Brevet FR2629224A1 — publié le 19890929

L'invention concerne un appareil de transmis- sion d'un signal optique cohérent, modulé en fréquence, cet appareil comprenant une source de lumière laser ayant une largeur de bande spectrale, centrée sur chaque fréquence transmise, qui est inférieure à 100 MHz, un coupleur optique connecté à la source de lumière laser et pouvant être commandé par des moyens de commande électriques qui peuvent être connectés à un signal porteur d'une informa- tion. LO On a utilisé dans une large mesure des systèmes incohérents pour transmettre des informations par l'inter- médiaire de fibres optiques. Un exemple d'un tel système est décrit dans la demande de brevet français N 2 563 672. L'émetteur de ce système comporte deux lasers ayant des L5 longueurs d'ondes différentes, par exemple 0,8 micromètre et 0,78 micrometre, correspondant à des "zéros" et des "uns". Le système est simple, mais les lasers sont à bande large et le système ne permet une transmission que d'environ 10 canaux par une seule et même fibre optique. 2.0 Pour accroitre la capacité de transmission, on a suggéré un système de transmission cohérent, par exemple conformément à IEEE communications Magazine, Août 1985 - vol 23, N 8, pages 37-53, IW Stanley: "A Tutorial Review of Techniques for Coherent Optical Fiber Transmission Systems". Dans cet article, il est proposé que l'émetteur possède un laser à bande étroite, appelé laser à réaction distribuée (laser DFB), dont la fréquence de lumière se déplace entre deux valeurs par la commande du courant d'attaque du laser entre deux valeurs. Cependant, la longueur d'onde de la lumière du laser dépend de la température qui est elle-même affectée par le courant d'attaque. Il est donc difficile de moduler la fréquence de la lumière d'un laser de cette manière à une fréquence de modulation élevée. Un système conérent de transmission optique, appelé système multiplex à division de fréquence (système FDM), est décrit dans la demande de brevet européen N 0 131 818. Le modulateur Raman-Nath est connecté à un laser à haute stabilité et à un premier signal de modula- tion. Le modulateur possède un nombre souhaité de sorties ayant des fréquences optiques différentes qui s'écartent de la fréquence du laser suivant un multiple de fréquence du premier signal de modulation. La lumière de sortie du modulateur Raman-Nath est modulée a son tour par des signaux porteurs d'informations, par exemple des signaux de télévision, et les signaux lumineux modulés sont transmis à un récepteur par l'intermédiaire d'une fibre optique. Par l'intermédiaire d'une autre fibre optique, le récepteur reçoit de la lumière provenant du laser à haute stabilité et, à l'aide de cette lumière, les signaux porteurs d'informations peuvent être reconstitués. L'appareil illustré a pour inconvénients, entre autres, une diaphonie entre les sorties du modulateur Raman-Nath. Ce modulateur est également relativement lent et est à l'origine d'importantes pertes d'énergie lumineuse. Un appareil destiné à générer un signal optique cohérent modulé en fréquence est décrit dans la demande de brevet britannique N 2 131 567. L'appareil comporte un modulateur opto-électronique qui est connecté à un laser hautement stable et à un moyen de commande électronique. Le modulateur comprend trois branches de guide d'ondes qui ont sensiblement la même longueur, une entrée commune et une sortie commune. Les trois branches de guide d'ondes possèdent chacun un déphaseur qui reçoit des signaux électriques du moyen de commande. La lumière provenant du laser à haute stabilité franchit les déphaseurs et, dans ces derniers, elle peut être soumise à une action afin que l'on obtienne à la sortie du modulateur une lumière ayant l'une de deux fréquences optiques distinctes. L'appareil a pour inconvénient la difficulté d'éviter la diaphonie, de sorte que les deux fréquences optiques sont présentes simultanément, dans la lumière transmise. La lumière transmise présente également des harmoniques de la fréquence moduleée. Les inconvénients mentionnés ci-dessus sont évités dans un appareil conforme à l'invention, qui peut transmettre un signal optique cohérent, modulé en fré- quence, avec une fréquence de modulation élevée, une faible diaphonie et une faible teneur en harmoniques. L'invention concerne donc un appareil destiné à 0 transmettre un signal optique cohérent, modulé en fré- quence, cet