Brevet FR2674079A1 — publié le 19920918

La présente invention concerne un dispositif de télécommunication optique cohérente, comprenant un premier laser, dit laser d'émission, fournissant une première onde, dite onde incidente, à la pulsation w5, des moyens de modulation de l'onde incidente par un signal à transmettre, une ligne de transmission optique, un deuxième laser, dit laser de détection, fournissant une deuxième onde, dite onde de détection, à la pulsation WL, un coupleur optique desdites première et deuxième ondes, un détecteur optique fournissant un signal de sortie à la pulsation w W wL , et des moyens de démodulation du signal de sortie pour restituer le signal à transmettre. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des télécommunications optiques cohérentes, notamment à lasers semi-conducteurs. Le principe de la détection cohérente consiste à mélanger, lors de la détection, l'onde incidente de pulsation w5 modulée en amplitude, phase ou fréquence par le signal à transmettre, avec l'onde émise par un oscillateur local à la pulsation #L. La détection est dite hétérodyne si wL est différente deys. Le détecteur livre dans ce cas un signal de battement à la fréquence différence des deux ondes. Si les pulsations des deux ondes sont égales, on parle de détection homodyne et le signal de sortie est reçu en bande de base. Ce principe utilisé en télécommunications sur fibre optique unimodale (dans ce cas, les fréquences mises en jeu sont des fréquences optiques) permet une amélioration sensible du seuil de détection par rapport à la technique classique de détection directe. Toutefois, la détection cohérente exige une bonne stabilité de la différence W 5-W , ce qui se traduit, dans le domaine de l'optique, par l'utilisation en réception de dispositifs complexes d'asservissement, en fréquence et/ou en phase optiques, de l'onde locale de détection, émise par le laser de détection, sur l'onde incidente émise par le laser d'émission. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser un dispositif de télécommunication optique cohérente conforme au préambule qui fournirait une différence de pulsations |&commat; sont au moins aussi stable qu'avec les dispositifs connus, mais qui nécessiterait des moyens de mise en oeuvre beaucoup simples que les techniques d'asservissement actuellement utilisées. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que lesdits premier et deuxième lasers sont des lasers stabilisés en fréquence de manière absolue et indépendante. Ainsi, la fréquence d'émission de chaque laser est asservie de manière indépendante et absolue, ce qui assure une stabilité suffisante de la fréquence de battement des deux lasers pour que l'on puisse se dispenser d'asservissement. Cette suppression simplifie la structure de réception du dispositif et améliore le seuil de détection du fait qu'aucun signal électrique n'est prélevé pour réaliser l'asservissement. De manière avantageuse, les premier et deuxième lasers sont respectivement stabilisés en fréquence sur une raie d'absorption, moléculaire par exemple. En particulier, si les premier et deuxième lasers sont stabilisés en fréquence sur une même raie d'absorption, on se retrouve dans le cas de la détection homodyne avec tous ses avantages : meilleure sensibilité, signal détecté directement en bande de base. La description qui va suivre en regard des dessins connexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un dispositif de télécommunication optique cohérente conforme à l'invention. La figure 2 est le schéma d'un laser à cavité étendue du type de ceux utilisés dans le dispositif de la figure 1. La figure 3 est un schéma d'un système de stabilisation en fréquence des lasers de la figure 2 mis en oeuvre dans le dispositif de la figure 1. La figure 4 est un diagramme donnant les variations au cours du temps de la fréquence de battement des premier et deuxième lasers de la figure 1. Le schéma de la figure 1 montre un dispositif de télécommunication optique cohérente comprenant un premier laser LS, dit laser d'émission, fournissant une première onde, dite onde incidente à la pulsation us. A titre d'exemple, ledit laser d'émission est une diode laser à semi-conducteur, InGaAsP notamment, fonctionnant autour de 1,5 pm, dans une fenêtre de transmission de la silice, matériau constitutif des fibres optiques utilisées. La figure 2 montre un mode de réalisation particulier d'un tel laser à semi-conducteur, dit à cavité étendue, comportant la diode laser 200 proprement dite dont une face est traitée anti-reflet, un objectif 210 de couplage de 8 mm de distance focale, et un réseau de diffraction 220 de 1200 traits/mm fonctionnant à l'ordre 0, utilisé comme sélecteur spectral. La longueur optique de la cavité ainsi obtenue est d'environ 40 mm. Un élément piézo-électrique, non représenté, permet un mouvement de translation/rotation du réseau 220, de façon à accorder la longueur d'onde oscillant dans la cavité. L'étude spectrale de ce laser a montré qu'il était possible d'atteindre n'importe quelle longueur d'onde dans une plage de 100 nm autour de la longueur d'onde centrale tout en restant monomode. D'autre part, la largeur de raie est d'environ 60 kHz. Le laser de la figure 2 est stabilisé en fréquence à l'aide du système de stabilisation montré à la figure 3. Ce système utilise une raie d'absorption moléculaire du gaz ammoniac NH3 qui, dans l'intervalle 1,49 ,um-1,52 um, présente 59 raies d'absorption importantes, et notamment une raie à 1,51399 um qui a été choisie par les Demandeurs pour la stabilisation en fréquence du laser à cavité étendue décrit en regard de la figure 2. L'onde émise par le laser, noté L d'une façon générale, est divisée en deux faisceaux par une lame séparatrice 300. Un premier faisceau est atténué par une densité optique 310 avant d'atteindre un premier détecteur 320, tandis