Brevet FR2691310A1 — publié le 19931119

Dispositif de liaison optique pour mobile, notamment pour satellite de la terre. La présente invention concerne l'établissement de liaisons permettant de transmettre des informations entre deux correspondants dont l'un au moins est mobile Elle concerne plus précisément le cas ou de telles liaisons sont de nature optique et elle trouve avantageusement application lorsqu'un mobile à relier circule à l'extérieur de l'atmosphère Tel est notamment le cas des satellites10 artificiels de la terre > On sait que, dans des systèmes de télécommunications, des liaisons optiques entre de tels satellites permettent d'obtenir plusieurs avantages: confidentialité, sécurité, possibilité de débits élevés.15 Un problème particulièrement difficile à résoudre dans de telles liaisons est celui du pointage c'est-à-dire d'orienter avec la précision nécessaire l'antenne de chaque satellite vers l'autre satellite Cette difficulté entraîne une complexité importante du dispositif ce qui se traduit20 par un alourdissement et une dégradation de sa fiabilité. Pour la diminuer, il est connu de choisir une longueur d'onde de liaison voisine de 850 nm permettant d'utiliser à l'émission des diodes semiconductrices constituées de Ga As, et particulièrement puissantes, et, à la réception, des25 diodes détectrices au silicium permettant une détection directe ou hétérodyne particulièrement sensible. La présente invention a notamment pour buts: de faciliter le pointage des antennes de deux satellites entre lesquels une liaison optique doit être établie, d'améliorer de manière simple la qualité d'une telle liaison quant à son débit et à son taux d'erreur, d'alléger les dispositifs embarqués à bord de satellites pour assurer la liaison, d'augmenter la portée d'une telle liaison, et/ou d'augmenter la fiabilité de ces dispositifs. Dans ces buts elle a notamment pour objet un dispositif de liaison comportant une fibre amplificatrice pour guider et amplifier une onde lumineuse portant une information à transmettre.5 On peut remarquer que, avant la présente invention, l'utilisation d'une fibre amplificatrice dans une telle application n'apparaissait pas souhaitable car on savait qu'elle nécessite l'utilisation d'une longueur d'onde de liaison fortement accrue qui oblige, pour conserver le gain10 d'une antenne constituée par un réflecteur sensiblement parabolique de révolution, à augmenter le diamètre de ce réflecteur Il est cependant apparu, dans le cadre de la présente invention, qu'une diminution modérée du gain de l'antenne était d'une part acceptable en raison de la15 présence d'un gain apporté par la fibre amplificatrice, d'autre part qu'elle était favorable en diminuant la précision angulaire nécessaire pour le pointage. Par ailleurs l'augmentation de la longueur d'onde de liaison apparaissait comme défavorable parce qu'elle obligeait à abandonner l'utilisation des diodes émettrices particulièrement puissantes à l'émission et de diodes détectrices particulièrement sensibles à la réception, ces diodes ne pouvant travailler utilement qu'à la longueur d'onde de liaison utilisée par les dispositifs connus Il25 est cependant apparu, dans le cadre de la présente invention, que le gain apporté par une fibre amplificatrice permettait de compenser pleinement les pertes de puissance et de sensibilité résultant de la nécessité d'utiliser des diodes émettrices et détectrices différentes.30 A l'aide de la figure schématique ci- jointe, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs.35 La figure représente une vue de deux satellites artificiels de la terre au cours d'une liaison réalisée entre eux à l'aide de dispositifs conformes à cette invention Ces deux satellites constituent un mobile émetteur et un mobile récepteur, chacun de ces mobiles constituant un correspondant de l'autre. Un dispositif d'émission selon cette invention comporte les éléments suivants qui sont connus quant à leurs fonctions indiquées: un système émetteur 2, 10, 12, 14, 16 porté par le mobile émetteur 4 pour produire une onde d'émission primaire W 2 portant une information à transmettre à partir de ce mobile vers un correspondant 54 de ce mobile, une antenne d'émission orientable 6 portée par ce mobile pour transformer cette onde d'émission primaire en un faisceau d'émission secondaire parallèle orientable W 3,15 et des moyens de pointage 8 orientant cette antenne pour diriger ce faisceau d'émission secondaire W 3 vers ce correspondant. Un circuit de commande 18 reçoit l'information à transmettre