appareil comprenant une source de lumière laser ayant une largeur de bande spectrale centrée sur chaque fréquence transmise, inférieure à 100 MHz, un coupleur optique connecté à la source de lumière laser et pouvant être commandé par des moyens électriques de commande qui peuvent être connectés à un signal porteur d'informations, l'appareil étant caractérisé par le fait que la source de lumière laser comprend au moins deux dispositifs laser ayant chacun sa sortie optique; par le fait que les !0 sorties des dispositifs laser sont connectées chacune à une entrée optique du coupleur optique pouvant être commandé ainsi qu'à des photodétecteurs communs par paires aux dispositifs laser; par le fait qu'au moins l'un des dispositifs laser comporte un laser qui est connecté à un !5 circuit de commande normal déterminant la fréquence de la lumière de ce laser; par le fait que les autres dis- positifs laser sont connectés chacun a un circuit de réglage de fréquence qui règle la fréquence de la lumière du.dispositif laser respectif, et par le fait que les g0 photodétecteurs sont connectés chacun à l'un des circuits de réglage de fréquence, les photodétecteurs transmettant des signaux de différence, correspondant aux fréquences de différence des dispositifs laser, aux circuits de réglage de fréquence qui transmettent des signaux de réglage, correspondant auxdits signaux de différence et à des signaux de référence extérieurs, aux autres dispositifs laser afin que les fréquences de différence des dispositifs laser soient déterminées par les signaux de référence extérieurs, le signal porteur d'informations commandant la lumière provenant alternativement des dispositifs laser afin de l'appliquer à une sortie du coupleur optique commandable pour constituer le signal optique cohérent. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel simplifié de l'appareil selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme de distribution de fréquence de'la lumière transmise; et - la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifie d'une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'invention. Une forme de réalisation du modulateur de fréquence selon l'invention est illustrée sur la figure 1. Un premier dispositif laser 1 à bande étroite est connecté par l'intermédiaire d'une fibre optique 2 de maintien de polarisation à un coupleur optique 3 portant deux sorties 4 et 5. Un second dispositif laser 6 à bande étroite est connecté par l'intermédiaire d'une fibre 7 de maintien de polarisation à un coupleur optique 8 muni de sorties 9 et 10. Les sorties 4 et 9 des coupleurs optiques sont connectées, à l'aide de fibres optiques 11 et 12 de maintien de polarisation, à leur entrée respective 13 et 14 sur un coupleur optique directionnel 15 dont une sortie est connectée à une fibre optique 16. Le premier dispositif laser 1 est connecté à un premier circuit 17 de commande, qui maintient la fréquence optique fl du dispositif-à une valeur constante. Les sorties 5 et 10 des coupleurs optiques 3 et 8 sont connectées à une entrée optique 23 d'un photodétecteur 18 qui comporte une sortie électrique 19. Cette sortie est connectée à un second circuit 20 de commande dont la sortie est elle-même connectée au second dispositif laser 6. Comme décrit ci- dessus, le second circuit 20 de commande maintient la fréquence optique f2 du second dispositif laser 6 à une valeur constante. Le premier dispositif laser 1 transmet une onde lumineuse S1 dont une grande partie S2 franchit le coupleur 3 et atteint l'entrée 13 du coupleur directionnel 15. Le second dispositif laser 6 transmet une onde lumineuse S3 dont une 0 grande partie S4 franchit le coupleur 8 et atteint l'entrée 14 du coupleur directionnel 15. Les ondes lumineuses S2 et S4 peuvent être connectées en alternance à la fibre 16 de sortie a l'aide du coupleur directionnel 15, afin de constituer un signal optique modulé en fréquence. Comme mentionné précédemment, les dispositifs laser 1 et 6 sont à bande étroite. Un laser à semiconduc- teur simple émet de la lumière ayant un spectre de longueurs d'ondes relativement large, qui possède un maximum d'amplitude centrale et plusieurs maximas latéraux. 