Brevet FR2699770A1 — publié le 19940624

Emetteur ontique à dispositif correcteur de non-linéarité. L'invention concerne les émetteurs optiques électriquement commandés, notamment ceux qui sont destinés à être exploités pour assurer la transmission d'informations par l'intermédiaire de fibres optiques et qui ont un organe d'émission constitué par une diode électroluminescente ou une diode laser. I1 est connu d'exciter les fibres des réseaux de vidéocommunication au moyen d'émetteurs optiques semiconducteurs qui, de manière connue en soi, sont commandés au moyen de signaux électriques modulés. Ces émetteurs optiques fonctionnent sur des longueurs d'onde optique déterminées, telles que 0,8 ou 1,3 gm, ils sont prévus pour être raccordés à des fibres optiques dont les caractéristiques ont été prévues en conséquence et qui ont des longueurs variables comprises entre des limites prédéterminées, ces dernières étant, en particulier, fonction des puissances susceptibles d'être développées par les organes d'émission. I1 est donc prévu d'adapter la puissance des émetteurs aux besoins réels et donc en particulier aux longueurs des liaisons par fibres qu'ils desservent, de manière à obtenir une transmission satisfaisante des informations dans toute la gamme des longueurs admises. Or la courbe représentant la puissance délivrée par un organe d'émission, tel qu'une diode électroluminescente, en fonction du courant électrique traversant cet organe n'est pas linéaire et présente plutôt une allure en S avec une zone médiane d'allure approximativement linéaire se terminant par une zone extrême de saturation où la puissance stagne malgré l'accroissement de l'intensité du courant. I1 est donc classique de contrôler la puissance d'un organe d'émission, tel qu'évoqué ci-dessus, en agissant sur le courant qui le traverse par l'intermédiaire d'un organe permettant de faire varier ce courant, tel qu'un transistor monté de manière à être traversé par le courant circulant dans l'organe d'émission et commandé au niveau de sa base par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel. Un tel agencement permet une compensation des non-linéarités perturbant la restitution sous forme optique des modulations du signal électrique correspondant aux informations à transmettre, si une boucle de contre-réaction appropriée est associée à l'amplificateur qui commande l'organe de réglage du courant circulant dans l'organe d'émission. En effet, la non-linéarité présente des inconvénients qui peuvent être particulièrement gênants, notamment lorsqu'il y a plus d'une onde porteuse simultanément en présence sur une même fibre. Dans un tel cas, il peut y avoir création d'un brouilleur en bande de base par intermodulation entre deux ondes porteuses. Tel est par exemple le cas en présence de deux ondes porteuses TV1 et TV2 de fréquences respectives 38,9 MHZ et 20,7 MHZ dont l'intermodulation donne naissance à une raie à 18,2 MHZ provoquant un brouilleur à 2,5 MHZ en bande de base. Le gabarit du brouilleur est d'environ -40 dBm si les signaux sont de type SECAM ou D2 MAC, ce qui correspond à un écart de 38 dB en radiofréquence entre niveau d'intermodulation et niveau de porteuse TV2. Or les dispositifs correcteurs du type évoqué ci-dessus sont susceptibles de ne pas être suffisants dans les conditions réelles d'exploitation auxquelles ils peuvent être soumis en installation, lorsque ces conditions varient largement et s'approchent des limites admises. L'invention propose donc un émetteur optique comportant un organe semi-conducteur à jonction optiquement émettrice électriquement commandée au moyen d'un organe de réglage qui agit sur le courant électrique traversant cette jonction, en fonction d'un signal électrique de commande qu'il reçoit par l'intermédiaire d'un dispositif auto-correcteur à amplificateur associé à un montage de contre-réaction en boucle. Selon une caractéristique de l'invention, le montage de contre-réaction de l'amplificateur comporte des premiers moyens de compensation à réponse non-linéaire modifiant l'effet de contre-réaction en fonction du courant circulant dans la jonction en coopération avec des moyens générateurs de courant constant qui sont compensés en température et qui agissent en conséquence sur les moyens de compensation à réponse non linéaire. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un schéma d'un émetteur optique selon l'invention. Les figures 2 et 5 montrent deux courbes représentant la variation de la puissance délivrée par deux diodes électroluminescentes différentes en fonction des courants qui les traversent. La figure 3 montre respectivement une courbe représentant la variation de gain d'un amplificateur, tel que mis en oeuvre dans la réalisation proposée et une courbe représentative de la correction apportée. La figure 4 présente un schéma d'une variante de réalisation de l'invention. L'émetteur optique présenté en figure 1 est par exemple destiné à assurer une transmission d'informations sous forme de signaux lumineux par l'intermédiaire d'une fibre optique à laquelle cet émetteur est raccordé d'une manière connue de l'homme de métier qui ne sera pas décrite ici. Cet émetteur optique comporte un organe 1 d'émission, ici supposé du type semi-conducteur à jonction optiquement émettrice commandée par l'intermédiaire d'un signal électrique, modulé en amplitude, représentatif des informations à transmettre. L'organe 1 d'émission qui est par exemple du type diode électroluminescente, émet des signaux optiques de longueur d'onde déterminée, par exemple 0,80, 1,30, 1,55 gm ou autre. Un organe de réglage 2 contrôle l'intensité du courant électrique qui assure l'excitation de la jonction optiquement émettrice de l'organe d'émission 1 