Brevet FR2613564A1 — publié le 19881007

Dispositif de traitement de signal cohérent utilisant une ligne à retard optique L'invention se rapporte au domaine du traitement de si- gnal, et notamment à un traitement utilisant des ondes optiques. L'utilisation d'ondes optiques pour transmettre des infor- mations par l'intermédiaire de guides d'ondes optiques, notam- ment par des fibres optiques, présente de multiples intérêts notamment du fait de la très faible sensibilité de ce type de guides aux perturbations. Au delà des simples aspects de trans- mission, un certain nombre d'applications de cette transmission optique de signal ont permis de mettre en évidence des proprié- tés intéressantes qui vont amener à l'utilisation de ces guides optiques également pour le traitement des informations transmi- ses sur ces guides. En particulier, l'utilisation des fibres optiques monomodes comme lignes à retard est intéressante notamment. pour le traitement des signaux hyperfréquences large bande. En effet les performances de dispersion des fibres optiques, plus de 100 GHZ par kilomètre, et d'atténuation, moins de 0,5 dB par kilomètre, permettent d'envisager des produits bande passante-retard supérieurs à 5x105 avec des retards de l'ordre de plusieurs dizaines de microsecondes. Les performances de ces fibres pour le guidage sont com- plètement exploitables du fait qu'on a pu mettre au point des sources de lumière et des détecteurs à semi-conducteurs III-V adaptés, ainsi que des circuits optiques intégrés réalisant les fonctions utiles, par exemple couplage ou modulation. La société demanderesse a d'ailleurs déjà décrit dans le bulletin d'informations de son laboratoire de recherches, en décembre 1986, la réalisation d'une ligne à retard de 5 GHz de bande et 5 microsecondes de retard. Du fait de ces grandes possibilités, l'utilisation de fibres optiques monomodes comme lignes à retard pour le traite- ment a déjà été envisagée notamment dans un article intitulé 26 1 3564 uOptical fiber delay line signal processing" de IEEE Transaction on Microwave Theroy and Techniques, vol. MTT 33, n 3, mars 1985. Cet article décrit notamment des lignes à prises et des lignes à recirculation dans lesquelles la fibre optique ou des boucles de celle-ci sont utilisées pour introduire des retards sur le signal transmis. Les lignes à retard ainsi constituées combinent de manière incohérente les signaux issus des différentes prises aménagées à cet effet le long de la ligne à retard. En théorie la porteuse optique pourrait être utilisée pour du traitement cohérent, mais dans ce cas il faudrait que les phases relatives de la porteuse optique à chacune des prises de signal soient stables jusqu'à une fraction de la longueur d'onde optique. Cela requérerait un spectre de source étroit, très stable; de plus les différences de chemin optique devraient également être constantes jusqu'à une fraction de la longueur d'onde. Pour cette raison la détection cohérente, qui dépend de la phase de la porteuse optique, n'est pas mise en oeuvre dans les dispositifs utilisant des lignes à retard à fibres monomodes. Seule la sommation incohérente par des détecteurs quadratiques, est possible, et la pondération éventuellement négative des signaux issus des différentes prises sur une ligne à retard à fibre optique monomode, pour réaliser des fonctions de filtrage, ne peut pas être accomplie optiquement. L'invention a pour objet un dispositif de traitement de signal avec ligne à retard optique, qui autorise un traitement cohérent du signal transmis et qui donc évite les inconvénients des systèmes o seule la détection quadratique est possible, et ouvre de grandes possibilités d'applications. Selon l'invention, un dispositif de traitement de signal utilisant une fibre optique monomode comme ligne à retard, est caractérisé en ce que, pour effectuer un traitement cohérent, le dispositif comporte un interféromètre en anneau dont l'anneau est la fibre optique monomode, à une extrémité de laquelle sont disposés en série une suite de modulateurs de phase électrooptiques, la sortie de l'un étant reliée à l'entrée du suivant par un morceau de fibre optique monomode de longueur prédéterminée pour introduire un retard donné, les deux extrémités de l'anneau étant couplées à deux accès d'un coupleur bidirectionnel, à un autre accès duquel est couplée une source destinée à fournir une onde optique continue, les deux ondes optiques contrarotatives dans l'anneau étant combinées en sortie dans le coupleur pour former des interférences analysées par un détecteur couplé au quatrième accès du coupleur, tous les modulateurs étant commandés simultanément par un même signal de commande impulsionnel. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristi- ques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en réfé- rence aux figures annexées. - La figure 1 représente une ligne à retard à prise utili- sant une fibre optique, selon l'art antérieur; - La figure 2 est une ligne à recirculation, utilisant une fibre optique, selon l'art antérieur; - La figure 3 est un dispositif de traitement selon l'invention dans un premier mode de réalisation; - La figure 4 est un second mode de réalisation du dispositif de traitement utilisant une ligne à retard à fibre optique selon l'invention; - La figure 5 est un diagramme de signaux explicatifs. Le dispositif de traitement de signal utilisant une ligne à retard à prises, à fibre optique, selon l'art antérieur com- porte une source 1 qui émet une impulsion d'onde optique à laquelle est couplée une fibre optique monomode 10 sur laquelle sont réparties un certain nombre de prises PO, Pl' P2 ' Pn équidistantes, le retard introduit entre deux prises consécutives, Piet Pi +l étant égal à; les signaux issus de ces différentes prises sont transmis via des atténuateurs respectivement Ao A1, A2.... An aux entrées d'un détecteur quadratique 30. Le signal de sortie de ce détecteur quadratique quadratique 30. Le signal de sortie de ce détecteur quadratique 26135 64 est donc la somme, pondérée par les atténuateurs A0... An, des signaux issus des différentes prises P0... Pn successivement retardés de t. Comme indiqué ci-dessus, le défaut d'un tel dispositif de traitement est qu'il ne peut traiter que des signaux positifs, éventuellement en les pondérant, du fait du type de détection utilisable. En conséquence la pondération par des coefficients négatifs est exclue pour ce type de système, sauf en utilisant des artifices par lesquels les sorties des différentes prises sont combinées dans l'un ou l'autre de deux détecteurs selon qu'ils doivent être affectés d'un coefficient positif ou néga- tif, les sorties de ces deux détecteurs étant alors combinées avec des signes différents. La figure 2 représente une ligne à retard à fibre optique, dite à recirculation, selon l'art antérieur. Cette structure comporte une source 1 qui émet une impulsion d'onde optique, une boucle de fibre optique 15 et un coupleur directionnel 20 arrangé de la manière suivante: la source 1 est reliée au premier accès A du coupleur, la boucle de fibre optique est branchée entre un accès opposé C du coupleur et l'accès conjugué de A, B, et la sortie du dispositif s'effectue sur le second accès opposé D. Ainsi au premier passage une fraction de l'onde optique est transmise à la sortie D tandis que l'autre fraction parcourt la boucle 15. Au second passage une fraction de l'onde optique est transmise à la sortie D et l'autre partie recircule dans la boucle 15 etc... On obtient ainsi, entre les impulsions de sortie, des retards strictement égaux puisque le trajet optique est le même. Comme le dispositif représenté sur la figure 1, celui représenté sur la figure 2 ne permet pas d'effectuer sur le signal un traitement cohérent. La figure 3 représente un premier mode de réalisation du dispositif de traitement de signal selon l'invention. Ce disposi- tif comporte une source 1 destinée à émettre une onde optique continue, reliée à un premier accès A d'un coupleur bidirectionnel (à fibre ou optique intégrée par exemple) 20. Aux deux accès opposés C et D du coupleur directionnel 20 sont reliées les deux extrémités d'une boucle de fibre optique monomode 25 à une extrémité de laquelle sont montés en série le long de la fibre optique des modulateurs électrooptlques M1, M2, etc... Mn; deux modulateurs successifs sont reliés par des morceaux de fibre optique de longueurs identiques introduisant un retard égal à 'C. Ces modulateurs sont commandés par un signal électrique de commande impulsionnel appliqué à l'entrée EC Un détecteur 30 est branché au quatrième accès B du coupleur 20. Cette structure est celle d'un interféromètre en anneau, dans l'anneau duquel sont placés en série plusieurs modulateurs de phase en optique intégrée, séparés par un retard t. Typiquement t = 5 nanosecondes pour un mètre de fibre optique. Ces modulateurs, commandés par le même signal de commande impulsionnel, vont introduire des déphasages impulsionnels espacés de Y sur le signal continu transmis dans la boucle. Lorsque les signaux repassent sur le coupleur bidirectionnel o les ondes interfèrent, les déphasages pourront s'ajouter ou se soustraire sur le détecteur quadratique dans la limite de la zone de linéarité de la réponse sinusoïdale de l'interféromètre. Par rapport au système antérieur comportant une ligne à prises du type de celle décrite sur la figure 1, les possibilités de traitement sont beaucoup plus importantes. La figure 4 représente un mode particulier de réalisation du dispositif de traitement de signal cohérent selon l'inven- tion. Il comporte comme le précédent une source 1, un coupleur bidirectionnel 20, une bobine de fibre optique monomode 25 à une extrémité duquel sont placés en série sur la fibre optique des modulateurs élémentaires. Mais dans ce mode de réalisation les modulateurs sont tous réalisés sur le même circuit M. Ce circuit est un circuit optique intégré de largeur 1 = 10 à mm, selon la modulation de phase souhaitée, et à la surface duquel sont prévus des guides optiques, G1, G2... Gn, n = 11 sur la figure, munis d'électrodes de commande disposées de 26 1 3564 manière classique de part et d'autre du guide, et non représentées sur la figure, pour l'introduction d'un déphasage du fait du champ électrique appliqué aux guides. Des morceaux de fibre optique de longueur adaptée au retard t à introduire entre deux modulateurs relient la sortie d'un guide à l'entrée du suivant, par exemple selon la