Brevet FR2567655A1 — publié le 19860117

-1 i- 2567655 La présente invention concerne les systèmes de transmission à fibre optique et vise en particulier, mais non pas exclusivement, à résoudre les problèmes de dispersion chromatique qui s'y produisent. La dispersion chromatique dans la fibre optique constitue un problème sérieux lorsqu'on utilise des sources lumineuses dont le spectre n'est pas idéal, par exemple des raies larges ou multispec- trales. Ce problème était antérieurement résolu, au moins partielle- ment, selon deux manières. D'abord, en travaillant à la fréquence optique pour laquelle la dispersion chromatique est minimale, o à proximité de cette fréquence, par exemple à une longueur d'onde de 1,3 micron dans une fibre conventionnelle en silice. Cette fréquence ne correspond généralement pas à la fréquence d'affaiblissement de transmis sion minimal, et les tentatives de modification de la fibre pour déplacer la fréquence de dispersion chromatique minimale se tradui- sent généralement par une aggravation de l'affaiblissement. La seconde tech que de résolution de ce problème est d'utiliser une source de speetre presque idéal. L'un des objets de la présente invention est de proposer une solution de remplacement pour résoudre les problèmes de dispersion chromatique dans les systèmes à fibres optiques. Selon l'un des aspects de la présente invention, il est prévu un dispositif produisant un retard optique d'un signal optique ayant une fréquence optique variable, ce retard variant avec la fréquence optique, comprenant un réflecteur de Bragg ondulé et un coupleur directionnel permettant d'injecter le signal optique dans le réflecteur de Bragg et de séparer le signal optique réfléchi par le réflecteur de Bragg du premier, la distance pareourue par le signal optique dans le réflecteur de Bragg avant la réflexion variant en fonction de la fréquence optique et étant déterminée par l'ondulation du réflecteur de Bragg. Selon un autre aspect de la présente invention, il est pro- posé une méthode de fabrication d'un réflecteur de Bragg ondulé formé dans une fibre optique, caractérisée en ce que l'on forme un réflec- teur de Bragg dans chacune d'une pluralité de portions de fibre optique, et dans lequel chaque réflecteur de Bragg en fibre optique fonctionne à une longueur d'onde déterminée. - 2 - 2567655 Les différents objets et caractéristiques de l'inventim seront maintenant détaillés-dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures anne- xées, qui représentent - la figure 1, le schéma d'un égaliseur de dispersion chlro- matique selon la présente invention utilisé dans un système de trans- mission à fibre optique, - la figure 2, la courbe caractéristique de dispersiom d"'ne fibre optique, - la figure 3, les courbes caractéristiques de lIégaliseur de d s- persion chromatique selon la présente invention, - la figure 4 a, le schéma d'un égaliseur de dispersion chromatique selon la présente invention, tandis que la figure 4tb représente à une échelle agrandie une partie du réflecteur de Bragg lu%-même, - les figures 5a à 5d, les schémas de quatre versions possi- bles du coupleur directionnel qui peut être utilisé dans l-'égaliseur de dispersion chromatique selon la présente invention, et - la figure 6, une coupe d'un mandrin sur lequel est enrou- lée une fibre optique. Comme celà a été indiqué, les problèmes de dispersion chromatique sont généralement surmontés, ou partiellemment surmontés, en tra- vaillant à des fréquences optiques pour lesquelles la dispersion chrmaitiqwe est minimale, ou en utilisant une source dont le speetre est presque idéal. Il existe cependant une autre solution, celle d'égaliser la dispersion à l'aide d'un élément de dispersion égab et opposée. Comme le système est linéaire, un tel élément 1 (figure 1) peut être placé dans n'importe quelle position le long d'une fibre optique dispersive 2 en mode unique entre une source lumineuse 3 et un recepteur 4. L'élément égaliseur 1 qui sera décrit en détail ci-après comprend un coupleur direetionnel 5 et un réflecteur de Bragg 6. La figure 2 montre la caraetéristique de dispersion chrom- tique pour une fibre en silice conventionnelle à mode unique, c'est- à-dire une courbe du retard relatif T en fonction de la longueur d'onde À (en microns). La dispersion chromatique minimale est obtenue pour une longueur d'onde de 1,3 micron, tandis