chaque noeud Les exigences contradictoires précitées qui sont imposées à la dérivation sont ainsi satisfaites. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure i représente, sous forme de schéma synoptique, l'un des noeuds d'un réseau à accès multiples; 30 et La figure 2 montre un exemple de réalisation d'une dérivation conforme à l'invention. On va maintenant considérer les dessins sur lesquels la figure 1 représente, sous forme de schéma synoptique, l'un des noeuds d'un réseau à accès multiples comprenant: une dérivation 10 qui comporte un coupleur à sélectivité de modes 11 et un mélangeur de modes 12; un récepteur local 14; et un émetteur local 15 En fonctionnement, une fraction du signal multimode qui se propage dans la voie directe 13 est extraite par le coupleur 11 et est couplée au récepteur 14 Le coupleur 11 a également pour fonction de coupler vers la voie directe 13 le signal de sortie provenant de l'émetteur 15. Pour un coupleur classique, la puissance de signal Pr qui est appliquée au récepteur local est liée à la puissance de signal totale P sur la voie 13 par la s relation: Pr Psk 14 ( 1) dans laquelle: ki 4 est le coefficient de couplage entre les accès 1 et 4 du coupleur. De façon similaire, la puissance Pl qui est couplée entre l'émetteur 15 et la voie 13 est donnée par la relation: P-P ( 2) Pl = Pok 23 ( 2) dans laquelle: PO est la puissance de sortie de l'émetteur; et k 23 est le coefficient de couplage entre les accès 2 et 3 du coupleur. 2 '5 Dans des dérivations passives de l'art antérieur, k 14 est avantageusement très inférieur à un Cependant, la réciprocité impose que k 14 =k 235 et de ce fait, Pc doit être grande pour un niveau donné P de signal injecté Pour évii ter ceci, conformément a l'invention, on utilise un cou30 pleur à sélectivité de modes, tel que les coefficients de couplage k 14 et k 23 soient élevés pour un seul mode, ou un petit groupe de modes, et soient faibles pour tous les autres modes Dans une telle configuration, k 14 et k 23 peuvent être relativement grands Par exemple, si k 23 est égal à 0,5, la moitié de la puissance de sortie de l'émetteur, dans le mode préféré, est couplée vers la voie directe Une fois que cette puissance est dans la voie directe, elle est diffusée ou répartie parmi tous les modes supportés dans la voie, au moyen d'un mélangeur de modes 12 Dans la mesure o une fibre multimode caractéristique peut assurer la propagation de plusieurs centaines de modes, la puissance injectée, Pi, est divisée entre le grand nombre de modes, ce qui fait qu'en moyenne la puissance dans chaque mode est 10 seulement égale à Pi/N, en désignant par N le nombre de modes Ainsi, à chaque noeud, la puissance extraite de la voie directe est seulement: r = (Pi/N)mk 14 ( 3) m, c'est-à-dire le nombre de modes préférés, étant supérieur 15 ou égal à 1. Comme le montre l'équation ( 3), bien que les coefficients de couplage k 12, k 23 pour les modes préférés soient relativement grands, ce qui procure un couplage efficace pour l'émetteur, la fraction de la puissance tota20 le qui est extraite du réseau à chaque noeud est relativement faible, du fait qu'elle est seulement égale à (m/N)k 14, avec N >> m. La figure 2, qu'on va maintenant considérer, montre un exemple de réalisation d'une dérivation conforme à l'invention Le coupleur à sélectivité de modes 20 comprend de façon caractéristique deux structures de guidage d'ondes différentes 21 et 22 qui sont en couplage par l'intermédiaire d'un intervalle L Ces structures peuvent être des bandes de guidage d'ondes en optique intégrée encastrées dans un 30 substrat commun ou bien, comme il est représenté, elles peuvent consister en fibres optiques Bien qu'en général les deux fibres puissent être des fibres multimodes, on supposera pour les besoins de l'explication que la fibre 22 de la voie directe est une fibre multimode, tandis que la fibre 21, qui assure le couplage avec l'émetteur local, est une fibre monomode Cette dernière accepte un seul mode de propagation ayant une constante de propagation es Au contraire, la fibre multimode 22 accepte un grand nombre de 5 modes ayant des constantes de propagation différentes 1 ' 2 ' S''3 m Conformément à l'invention, on choisit les paramètres des deux fibres de façon que la constante de propagation de la fibre monomode soit égale à la constante de propagation d'un seul (ou d'un petit groupe) des modes qu'accepte la fibre multimode, et soit différente des constantes de propagation de tous les autres modes Par exemple, une fibre multimode ayant un profil d'indice parabolique donné par: n l(l A(a-r) () r 4 am; m