Brevet FR2709843A1 — publié le 19950317

PROCEDE DE TRANSPOSITION D'UNE MODULATION OPTIQUE, D'UNE LONGUEUR D'ONDE SUR UNE AUTRE LONGUEUR D'ONDE AJUSTABLE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de transposition d'une modulation optique, d'une longueur d'onde sur une autre longueur d'onde ajustable. Elle trouve une application en télécommunications optiques. Etat de la technique L'introduction de l'optique dans les réseaux de télécommunications tient à la grande capacité de trans- mission qu'offrent les liaisons optiques. Afin de profiter pleinement de cet avantage et d'obtenir une transparence optique sur tout le réseau, il est néces- saire de limiter au maximum l'emploi de connexions optique/électrique et électrique/optique. C'est dans ce but que les amplificateurs optiques (à fibres dopées ou à semiconducteur) ont été développés. En assurant la régénération tout-optique des signaux, ils permettent de supprimer les répéteurs électriques. Dans un réseau de télécommunications utilisant plusieurs longueurs d'onde (réseau dit "multicolore"), l'opération de routage (appelée commutation spatiale de circuits ou commutation en longueur d'onde) implique des fonctions de base qui sont remplies par des émet- teurs accordables en longueur d'onde, des coupleurs étoiles de grande capacité ou des filtres optiques accordables. A ces fonctions doit être ajoutée celle de transposition de longueur d'onde consistant à transfé- rer l'information d'une porteuse optique sur une autre. Elle permet non seulement l'aiguillage d'une informa- tion dans un réseau par "coloration" du signal, mais aussi la connexion entre deux réseaux locaux multicolo- res. Pour obtenir cette transposition, une possibilité consiste à détecter l'information reçue sur une lon- gueur d'onde et à utiliser le signal électrique résul- tant pour moduler un laser émettant à une autre lon- gueur d'onde. Un tel dispositif, capable de remplir cette fonc- tion, peut se présenter sous deux formes différentes: - dans la première, l'information se trouvant initialement sur une longueur d'onde O fixe est transposée vers une autre longueur d'onde A, choisie parmi n longueurs d'onde possibles; on peut ainsi successivement accéder, en sortie du dispositif, à l'in- formation sur l'une quelconque des lon- gueurs d'onde ,,2,...,,; - dans la seconde, l'information parvient au dispositif sur une longueur d'onde 2, sélec- tionnée entre n longueurs d'onde possibles et le dispositif transfère le signal sur une autre longueur d'onde fixe A0. Jusqu'à présent, cette opération de transposition a été obtenue à l'aide de diodes lasers et d'amplifica- teurs à semi-conducteurs. Dans le premier cas, on agit sur la longueur d'onde d'émission d'un laser monomode de type DFB ("Distributed FeedBack") ou DBR ("Distributed Bragg Reflection"), par injection optique dans la zone active. C'est ce qui est décrit dans les deux articles suivants: - P. POTTIER, M.J. CHAWKI, R. AUFFRET, G. CLA- VEAU, A. TROMEUR, "1.5 Gbit/s transmission system using all optical wavelength conver- tor based on tunable two-electrode DFB laser", Electron. Lett., vol. 27, pp. 2183-2184, 1991; - B. MIKKELSEN, T. DURHUUS, R.J. PEDERSEN, K.E. STUBKJAER, "Penalty free wavelength conversion of 2.5 Gbit/s signals using a tuneable DBR-laser", Proc. ECOC'92, Berlin, septembre 1992. Quant aux amplificateurs à semi-conducteurs, ils utilisent soit le phénomène de variation de saturation du gain, soit le mélange à quatre ondes, pour provoquer la transposition. C'est ce qui est décrit dans les deux articles suivants: - J.M. WIESENFELD, B. GLANCE, "Cascadability and fanout of semiconductor optical ampli- fier wavelength shifter", IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 4, pp. 1168-1171, 1992; - G. GROSSKOPF, R. LUDWIG, H.G. WEBER, "140 Mbit/s DPSK transmission using an all-optical frequency convertor with a 4000 GHz conversion range", Electron. Lett., vol. 24, pp. 1106-1107, 1988. Malgré leurs performances intéressantes, ces différents procédés présentent un taux de complexité important, soit la mise en place du procédé est délicate (notamment en ce qui concerne l'ajustement des longueurs d'ondes des signaux incidents et transposés), soit ils nécessitent l'emploi d'un laser pompe. La présente invention a justement pour but d'éviter ces inconvénients. Exposé de l'invention A cette fin, l'invention propose un procédé qui consiste à: - utiliser un laser amplificateur à semi- conducteur, dont la sortie est rebouclée sur l'entrée par une boucle de rétroaction munie d'un filtre optique calé sur une première longueur d'onde kl, cet ensemble étant capable d'auto-osciller à ladite pre- mière longueur d'onde Xl, - injecter dans le laser amplificateur à semi- conducteur un faisceau incident ayant une seconde longueur d'onde k2, ce faisceau incident étant modulé en