Brevet FR2674965A1 — publié le 19921009

- Amplificateur optique à fibre optique dopée à l'erbium La présente invention concerne un amplificateur optique à fibre optique dopée à l'erbium, trouvant notamment une application dans les systèmes de télécommunications à fibre optique. La particularité d'un tel amplificateur réside dans l'obtention de gains élevés par simple passage du signal dans le domaine spectral 1,5 à 1,6 mm, pour des puissances de pompage optique réduites, de l'ordre de 1 à 100 mwatts. La stabilité du processus d'amplification dans une fibre est entre autres liée aux bruits modaux de la pompe optique Il est donc préférable que l'amplificateur fonctionne suivant un schéma de principe dans lequel la pompe optique et le signal à amplifier sont monomodes, la longueur d'onde de coupure du mode L Pl de la fibre amplificatrice étant ainsi inférieure à la longueur d'onde de la pompe Cela restreint les longueurs d'ondes de pompe aux deux domaines spectraux 0,98 0,04 am et 1,48 i 0,04 pm. Les amplificateurs optiques à fibre optique dopée à l'erbium sont décrits en particulier dans les articles suivants: E 13 R J LAMING, D N PAYNE, F MELI, G GRASSO, E J TARBOX, "Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" - Optical Society of America Washington, D C, 1990 Paper MB 3. E 23 J F MARCEROU, H FEVRIER, J AUGE, C CLERGEAUD, S LANDAIS, A M. BRIANCON, B JACQUIER, "Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" Optical Society of America Washington D-C, 1990 Paper MD 7. E 33 W I WAY, A C VON LEHMAN, M J ANDRESCO, M A SAIFI, C LIN, Technical Digest on Optical Amplifiers and their Applications" Optical Society of America Washington, D-C, 1990 Paper TU B 3. D'après les articles 1 Ci et E 21, on peut obtenir un rendement quantique supérieur à 80 %, que l'on utilise l'un ou l'autre des domaines spectraux précités pour la longueur d'onde de pompe. Il en est tout autrement si l'on se réfère au rendement de l'amplificateur défini comme le rapport de la puissance du signal en sortie diminuée de la puissance du signal à l'entrée sur la puissance35 de pompe Ainsi ce rendement est d'environ 50 % pour un pompage vers 2 - 0,98 am et d'environ 80 % pour un pompage vers 1,48 am Ceci vient du rapport des énergies respectives des photons à la longueur d'onde de pompe et à celle du signal Donc, pour une puissance de pompe donnée, on sait qu'il est possible d'extraire davantage d'énergie d'un 5 amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium lorsque qu'il est pompé à 1,48 am que lorsqu'il est pompé à 0,98 am. Par ailleurs il est connu par les articles ú 23 et ú 33 précités, que le bruit apporté par l'amplificateur optique est plus faible lorsqu'il est pompé à 0,98 am que lorsqu'il est pompé à 1,48 pm; or le bruit est un paramètre très critique dans certaines applications, comme l'amplification de signaux analogiques. La présente invention a pour but de réaliser un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium dont la puissance de sortie soit la plus élevée possible et dont le bruit soit le plus faible possible. La présente invention a pour objet un amplificateur optique à fibre optique dopée à l'erbium, appliqué notamment à l'amplification de signaux dans le domaine spectral compris entre 1,5 et 1,6 am, comprenant des moyens de pompage optique, caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage optique comportent au moins une première source émettant au moins à une longueur d'onde comprise dans le domaine spectral 0,98 0,04 am et au moins une seconde source émettant au moins à une longueur d'onde comprise dans le domaine spectral 1,48 0,04 pm. Selon un premier mode de réalisation ladite première et ladite seconde sources sont reliées par l'intermédiaire de multiplexeurs à fibres, respectivement à l'entrée et à la sortie dudit amplificateur, les énergies de pompe correspondantes se propageant en sens opposés au sein de ladite fibre optique dopée à l'erbium. Selon un autre mode de réalisation ladite première et ladite seconde sources sont reliées par l'intermédiaire de multiplexeurs à fibres respectivement à la sortie et à l'entrée dudit amplificateur, les énergies de pompe correspondantes se propageant en sens opposés au sein de ladite fibre optique dopée à l'erbium. Selon un autre mode de réalisation lesdits moyens de pompage optique comportent une première et une seconde sources reliées par des -3- multiplexeurs à l'entrée dudit amplificateur. Ledit amplificateur peut comporter en outre une première et une seconde sources reliées par des multiplexeurs à la sortie dudit amplificateur. Quelle que soit la configuration de l'amplificateur selon l'invention, on constate que l'on obtient de manière surprenante, pour des signaux du domaine spectral 1,5 om à 1,6 um un compromis