que l'affaiblissement de trans- mission nminimal est atteint pour une longueur d'onde proche de 1,55 mi- cron. Le spectre est instable dans la plage de longueurs d'ondes A avec - 3 2567655 une plage correspondante B de fluctuation du retard. Il faut donc un moyen de corriger la caractéristique de retard par rapport à la fré- quence optique, dans la région des plages A et B, c'est-à-dire de l'égaliser. Cela peut être réalisé à l'aide d'un dispositif possédant au moins deux portes et tel que la caractéristique de retard en fonction de la fréquence optique puisse être présélectionnée pour compen- ser la dispersion chromatique inhérente au trajet de transmission optiqueo La figure 3 illustre les caractéristiques de.'égaliseur. La ligne en traits interrompus C illustre la caractéristique de retard relatif en fonction de la longueur d'onde pour la fibre dispersive qui doit être égalisée. La ligne en pointilléD représente le retard relatif en fonction de la caraetéristique de longueur d'onde pour!'&galiseur et la ligne de trait plein E indique le rapport entre puissance opti- que d'entrée et de sortie en fonction de la longueur d'onde, qui est maximale dansla plage de longueur d'onde égalisée, comme cela a été indiqué. L'élément égaliseur 1 comprend un dispositif de production d'un retard optique qui varie rapidement en fonction de la fréquenee optique, de telle manière que l'on obtienne une égalisation chromati- que et qui est constitué d'un réseau de Bragg ondulé formé dans une fibre 5 et d'un coupleur directionnel 6 pour séparer les ondes se propageant dans. un sens et dans l'autre. Le coupleur directionnel 6 peut se composer par exemple d'un circulateur ou isolateur optique ou d'un simple coupleur de fibre. Tout type de coupleur optique peut 8tre utilisé, par exemple un miroir semi-réfléohissant ou un systàme optique intégré, par exemple en niobate de lithium. Des exemples spécifiques de techniques de couplage directionnel sont donnés à la figure 5. Idéalement, le coupleur est à faibles pertes, ce qui peut par exemple être obtenu en utilisant un eireulateur optique (figure Sa) ou un isolateur (figure 5b). Ces deux techniques utilisent la rotation de Faraday pour séparer une énergie se propageant en sens opposéso Un simple coupleur de fibre (figure 5c) peut être utilisé, mais il entraînerait une perte minimale de 6 dB (3 dB pour chaque transition). Si la ligne d'entrée est dans un état de polarisation stable, l'énergie se propageant en sens confraire peut etre isolée à l'aide d'une section quart-d'onde 7 et d'un élément de séparateur de polarisation 8 (figure 5d). Un état de polarisation circulaire se trouverait donc dans le réflecteur de Bragg pour un état de polarisa- _ _ 2567655 tion linéaire à l'entrée. Ce coupleur quart-d'onde est également à- faible perte. Comme l'indique la figure 4a, la distance parcourue dans la fibre du réflecteur de Bragg 5 avant d'être réfléchie varie en fonction de la longueur d'onde optique À (fréquence optique m) et elle est déterminée par l'ondulation du réseau. Il a déjà été démontré (voir, par exemple, "Fiber-optie integrated interference filters", de J. Lapierre et al., OPTICS LET- TERS, Janvier 1982, vol. 7, no 1, pp. 37-39) qu'il est possible d'"'écrire" ou "enregistrer" des réflecteurs de Bragg dans une fibre optique en y injectant simplement un faiseeau lumineux de grande puissance optique et en veillant à ce qu'il y ait une réflexion d'ex- trémité suffisante pour produire une onde stationnaire dans la fibre. Après une brève période (en secondes ou en minutes), la réflexion à la fréquence de pompage utilisée augmente considérablement à cause de la formation d'un réflecteur de Bragg précisément aceordé à la fré- quence de pompage. Ce réseau est permanent et continue de fonctionner à tous les niveaux de puissance. Comme l'illustre schématiquement la figure 4b après production du réseau, la fibre 5, avec un coeur 9 et une gaine 10, a une structure périodique due à un changement d'indice de réfraction photo-induit, la période étant approximativement la moitié de la longueur d'onde de la source de pompage employée, et une réflexion de Bragg est ainsi obtenue grace à cette structure périodi- que. La longueur du réseau formé dépend de la puissance d'écriture utilisée, elle peut être aussi petite que 0,1 cm avec des puissances d'écritures très élevées ou atteindre plusieurs