Brevet FR2683401A1 — publié le 19930507

Générateur optique, notamment pour le transport d'un signal hyperfréquence La présente invention concerne un générateur optique du genre comportant un laser polarisé par un courant de polarisation continu et commandé par un courant de commande alternatif pour émettre une onde lumineuse modulée Elle trouve, notamment mais non exclusivement, application dans le transport de signaux hyperfréquence, cette expression désignant notamment ici une onde hyperfréquence modulée par un signal utile. Le transport de signaux hyperfréquence sur de grandes distances est difficile à réaliser actuellement à cause de l'atténuation des câbles coaxiaux et des guides métalliques Cette atténuation est par exemple de l'ordre de 0,5 d B/m pour un câble type 17/18-RG 217 à 3 G Hz Le déport d'antenne, la distribution de signaux hyperfréquence sont des exemples d'application nécessitant le transport de signaux hyperfréquence Les liaisons optiques offrent une alternative intéressante car une fibre optique a une atténuation de l'ordre de 0,2 d B/km et sur de grandes distances les pertes de conversion électrique optique et optique électrique de l'émetteur et du récepteur sont compensées par la très faible atténuation. Malheureusement si une fibre optique possède une bande passante importante, il n'en est pas de même des composants d'extrémité En particulier les laser connus ont une bande passante limitée La limitation de la bande passante est principalement due aux bottiers des lasers en raison des fréquences de coupure présentées par ces bottiers Les puces semi-conductrices qui constituent ces lasers sont intrinsèquement capables de fonctionner à des fréquences plus élevées. L'amélioration des bottiers est possible mais coûteuse. La présente invention a notamment pour buts: de contourner cette limitation de bande passante des bottiers, de réaliser de manière peu coûteuse un système de transport de signaux notamment hyperfréquence, de réaliser de manière peu coûteuse un système de conversion de fréquence pour un signal notamment hyperfréquence, notamment si ce signal doit être transporté par un guide optique, 2 - d'engendrer de manière peu coûteuse une onde lumineuse modulée à une fréquence modifiée, et notamment accrue, par rapport à la fréquence d'un signal, notamment hyperfréquence, qui doit être porté par cette onde. Selon la présente invention de tels buts peuvent être atteints grâce à l'utilisation d'un laser polarisé au voisinage du coude de sa courbe caractéristique et commandé par plusieurs courants de commande. Ce choix du courant de polarisation permet à ce laser de mélanger ces courants en combinant leurs fréquences pour moduler l'onde lumineuse qu'il émet. A l'aide des figures schématiques, ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. Les figures 1 et 2 représentent des vues de deux systèmes connus pour le transport d'un signal hyperfréquence. La figure 3 représente une vue d'un système selon la présente invention pour le transport d'un signal hyperfréquence. La figure 4 représente une vue simplifiée de la courbe caractéristique d'un laser du système de la figure 3. Le système connu de la figure 1 comporte une entrée 102 pour recevoir une onde de base qui est une onde hyperfréquence à une fréquence de base et qui est modulée par un signal utile Cette onde est fournie à un mélangeur hyperfréquence 104 Ce dernier reçoit par ailleurs une onde locale fournie à une fréquence locale par un oscillateur local 106 Il fournit notamment une onde transposée dont la fréquence est une fréquence transposée égale à la somme de la fréquence de base et de la fréquence locale, cette opération constituant une transposition de fréquence. Cette onde transposée traverse un amplificateur 108 et un filtre égaliseur 110 avant d'être appliquée à un laser 112 constitué d'une puce semi-conductrice disposée dans un bottier non représenté Les pertes de puissance dans le mélangeur 104 et le filtre égaliseur rendent la présence de l'amplificateur 108 nécessaire pour que cette onde puisse utilement constituer le courant de commande de ce laser. Ce dernier émet une onde lumineuse modulée qui est guidée par une 3 fibre optique 114 qui constitue une fibre de transport et qui transmet cette onde à un photodétecteur 116 situé à distance du laser 112 Ce dernier restitue l'onde transposée sous la forme d'une onde électrique d'hyperfréquence. Dans le cas o, par exemple, la fréquence de base, locale et transposée doivent être égales à 0,89 G Hz, 1 G Hz et 1, 89 G Hz, respectivement, la réalisation du bottier du laser 112 serait fort coûteuse. Les éléments du système connu de la figure 2 sont équivalents à ceux du système représenté à la figure 1 Cependant les places de ces éléments ont changé L'entrée 122 du système représenté à la figure 2 reçoit une onde de base notamment d'hyperfréquence Cette onde est appliquée à un laser 124 constitué d'une puce semi-conductrice disposée dans un bottier non représenté Ce laser émet une onde lumineuse modulée qui est guidée par une fibre optique 126 qui constitue une fibre de transport et qui transmet cette onde à un photodétecteur 128 situé à distance du laser 122 Le