Brevet FR2690294A1 — publié le 19931022

-1- Source d'impulsion optique et système de transmission optique à solitons comportant cette source. La présente invention concerne la formation d'impulsions optiques brèves, utilisables notamment pour une transmission d'information sur une fibre optique On sait que l'action combinée des effets optiques dispersifs et non linéaires de type Kerr introduits par une telle fibre permet à des impulsions brèves de forme convenable, appelées impulsions "Solitons", de se propager sans déformation C'est pourquoi l'utilisation de telles impulsions est envisagée dans les10 transmissions transocéaniques ( 6000 9000 km) à haut débit Les grandes distances de transmission sont atteintes par la propagation des solitons dans des fibres dont les pertes sont compensées par des amplificateurs optiques à fibres dopées à l'erbium. La transmission par solitons nécessite de disposer d'un train d'impulsions lumineuses brèves émises périodiquement Par exemple, pour une transmission à 10 Gbit/s, les impulsions doivent mesurer environ 20 ps, (à mi intensité) De plus ces impulsions doivent être proches de la "limite de transformée de Fourier", c'est-à-dire que le produit de leur durée par leur largeur spectrale doit être inférieure20 à une limite d'environ 0,7; Selon une première méthode connue on peut générer de telles impulsions par couplage de modes d'un laser à semiconducteur à cavité externe Cette méthode a été décrite par D M BIRD, R M FATAH, M K. COX, P D CONSTANTINE Electronics letter 26, p 2086 ( 1990) Une25 deuxième méthode connue utilise une commutation du gain d'un laser à semiconducteur monolithique et a été décrite par L M DOWNEY, J F. BOWERS, R S TUCKER and E AGYEKUM IEEE, J Quant Elec QE 23, 1039 ( 1987). La première méthode nécessite un laser complexe dont l'utilisation est délicate et donc difficilement envisageable sur le terrain La seconde permet d'émettre des impulsions brèves, mais très éloignées de la limite de Fourier La recompression nécessite une fibre à dispersion anormale de très grande longueur (plusieurs km), et il n'est pas certain que l'impulsion finalement obtenue satisfasse aux35 conditions de propagation d'un soliton Un filtrage spectral permet -2- cependant d'obtenir des impulsions satisfaisantes comme indiqué par M. NAKAZAMA, K SUZUKI and Y KIMURA Optics Letters 15, P 715 ( 1990). Mais il demande un centrage critique du dispositif de filtrage. La présente invention a notamment pour but de s'affranchir des inconvénients de ces méthodes connues. Et dans ce but elle a notamment pour objet une source d'impulsion optique caractérisée par le fait qu'elle comporte un modulateur électro-optique recevant une onde lumineuse et présentant une courbe caractéristique à seuil pour transmettre une impulsion optique de durée inférieure à celle d'une impulsion de commande électrique qui lui est appliquée. La figure 1 représente un système de transmission utilisant une source selon cette invention. La figure 2 représente la courbe caractéristique d'un modulateur à électroabsorption utilisé dans cette source. La figure 3 représente une impulsion de commande et une impulsion optique de cette source. Conformément à la figure 1 un système de transmission comporte les éléments connus suivants: Une source d'impulsion optique 2 pour fournir une impulsion optique LP chaque fois qu'elle est commandée pour cela. Un circuit d'entrée 4 recevant une information à transmettre et commandant cette source pour lui faire fournir une succession d'impulsions optiques dans laquelle les décalages temporels entre les impulsions successives sont représentatifs de l'information à transmettre Cette information peut notamment être représentée sous forme binaire par le fait que des impulsions sont présentes ou absentes à des instants formant une suite régulière de pas prédéterminé ce qui fait apparaître, entre impulsions successives, des30 décalages temporels égaux tantôt à ce pas tantôt à un multiple de ce pas. Une fibre de ligne 6 constituée par une fibre optique de grande longueur recevant ladite succession d'impulsions optiques et présentant d'une part une dispersion chromatique, d'autre part un35 effet Kerr On sait que, dans une telle fibre, cette dispersion et cet -3- effet Kerr