mètres avec des puis- sances d'eécriture très faibles. Pour l'emploi dans un élément égaliseur, il faut un réflec- teur de Bragg dont la périodieité. donc la fréquence optique à laquelle il réfléchit, varie le long de la fibre d'une ma- nière prédéterminée. Cette variation peut être obtenue de différentes manières, dont les suivantes ne sont que des exemples. A l'aide d'un laser de grande puissance syntonisable, plu- sieurs portions différentes de fibre optique sont exposées à des fréquences optiques différentes puis reliées (épissées) pour former une fibre unique. L'ondulation ainsi obtenue est alors disconti- nue, mais si le nombre de portions est suffisamment élevé, les conséquences en sont faibles. - 5 - 2567655 Alternativement, un laser à fréquence unique peut être em- ployé pour l'exposition de plusieurs portions séparées de fibre opti- que, portions dont les longueurs sont alors modifiées dans différentes pro- portions, par exemple par contrainte, traction, choc thermique, ou une combinaison de ees facteurs. Lorsqu'une portion de fibre revient à son état normal, le réseau obtenu change de fréquence d'accord. Un certain nombre de ces fibres peuvent alors être raccordées pour former une fibre unique. Alternativement, la méthode inverse peut être appli- quée, c'est-à-dire que la fibre peut 9tre chauffée ou étirée après formation du réseau, donc en service. Cependant, cette solution est moins séduisante à cause de la fatigue de la fibre. On pourrait con- sidérer eomme acceptable d'accorder finement l'ondulation avant la mise en service en appliquant des contraintes minimes. Une autre possibilité est d'exposer une longueur continue et unique de fibre optique à l'aide d'un laser à fréquence unique en maintenant un gradient de contrainte, traction, ou tempêrature le long de la fibre. Lorsque le gradient est supprimé après l'induction du réseau, celui-ci a acquis une ondulation. Un gradient de contrainte ou de traction peut être appliqué à une fibre optique 11 en enroulant celle-ci sur un mandrin dêformable. Un tel mandrin 12 est présenté à la figure 6. La cavité 13 a une forme telle que lorsqu'une pression est introduite pour l'expansion du mandrin, il se produit un gradient de contrainte le long de la fibre à cause de la variation de l'épaisseur de paroi du mandrin. La pression dans la cavité 13 est maintenue pendant que le réseau est "écrit" dans la fibre. De manière similai- re, l'ondulation peut être ajustée après l'enregistrement (c'est-à- dire en service) en appliquant un gradient de contrainte contrô- lable. - Dans le cas d'un système ayant une fibre à égaliser qui possède les caractéristiques de la figure 3 (ligne en traits inter- rompus), le réflecteur de Bragg ondulé est nécessaire pour permettre aux longueurs d'onde inférieures d'aller plus loin dans le réflecteur, avant d'être réfléchies,que les longueurs d'onde supérieures, afin donc de compenser les différentes valeurs de retard. L'ondulation réelle nécessaire est déterminée par le trajet de transmission opti- que particulier. Les éléments égaliseurs proposes par la présente invention permettent d'avoir des dispersions très élevées dans une structure - 6 - -2567655 à onde guidée de taille globale réduite et qui, en fonctionnement, fournis- sent un retard optique qui varie rapidement avec la fréquence optique appli- quée. Ils peuvent, par une construction appropriée du réflecteur de Bragg à distribution ondulée, être préréglés pour compenser la dis- persion chromatique inhérente à un trajet de transmission optique. Si le dispositif a été décrit ci-dessus pour des applica- tions d'égaliseur chromatique, il ne doit pas être considéré comme limité à celles-ci. Toute valeur prédéterminée de retard optique dans un signal optique ayant une fréquence optique variable, ce retard variant avec la fréquence optique, peut être obtenue en fonction de l'ondulation du réseau et l'égaliseur chromatique n'est qu'un cas particulier. Le dispositif assure la production d'une dispersion très élevée dans une structure à onde guidée de faibles dimensions globa- les. Un tel dispositif peut donc être utilisé pour obtenir une com- pression/expansion d'impulsions optiques. Un laser ondulé peut donc produire des impulsions étroites de puissance de crête beaucoup plus élevée. -7 -2567655 Revendications 1. Dispositif produisant un retard optique d'un signal opti- que ayant une fréquence optique variable, ce retard variant avec la fréquence optique, caractérisé en ee qu'il eomprend un réfleeteur de Bragg ondulé (5) et un coupleur directionnel (6) permettant d'injecter le signal optique dans le réflecteur de Bragg et de séparer le signal optique réfléchi par le réfleeteur de Bragg du premier, la distance pareourue par le signal optique dans le réfleeteur de Bragg avant la réflexion variant en fonction de la fréquence optique et êtant déter- minée par l'ondulation du réfleeteur de Bragg. 