qu'un second faisceau traverse une cuve 330 contenant de l'ammoniac, selon un trajet multiple déterminé par un jeu de miroirs 340, 350, 360. Un deuxième détecteur 370 mesure l'intensité du deuxième faisceau après absorption par l'ammoniac. Le niveau du flux absorbé dépend de la position de la longueur d'onde émise par le laser L dans la raie d'absorption choisie. Toute instabilité de la longueur d'onde laser se traduit par une variation relative du flux mesuré par le deuxième détecteur 370 par rapport à celui mesuré par le premier détecteur 320. C'est pourquoi un amplificateur différentiel 380 est utilisé en combinaison avec une électronique d'asservissement 390 pour commander l'élément piézo-électrique agissant sur le réseau 220 du laser à cavité étendue de la figure 2 de manière à ramener la longueur d'onde émise par le laser L à sa valeur nominale et annuler ainsi le signal d'erreur issu de l'amplificateur différentiel 380. Deux méthodes d'asservissement peuvent être utilisées - une méthode d'asservissement à flanc de raie d'absorption, - une méthode d'asservissement au sommet de la raie qui donne de meilleurs résultats sur le plan de la stabilité à long terme. Toutefois, cette méthode exige une modulation de fréquence pour détecter le maximum d'absorption. Il est bien entendu que l'asservissement de la fréquence laser sur la raie d'absorption choisie peut être effectué sur tout autre paramètre que la position du réseau de diffraction, à condition que ce paramètre permette de faire varier la longueur d'onde du laser dans la gamme requise. D'une manière générale, parmi les grandeurs susceptibles d'être utilisées à cet effet, on peut citer, à titre d'exemple, le courant d'alimentation du laser ou encore la température dont les variations modifient l'indice du semi-conducteur et donc la longueur optique de la cavité. Comme le montre la figure 1, le laser d'émission LS précédemment décrit est muni de moyens 100 de modulation de l'onde incidente par un signal S(t) à transmettre. Ce signal S(t) peut être un signal numérique binaire et les moyens 100 de modulation un modulateur de phase utilisant l'effet Kerr ou l'effet Pockels des matériaux électro-optiques. Le signal binaire S(t) à transmettre est donc transformé en une variation entre O et n de la phase (t) de l'onde incidente émise par le laser d'émission Ls. L'avantage de la modulation de phase est qu'elle apporte un seuil de détection plus bas que les autres types de modulation, ce qui est particulièrement important lorsque le signal S(t) doit être transmis sur de grandes distances. Après modulation, l'onde incidente se propage le long d'une ligne de transmission optique à fibres de silice unimodales. Un deuxième laser LL, dit laser de détection, fournit une deuxième onde, dite onde de détection à la pulsation w L. Ce laser LL, qui peut être analogue au premier laser L d'émission, est également stabilisé en fréquence d'une manière indépendante du laser d'émission. De façon pratique, la stabilisation en fréquence du deuxième laser L L sera effectuée sur une raie d'absorption identique ou différente de celle sur laquelle est stabilisé le laser d'émission LS. Ce deuxième laser joue donc le rôle de l'oscillateur local dans une détection optique cohérente homodyne ou hétérodyne. L'onde de détection à la pulsation WL est soumise à l'action d'un dispositif 120 de contrôle de polarisation dans le but d'amener sa polarisation P, PL en coïncidence avec la polarisation PS de l'onde incidente lorsque les deux ondes sont mélangées par un coupleur optique 130. Les variations de la polarisation PL sont obtenues par tout moyen mécanique, électrique et magnétique connu, susceptible de produire une rotation du plan de polarisation de la lumière. L'asservissement de la polarisation est effectué sur le niveau du signal détecté par le détecteur 150. Le mélange physique des deux ondes est réalisé en sortie du coupleur optique 130 par le détecteur optique 150 qui fournit un signal électrique de sortie à la pulsation |&commat; S-toLt qui est, de préférence, nulle ou voisine de zéro. Le diagramme de la figure 4 montre la dérive au cours du temps de la fréquence de battement des deux ondes en fonction du temps t. On notera que cette dérive est complètement négligeable. Le signal délivré par le détecteur 150 est amplifié par un amplificateur 160 puis traité par un transcodeur 170 de façon à restituer le signal numérique S(t) à transmettre. En effet, dans le cas de la modulation de phase envisagée ici, la démodulation est différentielle car il n'existe pas de référence de phase absolue, seuls les sauts de phase sont détectés. REVENDICATIONS I. Dispositif de télécommunication optique cohérente, comprenant un premier laser (lys), dit laser d'émission, fournissant une première onde, dite onde incidente, à la pulsation w S, des moyens (100) de modulation de l'onde incidente par un signal à transmettre, une ligne (110) de transmission optique, un deuxième laser (LL), dit laser de détection, fournissant une deuxième onde, dite onde de détection, à la pulsationuL, un coupleur optique (130) desdites première et deuxième ondes, un détecteur optique (150) fournissant un signal de sortie à la pulsation w wi, #L| et des moyens (170) de démodulation du signal de sortie pour restituer le signal à transmettre, caractérisé en ce que lesdits premier (LS) et deuxième (LL) lasers sont des lasers stabilisés en fréquence de manière absolue et indépendante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pulsations w S et L sont sensiblement égales. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers (LS) et deuxième (LL) lasers sont respectivement stabilisés en fréquence sur une raie d'absorption. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les premier (lis) et deuxième (LL) lasers sont stabilisés en fréquence sur une même raie d'absorption.