se compensent mutuellement pour conserver la forme d'une impulsion optique lorsque cette impulsion présente une intensité, une durée et une largeur spectrale caractéristiques d'un soliton de cette fibre.5 Enfin un récepteur 8 recevant les impulsions optiques transmises par la fibre de ligne et traitant ces impulsions reçues pour restituer l'information à transmettre. La source d'impulsions optique 2 comporte les éléments suivants Un émetteur optique 10 pour fournir une onde lumineuse Cet émetteur est un laser émettant une onde continue. Un modulateur optique 12 à commande électrique pour recevoir cette onde lumineuse et pour la transmettre de manière commandée. Et un générateur de commande 14 pour fournir un signal de commande de nature électrique commandant ce modulateur Ce générateur fournit ce signal sous la forme d'une impulsion de commande EP présentant d'abord un front de montée FM à partir d'une valeur de base BV jusqu'à une valeur maximale de signal MV puis un front de descente FD revenant à cette valeur de base Le modulateur 12 arrête ladite onde lumineuse lorsque ce signal présente cette valeur de base Il transmet donc l'onde lumineuse sous la forme d'une impulsion optique LP dont la durée est définie par cette impulsion de commande. Selon la présente invention, le modulateur 12 est un modulateur à seuil dont une transmittance optique T atteint une valeur appréciable seulement lorsque son signal de commande dépasse un seuil D compris25 entre les valeurs de base BV et maximale MV de signal Cette transmittance est le rapport de l'intensité d'un faisceau lumineux de sortie de ce modulateur à celle d'un faisceau lumineux d'entrée ayant donné naissance à un faisceau de sortie De préférence la valeur du seuil D est comprise entre 50 % et 90 % de la valeur maximale MV à30 partir de la valeur de base BV et cette transmittance optique varie selon une courbe monotone en S en fonction de la valeur du signal de commande. Le signal de commande est fourni sous la forme d'une impulsion de commande EP présentant un front de montée FM et/ou un front de descente FD progressifs grâce à quoi l'impulsion optique fournie est -4- plus courte que cette impulsion de commande Plus particulièrement le signal de commande varie selon une courbe en cloche en fonction du temps. La transmittance optique du modulateur 12 est représentée en ordonnées à la figure 2, la valeur du signal de commande étant portée en abscisses en volts Pour le seuil D repéré sur cette figure, la valeur de la transmittance optique est de l'ordre de 0,05. La variation du signal de commande est représentée en volts par le diagramme EP sur la figure 3, le temps étant porté en abscisses en picosecondes Le diagramme LP représente la forme de l'impulsion optique, qui correspond à la variation de la transmittance T du modulateur car l'intensité de l'onde lumineuse fournie par l'émetteur 10 est constante L'impulsion optique LP a une durée de 28 ps à mi- hauteur alors que l'impulsion de commande a une largeur de 50 ps à mi-hauteur. De manière générale, de préférence, le générateur de commande 14 est choisi pour fournir une impulsion de commande EP présentant une durée à mi hauteur inférieure à 80 ps. Le modulateur 12 est un modulateur à électroabsorption choisi pour que l'utilisation de sa courbe caractéristique à seuil permette de fournir une impulsion optique LP présentant une durée à mi hauteur inférieure à 30 ps De plus la modulation de phase apportée à cette impulsion par ce modulateur est très petite et telle que le produit de la durée par la largeur spectrale de cette impulsion soit inférieure à25 0,8, de préférence à 0,7 ce qui est proche de la limite de transformée de Fourier. Les caractéristiques d'un tel modulateur peuvent être trouvées dans la thèse de docteur en sciences physiques soutenue par E BIGAN en Décembre 1991 à la faculté d'Orsay en France.30 On comprendra que le générateur de commande 14 peut fournir les impulsions EP de diverses manières, notamment sous la forme d'arches d'un signal sinusoïdal fourni par un oscillateur, utilisées directement pour fournir un signal périodique de commande ou certaines seulement de ces arches étant sélectionnées pour constituer des35 impulsions de commande de manière à assurer la représentation de l'information à transmettre. -5- REVENDICATIONS 1) Source d'impulsion optique caractérisée par le fait qu'elle comporte un modulateur électro-optique ( 12) recevant une onde lumineuse et présentant une courbe caractéristique à seuil pour5 transmettre une impulsion optique (LP) de durée inférieure à celle d'une impulsion de commande électrique (EP) qui lui est appliquée. 