Brevet FR2657478A1 — publié le 19910726

La présente invention concerne les systèmes de transmission optique, par exemple pour les applications de transmission de données ou de télécommunications, et elle concerne en particulier des systèmes travaillant à des fréquences élevées de bits sur-de longues liaisons à fibre optique sans répéteur. Un problème essentiel posé par la transmission à grande distance des signaux optiques par un trajet formé par une fibre optique est dû à la dispersion du signal transmis La dispersion est due aux différences de vitesses des composantes aux diverses fréquences et/ou aux divers modes du signal dans le milieu de transmission Cet effet provoque un élargissement des impulsions constituantes d'un signal et limite ainsi la distance sur laquelle des signaux peuvent être transmis avant qu'une régénération soit nécessaire Le problème peut être réduit par sélection convenable de la fréquence ou de la longueur d' onde de transmission On a constaté que, dans le cas d'une fibre optique de silice, il existait une 'longueur d 'onde à laquelle la dispersion des signaux avait une valeur mini- male (non nulle) La transmission des signaux à cette fréquence constitue un perfectionnement et ne suffit pas pour que la transmission puisse être réalisée sur de très grandes distances Ce problème est résolu de manière classique par montage de répéteurs à intervalles réguliers le long du trajet de la fibre optique Un exemple de répéteur assure la régénération et la nouvelle synchronisa- tion du signal optique et peut aussi remplir une fonction de surveillance, par exemple pour la vérification des erreurs Ainsi, le répéteur classique est un dispositif complexe et assez coûteux En outre, comme un tel répéteur est destiné à être compatible avec le format de signalisa- tion du système et sa fréquence de bits, un système ayant de tels répéteurs ne peut pas subir ensuite un changement de qualité, par exemple par mise à une fréquence plus élevée de bits, sans que les inconvénients et les coûts soient considérables En fait, dans le cas d'un système sousmarin dans lequel la récupération et le remplacement des répéteurs sont impossibles en pratique, le changement ultérieur de qualité du système peut être impossible. On a déjà proposé de résoudre ce problème par transmission de signaux optiques avec un format de soliton. Un soliton est une impulsion ou onde solidaire qui se propage sur de très longues distances sans détérioration pratique La création des solitons optiques a été décrite par L Mollenauer et K Smith dans "Demonstration of Soliton Transmission over more than 4 000 km in fibre with loss periodically compensated by Raman gain", Optical Letters, 13, 1988, page 675. Un problème important pour la transmission d'un signal optique en format de soliton est celui du réglage de l'amplitude La transmission des solitons par un trajet formé d'une fibre optique nécessite une amplitude précise du signal qui dépend des caractéristiques de dispersion de la fibre et de sa section efficace Un écart par rapport à cette amplitude provoque une réduction de la pureté des solitons et une perte correspondante de la transmission sans dispersion. L'invention a pour objet de réduire au minimum ou de supprimer cet inconvénient. Une solution au problème posé par la transmission des solitons à grande distance a été proposée dans notre demande de brevet britannique n' 89 25818 Ce document décrit un procédé permettant l'élimination des interactions du type des solitons dans un système de communications par fibre optique comprenant une étape dans laquelle la fibre optique apparaît comme tube optique passif pour un signal qu'elle transmet. L'invention concerne une autre approche pour la résolution du problème posé par la transmission des solitons. Dans un premier aspect, l'invention concerne un système de transmission par fibre optique, comprenant un trajet à fibre optique, un dispositif amplificateur optique disposé à certains intervalles le long du trajet, un émetteur destiné à lancer des solitons optiques dans le trajet, et un récepteur destiné à recevoir les solitons du trajet, et le dispositif amplificateur comporte un dispo- sitif destiné à dériver, à partir des caractéristiques des solitons transmis, un signal permettant d'effectuer le réglage de l'amplitude des solitons afin que la transmis- sion porte sur des solitons pratiquement purs. Dans un autre aspect, l'invention concerne un procédé de transmission par fibre optique d'un signal d'information, le procédé comprenant la création d'une séquence d'impulsions de solitons optiques correspondant à des signaux d'information, la transmission d'une impulsion de soliton par un trajet à fibre optique, l'amplification des impulsions de solitons à différents stades le long dudit trajet, et la dérivation, des caractéristiques du soliton, à chaque étage amplificateur, d'un signal de réglage de gain par rétroaction destiné à un étage amplifi- cateur précédent afin que le degré d'amplification à chaque intervalle soit réglé et