qui lui est fournie par un système informatique 20. Il commande en conséquence le système émetteur à laser pour faire porter cette information par l'onde d'émission primaire Wl. Il commande d'autre part les moyens de pointage 8. Selon la présente invention le système émetteur à laser comporte: une diode émettrice à semiconducteur 2 constituant un oscillateur laser et émettant une onde lumineuse constituant une onde initiale Wl et présentant une longueur d'onde de30 liaison supérieure à 1000 nm, une fibre amplificatrice 10 constituée par une fibre optique dopée par un matériau amplificateur propre à amplifier une lumière présentant ladite longueur d'onde de liaison lorsque ce matériau est excité par une lumière de35 pompe 11 présentant une longueur d'onde de pompe inférieure à cette longueur d'onde de liaison et propre au matériau dopant, une source de pompe 12 pour produire cette lumière de pompe, et un coupleur optique 14 pour faire se propager ensemble cette onde initiale et cette lumière de pompe dans cette fibre amplificatrice, de manière qu'une amplification de cette onde initiale W 1 produise ladite onde d'émission primaire W 2. La fibre amplificatrice 10 reçoit directement l'onde initiale Elle reçoit la lumière de pompe par l'intermédiaire d'une fibre de couplage 16 et du coupleur 14. Un dispositif de réception réalisé selon cette invention et correspondant avec le mobile émetteur 5 comporte les éléments suivants qui sont connus quant à leurs fonctions indiquées. une antenne de réception orientable 56 portée par le mobile récepteur 54 pour recevoir sélectivement un faisceau de réception primaire W 3 de nature lumineuse parvenant à ce20 mobile selon un axe de réception orientable et pour transformer ce faisceau de réception primaire en une onde lumineuse constituant une onde de réception secondaire W 4, des moyens de pointage 58 orientant cette antenne pour diriger cet axe de réception vers un correspondant 4 de ce mobile, et un système détecteur 60, 61, 62, 64, 52 à semiconducteur recevant cette onde de réception secondaire W 4 et fournissant en réponse l'information à transmettre qui était portée par le faisceau de réception primaire W 3 pour être transmise à ce mobile récepteur. Un circuit de commande 68 reçoit cette information à transmettre et la fournit à un système informatique 70. Il commande d'autre part les moyens de pointage 58. Selon la présente invention le système détecteur comporte: une fibre amplificatrice 60-constituée par une fibre optique dopée par un matériau amplificateur propre à amplifier une lumière présentant une longueur d'onde de liaison supérieure à 1000 nm lorsque ce matériau est excité par une lumière de pompe 61 présentant une longueur d'onde 5 de pompe inférieure à cette longueur d'onde de liaison et propre au matériau dopant, une source de pompe 62 pour produire cette lumière de pompe, un coupleur optique 64 pour faire se propager ensemble cette onde de réception secondaire et cette lumière de pompe dans cette fibre amplificatrice, de manière qu'une amplification de cette onde de réception secondaire produise une onde de réception amplifiée, et une diode détectrice semiconductrice 52 recevant cette onde de réception amplifiée et fournissant en réponse ladite information. La fibre amplificatrice 60 reçoit directement l'onde de réception secondaire W 4. Elle reçoit la lumière de la pompe par l'intermédiaire d'une fibre de couplage 66 et du coupleur 64. De préférence, et comme connu en soi pour réaliser des fibres amplificatrices, ledit matériau amplificateur est I'erbium ou le praseodyme, ladite longueur d'onde de liaison étant 1550 nm ou 131 onm, respectivement, approximativement. Les diodes émettrice 20 et détectrice 52 sont par exemple réalisées en phosphure d'indium In P. Les coupleurs sont des multiplexeurs de type fusion- étirage ou à filtre interférentiel Les sources de pompe sont des diodes laser et émettent autour de 1480 nm, 980 nm (erbium) ou 1020 nm praseodyme) selon la terre rare employée pour constituer le matériau amplificateur. A titre d'exemple, une amplification en émission et en réception permet d'atteindre une perte correspondant à la limite géométrique de liaisons entre deux satellites35 géostationnaires pour un débit de 150 Mbits En prenant en compte une erreur de pointage de 3 db, une efficacité des antennes de réception et d'émission respectivement de 3 db et 1 db, une portée de 60 000 km est atteinte avec un filtrage optique en réception de 0,lnm et une diode détectrice constituée par une photodiode à avalanche (PDA) Ce cas5 correspond à des performances relativement moyennes notamment pour le gain de l'amplificateur de réception (de l'ordre de 27 db) et la puissance de sortie de l'amplificateur d'émission ( 13 d Bm) Dans les mêmes conditions, un filtrage optique plus sévère de 0,001 nm10 permet d'atteindre une portée de 80 000 km A titre de comparaison, la suppression de l'amplification, dans les mêmes conditions, réduit la portée à une valeur de 5000 km. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de liaison optique pour mobile, notamment pour satellite de la terre, caractérisé par le fait qu'il comporte une fibre amplificatrice ( 10) pour guider et 5 amplifier une onde lumineuse (Wl) portant une information à transmettre. 2/ Dispositif de liaison optique pour mobile, notamment pour satellite de la terre, selon la revendication 1, ce dispositif comportant:10 un système émetteur ( 2, 10, 12, 14, 16) porté par un mobile émetteur ( 4) pour produire une onde d'émission primaire (W 2) portant une information à transmettre à partir de ce mobile vers un correspondant ( 54) de ce mobile, une antenne d'émission orientable ( 6) portée par ce mobile pour transformer cette onde d'émission primaire en un faisceau d'émission secondaire parallèle orientable (W 3), et des moyens de pointage ( 8) orientant cette antenne pour diriger ce faisceau d'émission secondaire (W 3) vers ce correspondant,20 ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit système émetteur comporte: une diode émettrice à semiconducteur ( 2) émettant une onde lumineuse constituant une onde initiale (Wl) et présentant une longueur d'onde de liaison supérieure à 1000 nm,25 une fibre amplificatrice ( 10) constituée par une fibre optique dopée par un matériau amplificateur propre à amplifier une lumière présentant ladite longueur d'onde de liaison lorsque ce matériau est excité par une lumière de pompe ( 11) présentant une longueur d'onde de pompe30 inférieure à cette longueur d'onde de liaison, une source de pompe ( 12) pour produire cette lumière de pompe, et un coupleur optique ( 14) pour faire se propager ensemble cette onde initiale et cette lumière de pompe dans cette fibre amplificatrice, de manière qu'une amplification de cette onde initiale (Wl) produise ladite onde d'émission primaire (W 2). 3/ Dispositf de liaison optique pour mobile, notamment pour satellite de la terre, selon la revendication 1, ce dispositif comportant: 5 une antenne de réception orientable ( 56) portée par un mobile récepteur ( 54) pour recevoir sélectivement un faisceau de réception primaire (W 3) de nature lumineuse parvenant à ce mobile selon un axe de réception orientable et pour transformer ce faisceau de réception primaire en une10 onde lumineuse constituant une onde de réception secondaire (W 4), des moyens de pointage ( 58) orientant cette antenne pour diriger cet axe de réception vers un correspondant ( 4) de ce mobile,15 et un système détecteur ( 60, 61, 62, 64, 52) à semiconducteur recevant cette onde de réception secondaire (W 4) et fournissant en réponse une information qui était portée par le faisceau de réception primaire (W 3) pour être transmise à ce mobile récepteur,20 ce dispositif étant caractérisé par le fait que ledit système détecteur comporte: une fibre amplificatrice ( 60) constituée par une fibre optique dopée par un matériau amplificateur propre à amplifier une lumière présentant une longueur d'onde de25 liaison supérieure à 1000 nm lorsque ce matériau est excité par une lumière de pompe ( 61) présentant une longueur d'onde de pompe inférieure à cette longueur d'onde de liaison, une source de pompe ( 62) pour produire cette lumière de pompe, un coupleur optique ( 64) pour faire se propager ensemble cette onde de réception secondaire et cette lumière de pompe dans cette fibre amplificatrice, de manière qu'une amplification de cette onde de réception secondaire produise une onde de réception amplifiée,35 et une diode détectrice semiconductrice ( 52) recevant cette onde de réception amplifiée et fournissant en réponse g ladite information. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que ledit matériau amplificateur est l'erbium ou le praseodyme, ladite longueur d'onde de liaison étant 1550 nm ou 1310 nm, respectivement, approximativement. / Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite diode émettrice ( 2) est constituée de phosphure d'indium In P.10 6/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite diode détectrice ( 52) est constituée de phosphure d'indium In P.