N m = nom r>am; ( 4) n om a une constante de propagation Pm donnée par la relation: 2 Tirn f =om | ( t 2 ( 2 p+v+l) ( 5) dans laquelle: r est la distance radiale à partir du centre de la 20 fibre; n 1 m est l'indice de réfraction à r= O am est une constante (c'est-à-dire le rayon du coeur); 2 ^ nom est l'indice de la fibre pour r> a (c'est-à25 dire l'indice de la gaine); m (n im nom)/nlm; est la longueur d'onde du signal en espace libre: p et v sont les ordres des modes; et oq 2-M nlmam V 2 m m Pour une fibre monomode ayant un profil à échelon d'indice donné par: nlsn 1 r as n = ( 6) nos t nos r >as; La constante de propagation Ès est donnée par: s= 2-rno 5 jî+ As (l lî+ 1 24 (; 7) 2 lrn a s S 4 1 S s avecs et V = os' ns nos et as = nls Les modes (p v) préférés sont ceux pour lesquels m =s Pour donner un exemple numérique, on supposera que la fibre multimode a les paramètres suivants: am= 1,5 tm A= 1,3 rm n 1 -1,5 nlm=l,5 nm = 1,4925. om Une telle fibre accepte environ 30 modes On peut également montrer que la valeur maximale de ( 2 p+v+l) pour la fibre est de 5,4 Si on prend arbitrairement ( 2 p+v+l)= 5, tous les modes dont les ordres p et v satisfont cette rela20 tion auront une constante de phase m= 7,2165 -1. Pour satisfaire la sélectivité de modes désirée, Ès pour la fibre monomode doit également être égale à 7,2165 Si on considère une fibre monomode ayant un rayon de coeur as= 3,5 pum et, par commodité, un indice de gaine n s= 1,4925, on trouve que les constantes de propagation sont OS égales pour ns= 11,4952. On voit clairement qu'on peut concevoir d'autres structures de fibres en choisissant des paramètres de fibres et des ordres de modes différents. Le signal qui est couplé vers la voie directe est diffusé parmi tous les modes qui se propagent, par le mélangeur de modes 23 qui peut consister en une longueur de fibre fabriquée spécialement de façon à avoir un couplage de 10 modes accru, comme il est décrit par exemple dans le brevet des E U A 3 687 514 De telles fibres sont délibérément conçues de façon à présenter des variations de leurs caractéristiques de transmission qui sont produites par des changements de leurs conditions physiques et/ou de leurs paramètres électriques On choisit la longueur L 1 du mélangeur de modes de façon à produire le niveau désiré de mélange de modes. Un avantage de l'invention consiste en ce qu'on peut donner une valeur faible aux pertes de signal à chaque 20 noeud Il en résulte qu'on peut augmenter de façon correspondante le nombre de dérivations passives qu'il est possible d'incorporer dans le réseau et/ou augmenter la distance dérivations La boucle locale peut ainsi être plus grande et le nombre d'abonnés peut être augmenté. Bien qu'on ait décrit l'invention en utilisant un coupleur à champ évanescent, il faut noter qu'on peut tout aussi aisément employer d'autres types de coupleurs à sélectivité de modes On pourra par exemple se référer à cet égard au brevet des E U A 4 060 308 qui décrit un cou30 pleur à sélectivité angulaire pour l'utilisation avec des fibres optiques. REVENDICATIONS 1 Coupleur optique passif, caractérisé en ce qu'il comprend: un coupleur à sélectivité de modes ( 11) destiné à coupler de l'énergie ondulatoire d'un mode de propaga5 tion préféré entre un premier guide d'ondes et un second guide d'ondes; et un mélangeur de modes ( 12) placé dans le premier de ces guides d'ondes pour coupler de l'énergie ondulatoire entre le mode préféré et d'autres modes de propagation acceptés par le premier guide d'ondes. 2 Coupleur optique passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'ondes est différent du second guide d'ondes, et les premier et second guides d'ondes sont en couplage sur un intervalle; le premier guide d'ondes est conçu de façon à accepter un ensem15 ble de modes de propagation ayant des constantes de propagation différentes; et le second guide d'ondes est conçu de façon à accepter un seul mode de propagation ayant une constante de propagation égale à la constante de propagation d'un petit groupe de l'ensemble des modes de propagation qu'accepte le premier guide d'ondes, et différente des constantes de propagation de tous les autres modes. 3 Coupleur optique passif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second guide d'ondes est conçu de façon à accepter un seul mode de propagation. 4 Coupleur optique passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second guides d'ondes sont des fibres optiques; et le mélangeur de modes consiste en une section de fibre optique multimode dont la caractéristique de transmission varie sur sa longueur.