configuration représentée sur la figure 4, o la sortie d'un modulateur et l'entrée du modulateur suivant sont réalisées sur une même face latérale du circuit optique intégré. Cette disposition n'est pas limitative et toutes les entrées des modulateurs pourront être disposées sur la même face latérale du circuit optique intégrée et toutes les sorties sur l'autre face, des boucles de fibre optique étant adaptées en conséquence. Comme précédemment l'accès du coupleur directionnel situé du même côté que la source est relié à un détecteur 30. Le signal électrique appliqué à l'entrée de commande EC est une impulsion électrique qui introduit une modulation de phase de l'onde optique simultanément sur l'onde lumineuse se propageant sur la figure optique, et donc à des instants espacés de Y sur l'onde optique continue transmise par la source. La longueur des électrodes de chacun des modulateurs élémentaires, qu'ils soient réalisés indépendamment ou réalisés sur le même circuit optique intégré détermine le déphasage appliqué, et le sens de ce déphasage est fixé par le sens du champ électrique appliqué à ces électrodes. Par une configuration particulière des électrodes il est donc possible d'obtenir des déphasages 01(t) et 02 o PM est la puissance maximale de sortie. La figure 6 représente partiellement un mode de réalisation du modulateur M o les électrodes de commande des modulateurs de phase ont été représentées, en supposant que les déphasages appliqués sont eeux représentés sur la figure 5. Pour la réalisation des modulateurs, quelques précautions doivent être prises pour que la capacité parasite introduite par les électrodes de commande du modulateur ne vienne pas limiter la bande passante. Pour cela, la configuration la mieux adaptée est celle représentée sur la figure 6, o le champ électrique est appliqué entre les deux extrémités des électrodes, dans le sens de propagation de l'onde optique, les deux autres extrémités étant chargées sur une résistance de charge R = 50 ohms de façon à réaliser une ligne adaptée. Chaque guide G1, G2, G3, G4 est associé à des électrodes de commande convenablement configurées. Ces électrodes de commande sont interconnectées. Dans l'exemple représenté la tension de commande a le même sens pour les quatre premiers modulateurs. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier dans le mode de réalisa- tion représenté sur la figure 3, il est possible d'effectuer une pondération en appliquant au signal de commande des différents modulateurs une pondération au moyen d'atténuateurs du signal impulsionnel électrique de commande. D'une manière générale, un circuit de traitement de si- gnal utilisant une ligne à retard optique, qui comporte un interféromètre en anneau permettant d'effectuer un traitement cohérent du signal, la ligne à retard optique étant une fibre optique monomode, est du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement de signal utilisant une fibre optique monornode comme ligne à retard, caractérisé en ce que, pour effectuer un traitement cohérent, le dispositif comporte un interféromètre en anneau dont l'anneau est la fibre optique monomode (25), à une extrémité de laquelle sont disposés en série une suite de modulateurs de phase électrooptiques (M1, M2,... Mn), la sortie de l'un étant reliée à l'entrée du suivant par un morceau de fibre optique monomode de longueur prédéterminée pour introduire un retard donné, les deux extrémités de l'anneau étant couplées à deux accès (C et D) d'un coupleur bidirectionnel (20), à un autre accès (A) duquel est couplée une source (1) destinée à fournir une onde optique continue, les deux ondes optiques contrarotatives dans l'anneau étant combinées en sortie dans le coupleur pour former des interférences analysées par un détecteur (30) couplé au quatrième accès (B) du coupleur, tous les modulateurs étant commandés simultanément par un même signal de commande impulsionnel. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modulateurs (M1, M2,.. . Mn) sont réalisés sur un même circuit optique intégré qui comporte autant de guides d'onde séparés (G1, G2... Gn) que de modulateurs, des électrodes de commande étant disposées de part et d'autre de chaque guide, et les morceaux de fibre optiques monomodes séparant les modulateurs étant couplés aux extrémités des guides (G1... Gn). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé 'en ce que pour assurer au dispositif de traitement une large bande, les électrodes de commande des modulateurs ont la forme de lignes adaptées. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les configurations des électrodes et le sens de la tension appliquée sont définis pour effectuer une pondération souhaitée. 26 1 3564 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de la boucle de fibre optique entre la sortie du dernier modulateur (Mn) et l'accès correspondant (D) du coupleur est tel que le temps de propagation y est au moins égal au temps de propagation entre l'autre accès (C) du coupleur et la sortie de ce dernier modulateur (Mn), les suites d'impulsions de modulation de phase résultant des modulations appliquées aux ondes contrarotatives étant alors séparées dans le temps et détectables indépendamment par le détecteur (30).