0 Un tel laser classique peut présenter des surfaces de réflexion d'ondes séparées, sur la longueur du laser, par une distance égale à la moitié d'une longueur d'onde, et un tel laser est appelé "laser DFB" comme mentionné préçédem- ment. Ce laser émet de la lumière à des longueurs d'ondes centrées sensiblement sur le maximum central. On peut encore réduite la largeur de la bande de cette lumière en munissant le laser DFB d'une cavité extérieure. Les dispositifs laser 1 et 6 sont de tels lasers DFB, ayant une cavité, et ils sont décrits de façon plus complète dans la 0 référence précitée "IEEE communications Magazine.1985" de IW Stanley. Le circuit 17 de commande de laser, qui règle la fréquence du premier dispositif laser 1,-est une source de courant constant de réalisation connue, qui maintient & une valeur constante le courant I d'attaque du laser. -Les coupleurs optiques 3 et 8 comprennent chacun une tranche de matière opto-électronique, par exemple du niobate de lithium, dans la surface de laquelle sont diffusés deux guides d'ondes 21 et 22. Les guides d'ondes situés sur la tranche sont si proches l'un de l'autre, sur une distance d'interaction L, que le champ électromagnétique d'un guide d'ondes 21 agit sur l'autre guide d'ondes 22. L'onde lumineuse, S1 ou S3, d'un guide d'ondes est ainsi transmise partiellement à l'autre guide d'ondes par couplage. Les coupleurs 3 et 8 émettent des ondes lumineuses respectives S5 et S6 à partir des sorties et 10 vers le photodétecteur 18, et les paramètres du coupleur directionnel sont choisis de manière que ces ondes lumineuses soient relativement faibles. Les ondes lumineu- ses S5 et S6 sont mutuellement superposées et sont détectées par le photodétecteur 18 qui transmet un signal de différence électrique Vi à la fréquence fs = f2 - fl. Le signal V1 est appliqué au second circuit 20 de commande qui est également connecté à un signal de référence extérieur V2 de fréquence f0. Le second circuit 20 de commande ou de réglage, qui est un convertisseur connu fréquence-courant, émet un courant d'attaque I2 vers le laser se trouvant dans le dispositif laser 6 et règle ainsi la fréquence f2 de l'onde lumineuse S3. Le circuit 20 de commande, qui détecte le signal de différence Vl, règle le courant d'attaque I2 à une valeur telle que fs = f2 - fl = f0o- Le coupleur directionnel 15 est un modulateur à vitesse élevée, par exemple du type décrit dans le document IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-15, N' 12, décembre 1979, pages 1415-1418, Peter S Cross et Ronald V Schmidt: "A 1 Gibt/s integrated Optical Modulator". Le coupleur directionnel montré sur la figure 1 ne représente que schématiquement un modulateur à vitesse élevée et ne donne pas une illustration du modulateur conforme à cette référence. Un signal V3 porteur d'information est appliqué à l'électrode du coupleur directionnel. Le signal place alternativement le coupleur 15 dans les états de croisement et de traversée directe et applique en alternance S2 et S4 à la fibre optique 16 de sortie. Le coupleur directionnel transmet donc un signal S7 qui constitue le signal optique cohérent souhaité, modulé en fréquence. Les fréquences des signaux Si et S2 provenant des dispositifs laser 1 et 6 sont montrées plus en détail sur la figure 2. Sur cette figure, la fréquence optique est désignée par f et son niveau de puissance par P. Les O fréquences lumineuses fl et f2 sont d'un ordre de grandeur de 1014 Hz, par exemple environ 2 x 1014 Hz pour une lumière d'une longueur d'onde d'environ 1,5 micromètre. La différence de fréquence f0 est d'un ordre de grandeur de 1 x 109 Hz (1 GHz) et les deux dispositifs laser 1 et 6 ont une largeur de bande d'un ordre de grandeur bf = 106 Hz. Comme mentionné dans l'introduction, il est souhaitable de pouvoir transmettre plusieurs signaux optiques cohérents, modulés en fréquence, sur une seule fibre optique. Le signal S7 peut être transmis en même temps qu'un signal 0 optique S qui est montré sur la figure 2. Le signal S8 possède les fréquences f3 et f4 qui sont générées de la manière décrite en regard de la figure 1. La différence entre les fréquences f3 et f4 possède la valeur f0 dans cet exemple, de même que la différence entre les fréquences fl et f2. D'autres signaux modulés en fréquence peuvent être transmis sur la même fibre optique que celle des signaux S7 et S8. La différence entre les fréquences fl et f3 dans cet exemple présente une valeur F = 2 x 1010 Hz. Les valeurs précitées pour la largeur de bande Af et les différences 0 de fréquence f0 et F ne sont pas limitatives de l'inven- tion. Les valeurs sont choisies par le spécialiste