assure une transmission de soli- tons pratiquement purs. Dans un autre aspect, l'invention concerne un dispositif amplificateur pour système de transmission de solitons par fibre optique, le dispositif amplificateur comprenant un amplificateur optique, un dispositif destiné à analyser les signaux reçus des solitons et à transmettre, à un dispositif amplificateur analogue, un signal de réglage de gain par rétroaction représentatif de l'écart des signaux reçus de solitons par rapport à un format de soliton pur, et un dispositif destiné à recevoir un signal de réglage de gain par rétroaction d'un dispositif amplifi- cateur analogue supplémentaire afin que le gain de l'ampli- ficateur soit réglé et donne une valeur de gain pour laquelle une transmission de solitons pratiquement purs est assurée. Cette technique est particulièrement adaptée aux systèmes optiques sousmarins de grande longueur mais n'est pas limitée à ces systèmes, car le remplacement des répé- teurs classiques par des amplificateurs optiques à large bande provoque une réduction importante de coût Cette technique assure la pureté des solitons et optimise la puissance de transmission. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un système de transmission optique; et la figure 2 est un diagramme synoptique d'un dispo- sitif amplificateur destiné au système de la figure 1. On se réfère d'abord à la figure 1 des dessins; le système de transmission optique comprend un trajet 11 à fibre optique, par exemple un câble sous-marin à fibre optique, ayant des amplificateurs 12 à certains inter- valles La distance entre les amplificateurs est par exemple de l'ordre de 20 km Un émetteur 13 est couplé à une première extrémité (d'entrée) du trajet 11 et un récepteur 14 est couplé à l'autre extrémité (sortie) du trajet L'émetteur est destiné à lancer des signaux optiques correspondant aux signaux de données reçus, avec un format de soliton dans le trajet 11 Ces signaux ont de préférence une fréquence correspondant à une fréquence minimale de dispersion pour le milieu de la fibre, et ils sont sous forme d'impulsions de très courte durée Par exemple, la durée d'une impulsion est inférieure ou égale à une picoseconde La configuration de chaque impulsion doit correspondre à celle de la fonction sécante hyperbolique au carré pour donner le format de transmission des solitons. Les solitons se propagent d'une manière pratiquement dépourvue de dispersion le long du trajet formé par la fibre optique, l'amplitude de chaque soliton étant réglée afin que la transmission porte sur des solitons pratique- ment purs Etant donné que les impulsions des solitons ont une telle courte durée, il existe une séparation efficace entre les impulsions successives des solitons même aux fréquences élevées de bits de transmission Chaque ampli- ficateur 12 transmet un signal de rétroaction permettant le réglage du gain de l'amplificateur précédent dans le trajet de transmission. La figure 2 représente, sous forme très schématique, la disposition d'un amplificateur destiné à être utilisé dans le système de transmission de la figure 1 Comme l'indique la figure 2, l'ensemble amplificateur comporte un amplificateur optique 21, par exemple un tronçon de fibre amplificatrice subissant un pompage, et un circuit associé 22 de réglage de gain permettant le réglage du gain de l'amplificateur afin que les impulsions émises restent bien au format des solitons Le circuit 22 de réglage de gain reçoit un signal de rétroaction de l'amplificateur suivant (en aval) dans le système L'amplificateur transmet aussi un signal de commande à l'amplificateur précédent (amont) dans le système Le gain 22 de l'amplificateur est transmis avec un tremblotement à fréquence relativement faible, par exemple d'un signal variant sinusoïdalement, superposé au signal de rétroaction et créé localement par un oscillateur 23 Le rôle de cette légère variation du gain de l'amplifi- cateur est décrit dans la suite Le signal de rétroaction de l'amplificateur précédent du système est dérivé par détermination de l'amplitude de l'écart de l'impulsion reçue par rapport au format des solitons purs Dans l'en- semble amplificateur de la figure 2, ce résultat est obtenu par analyse d'une partie du signal émis qui est prélevée. Une prise 25 extrait une petite partie du signal émis provenant de la fibre d'entrée lla Le signal prélevé est alors analysé afin que l'amplitude de son écart par rapport au format des solitons purs soit déterminée, directement ou indirectement Dans l'ensemble de la figure 2, une tech- nique optique indirecte est utilisée Le signal prélevé est transmis par un répartiteur 26 à un premier et un second filtre 27, 28 ayant des bandes passantes différentes. Chaque filtre 27, 28 est associé à un photodétecteur respectif 29, 30, les signaux de sortie des photodétecteurs & étant couplés aux entrées d'un comparateur 31 dont le signal de sortie est une mesure des caractéristiques de fréquence des impulsions des solitons et donc de leur pureté. Il faut noter que