2) Source d'impulsion optique selon la revendication 1 comportant un émetteur optique ( 10) pour fournir une onde lumineuse, un modulateur optique ( 12) à commande électrique pour recevoir cette onde lumineuse et pour la transmettre de manière commandée, et un générateur de commande ( 14) pour fournir un signal de commande de nature électrique commandant ce modulateur, ce générateur fournissant ce signal sous la forme d'une impulsion de commande (EP) présentant d'abord un front de montée (FM) à partir d'une valeur de15 base (BV) jusqu'à une valeur maximale de signal (MV) puis un front de descente (FD) revenant à cette valeur de base, ce modulateur arrêtant ladite onde lumineuse lorsque ce signal présente cette valeur de base, grâce à quoi ce modulateur transmet ladite onde lumineuse sous la forme d'une impulsion optique (LP) dont la durée est définie par cette20 impulsion de commande, cette source étant caractérisée par le fait que ledit modulateur ( 12) est un modulateur à seuil dont une transmittance optique (T) atteint une valeur appréciable seulement lorsque ledit signal de commande dépasse un seuil (D) compris entre lesdites valeurs de base25 (BV) et maximale (MV) de signal, ladite impulsion de commande (EP) présentant un front de montée (FM) et/ou un front de descente (FD) progressif grâce à quoi ladite impulsion optique est plus courte que cette impulsion de commande. 3) Source selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la valeur dudit seuil (D) est comprise entre 50 % et 90 % de ladite valeur maximale (MV) à partir de ladite valeur de base (BV) du signal de commande. 4) Source selon la revendication 3 caractérisée par le fait que ledit modulateur ( 12) présente une transmittance optique variant selon une courbe monotone en S en fonction de la valeur dudit signal de commande et ledit signal de commande varie selon une courbe en cloche en fonction du temps. s r -6- ) Source selon la revendication 4 caractérisée par le fait que ledit générateur de commande ( 14) est choisi pour fournir une impulsion de commande (EP) présentant une durée à mi hauteur inférieur à 80 ps. 6) Source selon la revendication 5 caractérisée par le fait que ledit modulateur ( 12) est un modulateur à électroabsorption choisi pour fournir une impulsion optique (LP) présentant une durée à mi hauteur inférieure à 30 ps et un produit de sa durée par sa largeur spectrale inférieur à 0,8 et de préférence à 0,7. 7) Système de transmission optique à solitons comportant une source d'impulsion optique ( 2) pour fournir sur commande des impulsions optiques (LP), un circuit d'entrée ( 4) recevant une information à transmettre et commandant cette source pour lui faire fournir une succession d'impulsions optiques dans laquelle les intervalles de temps entre les15 impulsions sont représentatifs de l'information à transmettre, une fibre de ligne ( 6) constituée par une fibre optique de grande longueur recevant ladite succession d'impulsions optiques et présentant d'une part une dispersion chromatique, d'autre part un effet Kerr tels que cette dispersion et cet effet Kerr se compensent mutuellement pour conserver la forme d'une impulsion optique lorsque cette impulsion présente une intensité, une durée et une largeur spectrale caractéristiques d'un soliton de cette fibre, et un récepteur ( 8) recevant les impulsions optiques transmises par ladite fibre de ligne et traitant ces impulsions reçues pour restituer ladite information à transmettre, ce système étant caractérisé par le fait que ladite source d'impulsions optiques est une source selon la revendication 2 de manière qu'elle fournisse lesdites impulsions optiques sous la forme de dits solitons de ladite fibre de ligne.30 8) Système selon la revendication 7 caractérisé par le fait que ledit modulateur de la source d'impulsions optiques est un modulateur à électroabsorption ( 12).