de manière que les fréquences puissent être séparées de façon fiable dans un récepteur. L'appareil selon l'invention, montré sur la figure 1, transmet un signal ayant deux fréquences comme décrit ci-dessus. L'appareil peut être étendu de façon à transmettre un signal modulé en fréquence ayant plusieurs fréquences. Un appareil pour trois fréquences est illustré schématiquement sur la figure 3. L'appareil de la figure 1 a été muni d'un autre dispositif laser 25, de deux coupleurs 26 et 27, d'un photodétecteur 28, d'un circuit 29 de commande et d'un coupleur directionnel 30 dont les électrodes sont connectées à un signal V6 porteur d'infor- mations. Le circuit de commande 29 reçoit un signal V4 du photodétecteur et un signal de commande V5 de la manière décrite pour le circuit de commande 20. Par l'intermédiaire d'un courant de commande, le circuit de commande 29 commande le laser 25 qui transmet un signal lumineux S9 de fréquence f5 telle que f5 - fl = 2fo. Ce signal est représente en traits tiretés sur la figure 2. Les signaux provenant du dispositif laser 1, 6 et 25 sont commutés par le coupleur directionnel 15.et 30 à l'aide de signaux V3 et V6 sur une fibre optique 31 de sortie et ils constituent, dans cette fibre, un signal optique cohérent, modulé en fréquence, ayant les trois fréquences fl, f2 et f5. Dans les formes de réalisation décrites ci- dessus, les fréquences fl, f2 et f5 des lasers sont commandées ou réglées à l'aide du courant d'attaque. Dans une autre forme de réalisation, la référence locale déterminant la fréquence peut constituer un laser a gaz qui règle ou commande la fréquence d'un laser à semiconducteur, comme décrit dans l'article précité du document IEEE Communications Magazine" de I.W. Stanley. On peut régler les fréquences f2 et f5 en agissant sur la température des lasers, par exemple au moyen d'éléments Peltier qui sont connectés aux circuits 20 et 29 de commande ou de réglage. Conformément à l'exemple de réalisation ci-dessus, les coupleurs optiques 3 et 8 comportent une tranche en matière opto-électronique portant des guides d'ondes. Ces coupleurs peuvent être réalisés d'autres manières; par exemple, ils peuvent comprendre deux fibres optiques juxtaposées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION 1. Appareil de transmission d'un signal optique cohérent, modulé en fréquence, ledit appareil comprenant une source de lumière laser ayant une largeur de bande spectrale, centrée sur chaque fréquence transmise, qui est inférieure à 100 MHz, un coupleur optique connecté à la source de lumière à laser et pouvant être commandé par des moyens électriques de commande qui peuvent être connectés à un signal porteur d'informations, l'appareil étant caractérisé en ce que la source de lumière laser comprend au moins deux dispositifs laser (1, 6, 25) ayant chacun sa sortie optique; en ce que les sorties des dispositifs laser (1, 6, 25) sont connectées chacune à une entrée optique (13, 14) du coupleur optique (15, 30) pouvant être commande, ainsi qu'à des photodétecteurs (18, 28), communs par paires aux dispositifs laser (1, 6, 25); en ce qu'au moins l'un des dispositifs laser (1) comporte un laser qui est connecté à un circuit (17) de commande normale qui détermine la fréquence de (fl) de la lumière de ce laser; en ce que les autres dispositifs laser (6, 25) sont connectés chacun à un circuit (20, 29) de réglage de fréquence qui règle la fréquence (f2, f5) de la lumière du dispositif laser respectif; et en ce que les photodétec- teurs (18, 28) sont connectés chacun à l'un des circuits de réglage de fréquence (20, 29), les photodétecteurs (18, 28) transmettant des signaux de différence (Vl, V4), correspon- dant aux fréquences de différence (f2 - fl, f4 - f3) des dispositifs laser (1, 6, 25), aux circuits (20, 29) de réglage de fréquence qui transmettent des signaux de réglage (12) correspondant auxdits signaux de différence (Vl, V4) et des signaux de référence extérieurs (V2, V5), aux autres dispositifs laser (6, 25) afin que les fréquen- ces de différence des dispositifs laser (1, 6, 25) soient déterminées par lesdits signaux de référence extérieurs (V2, V5), le signal (V3, V6) porteur d'informations commandant l'application alternée de la lumière, provenant des dispositifs laser (1, 6, 25), à une sortie (16, 31) du coupleur optique (15, 30) pouvant être commandé de façon à constituer le signal optique cohérent. -