amplitude, celle-ci passant alternativement d'un niveau haut à un niveau bas, - régler la modulation de ce faisceau incident de telle sorte que, pour le niveau haut de l'amplitude du faisceau incident, la condition d'auto-oscillation du laser amplificateur rebouclé à la longueur d'onde k1 ne soit plus satisfaite, le laser amplificateur réalisant alors une simple amplification du signal à la seconde lon- gueur d'onde k2; pour le niveau bas de l'amplitude du faisceau incident, l'auto-oscillation du laser amplificateur rebouclé étant rétablie, le laser amplificateur émettant sur ladite première longueur d'onde kXl, - la modulation d'amplitude du faisceau incident à la seconde longueur d'onde étant ainsi transposée en une modulation d'amplitude complémentaire, à la première longueur d'onde. Ce procédé présente, sur les procédés connus, de nombreux avantages: - tout d'abord, il évite l'usage d'un laser pompe. Le dispositif de mise en oeuvre ne comprend qu'un am- plificateur semiconducteur et un filtre; l'équipement est donc réduit; ensuite, la sélection de la longueur d'onde vers laquelle s'effectue la transposition est obtenue par simple ajustement d'un filtre optique sur la boucle de rétroaction; facile d'emploi, un tel filtre rend le choix de la longueur d'onde aisé et procure de la souplesse au dispositif; - par ailleurs, étant donné que l'on utilise un amplificateur semiconducteur, la longueur d'onde inci- dente kX et la longueur d'onde transposée k2 peuvent être choisies sur toute la courbe de gain de l'amplificateur; cet élément rend ce type de transposition particulièrement attrayant; - enfin, si la réflectivité résiduelle des faces de l'amplificateur à semiconducteur subsiste en partie (de l'ordre de 10-4), de petites résonances apparais- sent sur sa courbe de gain; il est donc possible d'utiliser ces résonances pour définir un peigne de longueurs d'onde pour lesquelles l'effet laser et la transposition est obtenue de manière privilégiée. Brève description des dessins - la figure 1 est un schéma de principe d'un laser amplificateur à semiconducteur à bou- cle de rétroaction; - la figure 2 montre les spectres d'émission de l'amplificateur à semiconducteur sans rétroaction (a) et avec rétroaction (b); - la figure 3 est un schéma d'un montage expé- rimental permettant de mettre en oeuvre et de tester le procédé de l'invention; - la figure 4 montre le spectre d'émission de l'amplificateur muni de sa boucle de rétro- action sans faisceau injecté (a) et avec faisceau injecté (b); - la figure 5 montre les modulations complé- mentaires du faisceau incident et du fais- ceau transposé. Exposé détaillé d'un mode de réalisation Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un laser amplificateur AS1, dont la sortie optique est rebouclée sur l'entrée par une boucle 10 en fibre opti- que. Cette boucle comprend un premier isolateur 12, un filtre optique qui peut être un étalon FABRY-PEROT FP1, et un second isolateur 14. Les isolateurs évitent tout retour, dans l'ampli- ficateur à semiconducteur, de lumière se trouvant spec- tralement en dehors de la bande passante du filtre. Pour étudier le fonctionnement d'un tel ensemble, il est utile d'insérer un coupleur optique 20 à une entrée et deux sorties, l'une des sorties étant reliée à la boucle 10, l'autre à un analyseur 22. Cet analy- seur permet de relever des spectres tels que ceux de la figure 2. Sur la partie (a) de la figure 2, on voit le spec- tre de l'émission spontanée obtenue sans rétroaction, c'est-à-dire à boucle ouverte. Sur la partie (b), on voit le spectre avec rétroaction, avec son pic d'auto-oscillation. La longueur d'onde Xl de ce pic est définie par le filtre FP1. Dans l'exemple illustré, Rl est à 1540 nm. La figure 3 montre un dispositif expérimental permettant de tester les performances du procédé de l'invention. On y retrouve l'amplificateur à semi- conducteur AS1 alimenté par un courant Il et sa boucle de rétroaction 10, avec son filtre FP1 définissant Rl. On trouve, par ailleurs, une diode laser mono- électrode LD1 alimentée par un courant I2 et modulée en courant par un générateur 30 relié à l'électrode à travers un condensateur 32. Cette diode laser émet un faisceau 34 qui est à une longueur d'onde X2. Ce fais- ceau est donc modulé en amplitude au rythme imposé par le générateur 30 et c'est ce signal optique qu'il s'agit de transposer. Le montage comprend encore un coupleur deux vers deux 36, un second FABRY-PEROT FP2, un photodétecteur 38, par exemple une diode PIN, et un oscilloscope 40. A titre d'exemple non limitatif, les conditions expérimentales dans lesquelles la validité du procédé de l'invention a été vérifiée, sont données ci-dessous. Les faces de l'amplificateur laser AS1 sont traitées avec des couches antireflet pour faire tomber leur réflectivité à environ 10-5. Le courant