Brevet FR2689708A1 — publié le 19931008

DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un photorécepteur pour signaux optiques modulés en fré- quence Elle trouve une application en télécommunica- tions optiques. Etat de la technique antérieure Parmi les divers types de modulation em- ployés pour les signaux optiques, la modulation dite FSK (pour "Frequency Shift Keying") occupe une place privilégiée Elle consiste à déplacer la fréquence du signal optique émis en fonction de l'information à transmettre Cette modulation s'obtient aisément avec un laser à semiconducteur monofréquence en modu- lant le courant de polarisation. La détection de signaux optiques modulés en FSK s'effectue généralement, soit par détection cohérente, soit par conversion directe en modulation d'intensité en utilisant un étalon FABRY-PEROT par exemple La première méthode nécessite un oscillateur local (généralement constitué par un laser monofré- quence accordable en longueur d'onde), un photodé- tecteur rapide, un mélangeur de signaux et des circuits électroniques complexes Elle est donc difficile à mettre en oeuvre La seconde ne l'est guère moins, nécessitant un circuit d'asservissement pour accorder l'une des fréquences de résonance de l'étalon à celle du signal à démoduler. L'article de M J CHAWKI, R AUFFRET et L BERTHOU intitulé " 1 5 Gbits/s FSK Transmission System Using Two Electrode DFB Laser as a Tunable FSK Discriminator/Photodetector" publié dans "Electro- nics Letters" 19th July, 1990, vol 26, N O 15, pp 1146-1147, décrit un photorécepteur pour signaux optiques modulés en FSK, qui comprend un laser à rétroaction distribuée (en abrégé DFB pour "Distributed Feed Back") à deux électrodes Ce laser est polarisé juste en dessous du seuil Des moyens sont prévus pour prélever la variation de tension apparaissant aux bornes d'une des deux électrodes du laser récepteur Cette variation de tension restitue l'information ayant servi à moduler le faisceau optique. La demande de brevet FR-A-2 652 465 décrit un autre type de photorécepteur pour signaux optiques modulés en fréquence qui comprend encore un laser à semiconducteur, mais qui est cette fois alimenté au-dessus du seuil laser On prélève encore la varia- tion de tension électrique aux bornes du laser Mais, comme le courant d'alimentation est réglé à une valeur très supérieure au seuil, le laser fonctionne en oscil- lateur et possède une fréquence propre La tension prélevée présente alors, par rapport à la tension propre prélevée en l'absence de faisceau injecté, une variation dont l'amplitude est proportionnelle à l'écart entre la fréquence du faisceau injecté et la fréquence propre du laser et dont le signe est celui dudit écart de fréquence La modulation de fré- quence du faisceau lumineux injecté est ainsi traduite directement en modulation d'amplitude de la tension prélevée aux bornes du laser. Bien que donnant satisfaction à certains égards, ces dispositifs présentent encore l'inconvé- nient de nécessiter un réseau au-dessus de la couche active. Exposé de l'invention La présente invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient A cette fin, elle préconise, toujours pour la réception de signaux modu- lés en fréquence, d'utiliser encore un laser à semi- conducteur dont on prélève la variation de tension aux bornes, mais ce laser étant dépourvu de réseau gravé et utilisant un résonateur de FABRY-PEROT. Comme déjà indiqué, l'utilisation d'un étalon FABRY-PEROT pour démoduler un faisceau modulé en fréquence est connu en soi mais, dans l'antérieur, l'étalon utilisé était passif Dans l'invention, le résonateur de FABRY-PEROT constitue le résonateur d'un laser à semiconducteur Il est donc partie d'un dispositif actif Naturellement, les lasers semiconducteurs de type FABRY-PEROT sont eux-aussi connus, mais en tant que générateur à fréquence fixe et non comme photorécepteurs de faisceau optique modulé en fréquence Par ailleurs, l'invention prévoit une modification du laser FABRY-PEROT classique, qui consiste à recouvrir l'une des faces par un revêtement anti-réfléchissant Ce traitement diminue la finesse des pics du laser FABRY-PEROT et autorise un fonctionnement sur les parties quasi-linéaires des flancs de ces pics Ce traitement augmente naturellement les pertes optiques du résonateur, ce qui doit être compensé électriquement par une alimenta- tion de la structure semiconductrice largement au-des- sus du seuil Par exemple, on alimente le laser en courant environ trois fois au-dessus du seuil. De façon précise, la présente invention a donc pour objet un photorécepteur pour signaux opti- ques modulés en fréquence, ce photorécepteur comprenant un laser à semiconducteur avec sa couche active, une source de courant de polarisation alimentant le laser au-dessus du seuil, des moyens optiques pour injecter un faisceau lumineux modulé en fréquence dans la couche active du laser, des moyens pour prélever la variation de tension électrique aux bornes du laser, ce photo- récepteur étant caractérisé par le fait que le laser comprend un résonateur de type FABRY-PEROT avec une première face recouverte d'un revêtement anti-réfléchissant et recevant le faisceau lumineux modulé en fréquence. La seconde face peut être soit non traitée, soit recouverte par un revêtement réfléchissant Ce revêtement peut comprendre une ou plusieurs couches. Par courant de seuil, on entend ici le courant de seuil mesuré avant le traitement antiréflé- chissant. Brève description des dessins la figure 1 montre le facteur de