très avantageux entre puissance de sortie et bruit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif Dans le dessin annexé: les figures 1 à 3 montrent trois variantes d'amplificateurs optiques selon l'invention avec leurs sources de pompage, la figure 4 montre les variations du gain G (d B) de l'amplificateur selon l'invention et de deux amplificateurs de l'art antérieur en fonction du signal d'entrée Sin' la figure 5 montre les variations du facteur de bruit NF (d B) de l'amplificateur selon l'invention et de deux amplificateurs de l'art antérieur en fonction du signal d'entrée Sin. Dans les figures 1 à 3 on a représenté très schématiquement un amplificateur optique 1 à fibre optique dopée à l'erbium dont l'entrée et la sortie sont respectivement référencées 1 et 3; Sin est le signal d'entrée à 1,532 am et SO Ut est le signal de sortie Les sources de pompage optique sont des diodes laser émettant à environ 0,98 sm (pour p 1) et à environ 1,48 gm (pour p 2). La fibre optique dopée à l'erbium a les caractéristiques suivantes: matrice vitreuse de coeur à base de silice dopée par A 1203, Ge O 2 et dopée en outre à l'erbium. rayon de coeur: 1,34 pm. écart d'indice entre la gaine et le coeur à N = 28,5 x 10-3. longueur correspondant à la puissance de sortie maximale. Dans la configuration de la figure 1 on introduit dans la fibre dopée l'énergie de p 1 et l'énergie p 2 au niveau de son entrée 2 et de -4- sa sortie 3 par l'intermédiaire de multiplexeurs 4 et 5. Dans la configuration de la figure 2, les dispositions de p 1 et P 2 sont inversées par rapport à celles de la configuration de la figure 1. Dans la configuration de la figure 3 deux sources p 1 et p 2 sont reliées par des multiplexeurs 4,6 et 5,7 à l'entrée et à la sortie de l'amplificateur 1. Dans la figure 4, on voit l'évolution du gain G (d B) de trois amplificateurs à fibre dopée à d'entrée Sin dont la puissance signal Sin est exprimé en d Bm, La courbe A correspond à avec une diode laser délivrant 1,48 Sm. La courbe B correspond à avec une diode laser délivrant 0,98 *m. l'erbium en fonction d'un signal varie autour de lm W (signal fort) Le le point O correspondant à lm W. un amplificateur de l'art antérieur une puissance de pompe de 15 m W à un amplificateur de l'art antérieur une puissance de pompe de 15 m W à La courbe C correspond à un amplificateur selon l'invention (configuration de la figure 1) avec une diode p 1 émettant 7,5 m W à 0,98 am et une diode p 2 émettant 7,5 m W à 1,48 am. Les courbes A', B', C' de la figure 5 montrent les niveaux de bruit NF (d B) des trois amplificateurs précédents. Ces résultats montrent que l'amplificateur selon l'invention possède un facteur de bruit nettement plus faible qu'un amplificateur pompé à 1, 48 am, et presque équivalent à celui d'un amplificateur pompé à 0,98 pm Par contre son gain d'amplification est supérieur à celui de ce dernier. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. - REVENDICATIONS 1/ Amplificateur optique à fibre optique dopée à l'erbium, appliqué notamment à l'amplification de signaux dans le domaine spectral compris entre 1,5 et 1,6 mm, comprenant des moyens de pompage optique, caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage optique comportent au moins une première source émettant au moins à une longueur d'onde comprise dans le domaine spectral 0,98 i 0,04 sm et au moins une seconde source émettant au moins à une longueur d'onde comprise dans le domaine spectral 1,48 i 0,04 pm. 2/ Amplificateur optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première et ladite seconde sources sont reliées par l'intermédiaire de multiplexeurs à fibres respectivement à l'entrée et à la sortie dudit amplificateur, les énergies de pompe correspondantes se propageant en sens opposés au sein de ladite fibre optique dopée à l'erbium. 3/ Amplificateur optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première et ladite seconde sources sont reliées par l'intermédiaire de multiplexeurs à fibres respectivement à la sortie et à l'entrée dudit amplificateur, les énergies de pompe20 correspondantes se propageant en sens opposés au sein de ladite fibre optique dopée à l'erbium. 4/ Amplificateur optique selon la renvendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage optique comportent une première et une seconde sources reliées par des multiplexeurs à l'entrée dudit25 amplificateur. / Amplificateur optique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens de pompage optique comportent en outre une première et une seconde sources reliées par des multiplexeurs à la sortie dudit amplificateur.30 6/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la matrice vitreuse du coeur de la fibre optique dopée à l'erbium contient du germanium et de l'aluminium.