10. 2. Dispositif selon la revendieation 1, earaetérisé en ce que le réflecteur de Bragg ondul6 est un réfleeteur de Bragg ondulé formé dans une fibre optique. 3. Dispositif selon 1l revendieation 2, earaetérisé en ee que le coupleur directionnel comprend un coupleur à ciroulateur opti- que. 4. Dispositif selon la revendication 2, caraetérisé en ce que le coupleur directionnel eomprend un coupleur à isolateur opti- que. 5. Dispositif selon la revendication 2, earaetérise en ce que le eoupleur direetionnel eomprend un eoupleur de fibre. 6. Dispositif selon la revendication 2, earactérisé en ce que la eoupleur directionnel eomprend un élément séparateur de pola- risation et une section quart-d'onde. 7. Dispositif selon la revendieation 2, caractérisé en ce que le coupleur direetionnel eomprend un mireloir semi-r.flechissant. 8. Dispositif selon la revendication 2, earaetérisé en ee que le coupleur direetionnel comprend un dispositif optique intégréo 9o Dispositif selon l'une des revendications précédentes, earaetérisé en ee que le retard optique produit sert à égaliser la dispersion chromatique dudit signal optiqueo 10. Dispositif selon la revendieation 2, earaetérisé en ee que le réflecteur de Bragg ondul3 est eomposé d'une pluralité de sections de fibre optique relives ensemble en tandem, ehaeune de ces sections de fibre optique étant telle qu'elle réflécehisse les signaux optiques d'une frîquence optique prédéterminée. - 8 - 2567655 11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réflecteur de Bragg ondulé est composé d'une longueur unique de fibre optique dont les propriétés réfléchissantes varient sur sa longueur. 12. Méthode de fabrication d'un réflecteur de Bragg ondulé formé dans une fibre optique, caraetérisée par la formation d'un réflecteur de Bragg dans chacune des portions d'une pluralité de portions de fibre optique, et dans lequel chaque réflecteur de Bragg en fibre optique fonctionne à une longueur d'onde déterminée. 13. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que les portions de fibre optique sont initialement séparées, en ce que chacune est exposée à la sortie d'un laser de grande puissance synto- nisable à sa fréquence optique respective afin d'y former un réflee- teur de Bragg, et en ce que les portions de fibre optique avec les réflecteurs de Bragg formés en leur sein sont reliées en tandem pour former une fibre optique unique. 14. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que les portions de fibre optique sont initialement séparées et que chacune de ces portions est exposée à la sortie d'un laser à fréquen- ce unique, cette exposition étant réalisée en soumettant les portions de fibre à différentes conditions telles que chaque réflecteur de Bragg formé dans les portions de fibre par exposition au laser réflé- chit à une fréquence optique donnée. 15. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que le réflecteur de Bragg ondulé est formé dans un tronçon unique et continu de fibre optique en exposant ladite fibre à un laser à fré- quence unique tandis qu'un gradient de conditions est appliqué à la fibre sur sa longueur. 16. Méthode selon la revendication 15, earactérisée en ce que ledit gradient de conditions comprend un gradient de oontrainte, de traction et/ou de température. 17. Méthode selon la revendication 15, caractérisée en ce que la fibre est enroulée sur un-mandrin ereux déformable d'épaisseur de paroi non uniforme et en ce que la pression est appliquée A l]in- térieur du mandrin, de facon à produire un gradient de contrain- te dans la fibre. - 9 - 2567655 18. Système de transmission optique caractérisé par une source optique dont le spectre est large ou multi-spectral et par un dispositif de retard optique dont le retard varie avec la fréquence optique, afin d'assurer une égalisation de la dispersion chromatique du signal transmis.