l'écart des solitons par rapport à la pureté se produit lorsque le gain de l'amplificateur est trop élevé ou trop faible Ainsi, le signal de sortie du comparateur donnant une mesure de cet écart est ambigu Le signal de sortie du comparateur est transmis à un détecteur synchrone 32 accordé sur la fréquence de variation intro- duite dans le signal reçu par l'oscillateur de l'amplifica- teur précédent dans le trajet de transmission afin que cette ambiguïté soit supprimée La détermination du sens de la pente de l'écart du signal par rapport à la pureté des solitons par rapport au signal de variation ou tremblote- ment permet au détecteur 32 de déterminer si le signal convenable de rétroaction doit augmenter ou réduire le gain de l'amplificateur précédent De cette manière, il est certain que chaque amplificateur du système a une plage de valeurs de gain centrée sur la valeur qui donne une trans- mission pratiquement pure des solitons. Il faut noter que, comme le système des figures 1 et 2 n'est pas limité à une fréquence particulière de bits ni à une forme particulière de codage des signaux, il peut être facilement mis à jour ultérieurement, par exemple par fonctionnement à une plus grande fréquence de bits et/ou avec une plus faible largeur d'impulsions. REVENDICATIONS 1 Système de transmission à fibre optique, du type qui comprend un trajet ( 11) formé par une fibre optique, un dispositif amplificateur optique ( 12) placé à certains intervalles le long du trajet, un émetteur ( 13) destiné à lancer des solitons optiques dans ledit trajet, et un récepteur ( 14) destiné à recevoir les solitons dudit trajet, caractérisé en ce que chaque dispositif amplifica- teur comporte un dispositif destiné à dériver, à partir des caractéristiques des solitons transmis, un signal de rétroaction destiné à régler l'amplitude des solitons dans ledit trajet de manière que la transmission soit réalisée sous forme de solitons pratiquement purs. 2 Système de transmission par fibre optique, comprenant un trajet ( 11) formé d'une fibre optique, un dispositif amplificateur optique ( 12) disposé à un certain intervalle le long dudit trajet, un émetteur ( 13) destiné à lancer des solitons optiques dans ledit trajet, et un récepteur ( 14) destiné à recevoir les solitons dudit trajet, caractérisé en ce que le dispositif amplificateur comporte un amplificateur optique, en ce que le dispositif amplificateur comprend un dispositif de mesure de l'écart de chaque impulsion de soliton par rapport à un format de soliton pur de manière qu'il dérive un signal de réglage de gain d'un amplificateur correspondant destiné à un dispo- sitif amplificateur précédent dans ledit trajet, et en ce que chaque dispositif amplificateur comporte en outre un dispositif destiné à recevoir un signal de réglage de gain d'un amplificateur suivant dans ledit trajet, si bien que le gain de chaque amplificateur est réglé à une valeur à laquelle la transmission est réalisée sous forme de soli- tons pratiquement purs. 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de l'écart de chaque impul- sion de soliton par rapport à un format de soliton pur comprend un premier et un second détecteur sensibles à des longueurs d'ondes optiques différentes et couplés à un comparateur de manière que le signal de réglage de gain soit dérivé. 4 Système selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les signaux de réglage de gain sont transmis par un canal de surveillance. Procédé de transmission optique d'un signal d'information par une fibre, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une séquence d'impulsions sous forme de solitons optiques correspondant aux signaux d'information, l'émission des impulsions des solitons par un trajet à fibre optique, l'amplification des impulsions des solitons à certains stades le long dudit trajet, et la dérivation, à partir des caractéristiques des solitons et à chaque étage amplificateur, d'un signal de réglage de gain de rétroaction destiné à un étage amplificateur précédent, de manière que le degré d'amplification, à chaque inter- valle, soit réglé d'une manière qui donne une transmission de solitons pratiquement purs. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réglage de l'amplification est déterminé par mesure de l'écart des solitons transmis par rapport à un format de soliton pur. 7 Dispositif amplificateur pour système de trans- mission de solitons optiques, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur optique ( 12), un dispositif destiné à analyser les signaux des solitons reçus et à transmettre, à un dispositif amplificateur analogue, un signal de réglage de gain par rétroaction représentatif de l'écart des signaux reçus des solitons par rapport à un format de soliton pur, et un dispositif destiné à recevoir un signal de réglage de gain par rétroaction d'un dispo- sitif amplificateur analogue supplémentaire, afin que le gain de l'amplificateur soit réglé d'une manière telle que la valeur du gain assure une transmission de solitons pratiquement purs.