transmission d'un résonateur de FABRY-PEROT en fonction du coefficient de réflexion; la figure 2 montre le spectre d'un laser à semiconducteur à FABRY-PEROT à faces réfléchissantes; la figure 3 montre le même spectre mais avec une face traitée par une couche anti-reflet; la figure 4 illustre un montage permet- tant de tester le photorécepteur de l'invention; la figure 5 montre la réponse en fré- quence du photorécepteur de l'invention; la figure 6 représente le taux d'erreurs en fonction de la puissance reçue. Exposé détaillé d'un mode de réalisation on voit, sur la figure 1, le taux de trans- mission T d'un résonateur FABRY-PEROT en fonction du coefficient de réflexion R de ses faces Cette courbe est périodique en fréquence et définit dif- férents modes longitudinaux m, m+l, etc La résonance est d'autant moins surtendue que le coefficient de réflexion est plus faible Ce coefficient est porté sur les diverses courbes repré- sentées. Sur la figure 2, on voit le spectre d'un laser à semiconducteur utilisant un résonateur de FABRY-PEROT classique Sur l'axe des abscisses est portée la longueur d'onde (en l'occurrence de 1550,9 nm à 1600,9 nm En ordonnées figure l'intensité exprimée en d Bm (décibels rapportés à 1 milliwatt). Sur la figure 3 est représenté le spectre d'un laser utilisé comme photorécepteur conformément à l'invention La face d'entrée du laser FABRY-PEROT a été recouverte par une couche anti-reflet qui a fait tomber le coefficient de réflexion de cette face par exemple à environ 10-5 (au lieu de 33 % pour une face sans traitement) La plage de fréquence va de 1522,4 nm à 1532,4 nm L'une quelconque des zones marquées Z, situées sur le flanc de ces pics, peut être utilisée pour faire de la démodulation de fré- quence. La figure 4 représente un banc permettant de tester le photorécepteur de l'invention Tel que représenté ce banc comprend tout d'abord une source optique monofréquence accordable en longueur d'onde et modulée en fréquence Cette source peut être un laser DFB (par exemple de structure "Buried Ridge Stripe") dont l'électrode d'alimentation a été séparée en deux électrodes El et E 2 reliées à deux sources de courants Si et 52 Un générateur de signaux 12 permet de moduler la fréquence de ce laser La lon- gueur de la cavité peut être de 425 pm, avec une face 14 traitée anti-reflet à 2 %. Le banc comprend encore des moyens optiques comme un objectif de microscope 20, pour collimater le faisceaux émis par le laser 10, un isolateur 22 (isolation de 38 d B à 1,52 pm), afin d'éliminer les réflexions qui perturberaient le fonctionnement du laser 10, un second objectif 24 pour coupler la lumière dans le coeur d'une fibre monomode et un atténuateur optique variable 26. Ces moyens permettent d'injecter le fais- ceau modulé en fréquence dans une fibre optique 28. Côté réception, on trouve encore divers moyens optiques comme un premier objectif de microscope , un isolateur 32, un second objectif de microscope 34 permettant d'injecter le faisceau optique 36 dans la couche active du photorécepteur. Le photorécepteur, référencé 40, comprend une face avant 41 traitée par un revêtement antiréfléchissante et une face arrière réfléchissante, une couche active 43, une électrode E reliée à une source de polarisation S, des moyens pour prélever la variation de tension aux bornes de l'électrode E Ces moyens peuvent être constitués par un té de polarisation avec un condensateur de couplage C relié à un amplificateur 44 (par exemple de 55 d B). L'amplificateur peut alimenter un analyseur de spectre 46 et un compteur d'erreurs 48. La figure 5 montre la réponse en fréquence mesurée de 1 M Hz à 2 G Hz avec ce banc pour deux puis- sances optiques injectées, respectivement P 1 =-30 d Bm et P 2 =-33 d Bm La modulation de courant appliqué sur l'électrode du laser DFB était égale à 4 m A créte-crê- te, conduisant à une excursion de fréquence de 2 G Hz. Cette courbe de réponse en fréquence présente une partie relativement plate jusqu'à 2 G Hz. La limitation du débit de transmission était imposée par la réponse en fréquence du laser DFB émetteur. Pour une transmission à 1,5 G Bit/s, avec un code ( 2-15-l)NRZ (Non Retour à Zéro), la courbe du taux d'erreur BER en fonction de la puissance reçue P(d Bm) est celle de la figure 6. On remarque qu'un taux d'erreur égal à -9 est obtenu pour une sensibilité du système égale à -30 d Bm. REVENDICATIONS 1 Photorécepteur pour signaux optiques modulés en fréquence, comprenant un laser à semiconduc- teur ( 40) avec sa couche active, une source de courant de polarisation (S) alimentant le laser ( 40) au-dessus du seuil, des moyens optiques ( 30, 32, 34) pour injec- ter un faisceau lumineux modulé en fréquence dans la couche active du laser, des moyens (C, 44) pour prélever la variation de tension électrique aux bornes (E) du laser ( 40), ce photorécepteur étant caractérisé par le fait que le laser comprend un résonateur de type FABRY-PEROT ( 41, 42) avec une première face ( 41) recouverte d'un revêtement anti-réfléchissant et rece- vant le faisceau lumineux modulé en fréquence. 2 Photorécepteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le laser comprend une seconde face non recouverte par un revêtement réfléchissant. 3 Photorécepteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le laser comprend une seconde face recouverte d'un revêtement réfléchissant. 4 Photorécepteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le courant de polari- sation est réglé à environ trois fois le courant de seuil.