photodétecteur 128 restitue l'onde de base sous la forme d'une onde électrique hyperfréquence Cette onde est alors fournie à un mélangeur hyperfréquence 134 après avoir été remise à niveau par un amplificateur hyperfréquence 130 et remise en forme par un filtre égaliseur 132 Ce mélangeur reçoit également une onde locale fournie à une fréquence locale par un oscillateur local 136 Ce mélangeur 134 délivre en sortie 138 une onde électrique transposée dont la fréquence est égale à la somme de la fréquence de base et de la fréquence locale. Dans le cas d'un déport d'antenne, ce système oblige à placer le mélangeur et l'oscillateur local près de l'antenne, le plus souvent à l'extérieur, ce qui augmente les contraintes climatiques qui influent sur la fiabilité donc sur le coût de ces composants. En se référant à la figure 3 on va maintenant décrire d'abord divers éléments qui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées au système connu de la figure 1 et à un système de transport de signal constitué par un générateur mettant la présente invention en oeuvre. Ces éléments communs sont les suivants: 4 - Une puce semi-conductrice 2 pour constituer un laser 4 Ce laser est polarisé par un courant de polarisation continu et commandé par un courant de commande alternatif pour émettre une onde lumineuse modulée en amplitude Une courbe caractéristique 6 de ce laser définit l'amplitude de cette onde en fonction de la somme des courants qui lui sont appliqués Cette courbe présente un coude 8. Un boîtier 10 pour contenir cette puce 2 Ce bottier comporte des éléments de connexion électriques permettant d'appliquer ces courants de polarisation et de commande à cette puce Il présente une fréquence de coupure au-delà de laquelle il ne permet plus d'appliquer un tel courant de commande. Des sources électriques de polarisation 12 et de commande pour fournir ces courants de polarisation et de commande. Dans les systèmes connus des figures 1 et 2, la transposition de fréquence est dévolue au mélangeur 104 ou 134 et nécessite une remise en forme du signal Elle est réalisée par les éléments 102 à 110 de la figure 1 et 130 à 138 de la figure 2. Aux éléments communs précédemment indiqués s'ajoutent Une fibre optique de transport 20 qui reçoit en sortie du laser 4 l'onde lumineuse modulée et qui guide cette onde lumineuse à distance jusqu'à un détecteur optoélectronique 18. Le détecteur optoélectronique 18 qui reçoit en sortie de fibre l'onde lumineuse et qui délivre en sortie de détecteur l'onde sous forme électrique L'ensemble de la liaison optique réalise le transport d'un signal utile qui module à l'entrée l'onde de base et en sortie l'onde transposée. Conformément à la présente invention le système de la figure 2 comporte deux sources électriques de commande 14, 16 pour fournir simultanément deux courants de commande élémentaires présentant deux fréquences élémentaires inférieures à la fréquence de coupure du bottier 10 du laser 4, respectivement Ce bottier comporte des éléments de connexion pour appliquer ces deux courants de commande élémentaires à la puce semiconductrice 2 du laser 4 La source de polarisation 12 fournit un courant de polarisation polarisant ce laser au voisinage du coude 8 de sa courbe caractéristique 6 La modulation se fait ainsi dans une zone de très forte non linéarité de la courbe caractéristique du laser Il en résulte que le laser réalise le mélange de ces deux courants de commande élémentaires pour moduler ladite onde lumineuse par une onde transposée ayant une fréquence transposée égale à la somme des deux fréquences élémentaires ou, éventuellement, à une autre combinaison linéaire de ces deux fréquences. Une première source électrique de commande est constituée par une entrée 14 du générateur pour recevoir une onde de base modulée par un signal utile et pour fournir au laser 4 un premier courant de commande élémentaire constitué par cette onde de base La deuxième source électrique de commande est constituée par un oscillateur local 16 fournissant une onde locale constituant le deuxième courant de commande élémentaire et présentant une fréquence locale. Le générateur ainsi constitué réalise le transport d'un signal utile modulant à l'entrée l'onde de base et en sortie l'onde transposée. La présente invention s'applique avantageusement lorsque la somme des fréquences élémentaires est supérieure à la fréquence de coupure du bottier 10 du laser 4 Cette dernière est souvent comprise entre 0,8 et 1,8 G Hz et typiquement voisine de 1,2 G Hz. Les fréquences de base, locale et transposée sont par exemple respectivement égales à 0,89 G Hz, 1 G Hz et 1,89 G Hz La fréquence de coupure du bottier 10 peut alors être peu supérieure à 1 G Hz, ce qui permet d'utiliser un bottier de type classique et peu coûteux La puce semi-conductrice 2 peut elle aussi être d'un type connu et peu coûteux Ceci tient au fait que, typiquement, pour un laser à faible coût, la fréquence de coupure de la puce semi-conductrice peut être cinq fois celle du bottier. La présente invention permet en outre de supprimer le mélangeur hyperfréquence, ce qui diminue encore plus le coût de la liaison. Sur la figure 4 on a porté en abscisse