Il est de 68,3 mA. La finesse du FABRY-PEROT FP1 peut être de 100 et sa largeur à mi-hauteur de 0,33 nm (43 GHz). L'auto-oscillation de l'amplificateur ainsi rebouclé a été fixée à X1=1528,1 nm par la position du filtre optique FP1. Le courant d'alimentation I2 de la diode laser LD1 est modulé autour de 34,1 mA. La longueur d'onde X2 correspondant est k2=1543,1 nm. Le second filtre FABRY-PEROT FP2 est destiné à sélectionner la longueur d'onde souhaitée X1 ou X2 selon que l'on visualise le signal source ou le signal transposé. Il a une finesse de 100 et une largeur à mi-hauteur de 0,1 nm (13 GHz). La figure 4 montre les résultats observés. La partie (a) montre le spectre obtenu sans faisceau inci- dent. La raie présente à k1=1528,1 nm est la raie d'auto-oscillation de l'amplificateur AS1 rebouclé sur lui-même. La partie (b) montre le spectre avec un faisceau incident de puissance optique 74 gW injecté dans l'amplificateur laser. On voit que l'oscillation à R! est pratiquement éteinte, l'extinction étant d'environ 25 dB et que domine une oscillation à 1543,1 nm qui est la longueur d'onde k2 du faisceau incident 34. L'explication de cette transposition est la sui- vante. Comme le faisceau incident injecté dans l'ampli- ficateur à semiconducteur est modulé en amplitude, cette amplitude (ou la puissance du faisceau injecté) passe alternativement par un niveau bas et un niveau haut. On passe donc, alternativement, d'un régime au- to-oscillant, tel que celui de la partie (a), à un régime d'injection, o l'auto-oscillation est éteinte comme sur la partie (b). La transposition de la modulation apparaît mieux sur la figure 5, qui présente l'allure des signaux Si et S2 correspondant aux deux longueurs d'onde Xk1 et X2. Le signal du haut correspond au signal incident, alors que le signal du bas représente le signal transposé. On récupère sur la longueur d'onde kl la modulation complémentaire de celle du signal incident. Dans l'étude décrite, le laser LD1 était modulé à 300 kHz, ce qui peut sembler faible. Cette limitation est due au fait que la boucle de rétroaction s'étendait sur une dizaine de mètres de fibre optique. Etant don- née cette longueur, le temps d'instauration d'un régime stationnaire dans l'amplificateur était obligatoirement long (1 As). Cependant, il est clair qu'en réduisant considérablement la taille de la boucle, il est possible de monter à des taux de répétition d'une centaine de Mbit/s, sans problème majeur. Dans la description qui précède, l'accent a été mis sur les étalons FABRY-PEROT pour la réalisation de filtre optique. Il est bien clair que l'invention n'est pas limitée à ce cas et que tout filtre optique peut convenir (filtre à réseau, etc...). REVENDICATIONS 1. Procédé de transposition d'une modulation opti- que sur une longueur d'onde ajustable, caractérisé par le fait qu'il consiste à: - utiliser un laser amplificateur à semi- conducteur (AS1), dont la sortie est rebou- clée sur l'entrée par une boucle de rétro- action (10) munie d'un filtre optique (FP1) calé sur une première longueur d'onde (X1), l'amplificateur rebouclé étant capable d'auto-osciller à ladite première longueur d'onde (X1), - injecter dans le laser amplificateur à semi- conducteur (AS1), un faisceau incident (34) ayant une seconde longueur d'onde (X2), ce faisceau incident (34) étant modulé en am- plitude, celle-ci passant alternativement d'un niveau haut à un niveau bas, - régler la modulation de ce faisceau incident (34) de telle sorte que pour le niveau haut de l'amplitude du faisceau incident (34) la condition d'auto-oscillation du laser amplificateur à la première longueur d'onde (Xl) ne soit plus satisfaite, le laser amplificateur (AS1) réalisant alors une simple amplification du signal à la seconde longueur d'onde (k2); pour le niveau bas de l'amplitude du faisceau incident (34), l'auto-oscillation du laser amplificateur (AS1) rebouclé étant rétablie, le laser am- plificateur (AS1) émettant alors sur ladite première longueur d'onde (X1), - la modulation d'amplitude du faisceau inci- dent (34) à la seconde longueur d'onde (X2) étant ainsi transposée en une modulation d'amplitude complémentaire sur la première longueur d'onde (X2) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le laser amplificateur (AS1) avec sa boucle de rétroaction (10) est capable d'auto-osciller sur une pluralité de modes de longueurs d'onde diffé- rentes, l'une de ces longueurs d'onde (x1) pouvant être sélectionnée en accordant le filtre (FP1) placé dans la boucle de rétroaction (10) à cette longueur d'onde (k1) et la longueur d'onde (k2) du faisceau incident (34) étant réglée sur une autre de ces longueurs d'onde, la transposition s'effectuant ainsi de l'un des modes sur un autre. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise comme filtre optique un étalon FABRY-PEROT (FP1).