l'intensité globale I des deux courants de commande et en ordonnées la puissance lumineuse P de l'onde modulée émise par le laser 4 Des flèches 22, 24 et 26 représentent l'intensité du courant de polarisation et l'amplitude des -6- variations que les ondes de base et locale superposent à ce courant, respectivement. Le laser 4 peut être par exemple un laser de la société française CIT ALCATEL du type DL 2500/1300 dont la courbe caractéristique présente un coude à 31 m A On peut lui appliquer un courant de polarisation de 34 m A Les ondes de base et locale peuvent alors avoir des puissances de -16 et -14 d Bm, respectivement, et permettre d'émettre une onde lumineuse modulée à la fréquence transposée avec une puissance de -50 d Bm mesurés au niveau de la photodiode avant une éventuelle amplification. Dans certains cas la fréquence transposée Ft peut être égale à la somme de la fréquence de base Fb et d'une harmonique de la fréquence locale Lo On peut avoir par exemple Ft = Fb + 2 Lo. -7- REVENDICATIONS 1/ Générateur optique, notamment pour le transport d'un signal hyperfréquence, ce générateur comportant un laser ( 4) polarisé par un courant de polarisation continu et commandé par un courant de commande alternatif pour émettre une onde lumineuse modulée, ce générateur étant caractérisé par le fait que ce laser est polarisé au voisinage du coude ( 8) de sa courbe caractéristique ( 6) et commandé par plusieurs courants de commande de manière à mélanger ces courants en combinant leurs fréquences pour moduler l'onde lumineuse qu'il émet. 2/ Générateur selon la revendication 1, ce générateur comportant: une puce semi-conductrice ( 2) pour constituer un laser ( 4), ce laser étant polarisé par un courant de polarisation continu et commandé par un courant de commande alternatif pour émettre une onde lumineuse modulée en amplitude, une courbe caractéristique ( 6) de ce laser définissant l'amplitude de cette onde en fonction de la somme des courants qui lui sont appliqués, cette courbe présentant un coude ( 8), un bottier ( 10) pour contenir cette puce ( 2), ce bottier comportant des éléments de connexion électriques permettant d'appliquer ces courants de polarisation et de commande à cette puce, ce bottier présentant une fréquence de coupure au-delà de laquelle il ne permet plus d'appliquer un tel courant de commande, et des sources électriques de polarisation ( 12) et de commande pour fournir ces courants de polarisation et de commande, ce générateur étant caractérisé par le fait qu'il comporte deux sources électriques de commande ( 14, 16) pour fournir simultanément deux courants de commande élémentaires présentant deux fréquences élémentaires inférieures à la fréquence de coupure du bottier ( 10) du laser ( 4), respectivement, ce bottier comportant des éléments de connexion pour appliquer ces deux courants de commande élémentaires à la puce semi-conductrice ( 2) du laser ( 4), ladite source de polarisation ( 12) fournissant un courant de polarisation polarisant ce laser au voisinage dudit coude ( 8) de sa courbe caractéristique ( 6) ce qui lui donne des propriétés non linéaires grâce auxquelles il réalise un mélange de ces deux courants 8 - de commande élémentaires pour moduler ladite onde lumineuse par une onde transposée ayant une fréquence transposée égale à une combinaison linéaire des deux fréquences élémentaires. 3/ Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite fréquence transposée est égale à la somme des deux dites fréquences élémentaires et est comprise entre ladite fréquence de coupure du dit boîtier ( 4) du laser ( 10) et le double de cette fréquence de coupure. 4/ Générateur selon la revendication 3 dans lequel ladite fréquence de coupure du bottier ( 4) est supérieure à 0,8 G Hz. / Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une première dite source électrique de commande est constituée par une entrée ( 14) de ce générateur pour recevoir une onde de base modulée par un signal utile et pour fournir audit laser ( 4) un premier dit courant de commande élémentaire constitué par cette onde de base, la deuxième dite source électrique de commande étant constituée par un oscillateur local ( 16) fournissant une onde locale constituant le deuxième dit courant de commande élémentaire et présentant une fréquence locale. 6/ Générateur selon la revendication 5, ce générateur comportant en outre un détecteur optoélectronique ( 18) pour recevoir ladite onde lumineuse modulée en sortie du laser ( 4) et pour fournir en réponse ladite onde transposée sous forme électrique, grâce à quoi ce générateur réalise une conversion de fréquence. 7/ Générateur selon la revendication 6, ledit détecteur optoélectronique ( 18) étant situé à distance du laser ( 4), ce générateur comportant en outre une fibre optique de transport ( 20) pour recevoir ladite onde lumineuse modulée en sortie de ce laser, et pour guider cette onde jusqu'à ce détecteur optoélectronique, grâce à quoi ce générateur constitue une liaison optique réalisant en outre un transport du signal utile modulant ladite onde de base. 8/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel lesdites ondes de base et locale sont des ondes d'hyperfréquences.