qu'il traverse. Cet organe de réglage 2 est par exemple un transistor de type NPN en série avec l'organe d'émission 1. Lorsque ce dernier est une diode électroluminescente, il a sa cathode reliée au collecteur du transistor constituant l'organe de réglage 2 et son anode reliée à un potentiel positif d'alimentation V; l'émetteur du transistor est relié à un potentiel de masse, via une résistance d'adaptation 3, et la base de ce transistor est reliée en sortie d'un amplificateur 4, à réponse linéaire. Cet amplificateur 4 reçoit le signal d'information à émettre qui se présente ici sous la forme d'un signal électrique modulé en amplitude. L'action de ce signal modulé en amplitude sur la base du transistor de l'organe de réglage 2 assure une modulation correspondante du courant traversant en série ce transistor et la diode électroluminescente. L'amplificateur 4 est incorporé dans un dispositif autocorrecteur qui est destiné à linéariser la réponse de la diode électroluminescente par rapport au signal électrique modulé en amplitude appliqué à l'amplificateur 4 pour la commander. De manière connue, la réponse en puissance d'une diode électroluminescente à un signal de commande est susceptible d'être représentée par une courbe grossièrement en S, telle que celle présentée en figure 2 pour une diode émettant une onde porteuse dont la longueur d'onde est supposée égale à 1.3 gm, l'intensité du courant traversant la diode étant donnée en abscisse et la puissance en ordonnée. De manière connue, le signal électrique modulé en amplitude envoyé à l'entrée E de l'amplificateur 4 entraîne l'application, à l'entrée de la diode électroluminescente, d'une modulation dont une alternance est symbolisée par M sur la figure 2; cette modulation symétrique se traduirait par un signal asymétrique en sortie de cette diode, ainsi que le montre cette figure 2, si aucune correction n'était appliquée. En conséquence les émetteurs optiques du type évoqué ici comportent un dispositif auto-correcteur associant une boucle de contre-réaction à l'amplificateur 4. Dans l'exemple présenté, cette boucle comprend deux branches parallèles comportant chacune une résistance montée en série avec une capacité, telle la résistance 5 et la capacité 6, entre la sortie de l'organe de réglage que constitue l'émetteur du transistor 2 et l'entrée de l'amplificateur 4. Celle des deux branches qui est constituée de la résistance 7 et de la capacité 8, comporte de plus un organe de compensation à résistance non-linéaire, cet organe est ici constitué par une diode 9 insérée entre la résistance 7 et le transistor 2, à l'émetteur duquel la cathode de la diode de compensation 9 est reliée. Le gain de l'amplificateur 4 pris isolément est linéaire, comme indiqué plus haut, il est par exemple représenté par la ligne L sur la figure 3 qui montre la variation du niveau de sortie N.S d'un amplificateur en fonction de son niveau d'entrée N.E. La diode de compensation 9 introduit une correction qui est ici traduite par la courbe C et qui permet de légèrement réduire le gain de l'amplificateur pour compenser la nonlinéarité correspondante de la diode électroluminescente 1, lors du fonctionnement de l'émetteur optique dont font partie cette diode électroluminescente et cet amplificateur. Lorsque l'intensité du courant modulé traversant la diode électroluminescente tend à augmenter, la diode de compensation 9 tend à se bloquer, l'impédance de contreréaction et en conséquence le gain de l'amplificateur 4 augmentent. Lorsque l'intensité du courant modulé diminue, la diode de compensation 9 devient progressivement passante, l'impédance de contre-réaction et le gain de l'amplificateur 4 diminuent. Il est prévu de polariser la diode de compensation 9 en reliant son anode à un générateur de courant 10, du type à courant i constant. Dans la mesure où l'émetteur en exploitation est susceptible d'être perturbé par des variations de température qui sont courantes avec ce type de matériel, le générateur de courant 10 est préférablement du type compensé en température, par exemple pour une gamme comprise entre 5 et 45"C. Le dispositif auto-correcteur comporte additionnellement un montage destiné à améliorer la reproduction, par l'organe d'émission 1, des crêtes du signal électrique modulé en amplitude, lorsque l'intensité du courant traversant cet organe le conduit au voisinage de sa zone de saturation, voir figure 2-. Ce montage additionnel comporte une diode de correction 11 dont l'anode est ici reliée à l'émetteur du transistor constituant l'organe de réglage 2 et dont la cathode est reliée à un point réglable d'un pont diviseur, ici à résistances 12, 13, 14 en série, qui est inséré entre masse et potentiel d'alimentation V.Ce pont permet de choisir le seuil de déblocage en tension de la diode de correction 11, celle-ci a pour fonction d'augmenter le courant circulant dans le transistor de l'organe 2 et dans l'organe d'émission 1, lorsque l'intensité du courant est telle que cet organe d'émission atteint sa zone de saturation, comme vu ci-dessus. Le choix du seuil permet d'optimiser la correction recherchée. Si le dispositif auto-correcteur est bien adapté pour une diode électroluminescente émettant sur une longueur d'onde de 1,3 tm telle qu'indiquée ci-dessus, il apparaît qu'une légère modification de ce dispositif permet de résoudre le problème qui se pose avec les diodes électroluminescentes émettant sur la longueur d'onde de 0,8 gm sachant que la courbe représentant la variation de puissance de ces dernières en fonction du courant - voir figure 5 -, bien qu'ayant aussi une allure en S, présente des caractéristiques différentes, ce qui implique une exploitation différente des émetteurs correspondants et en conséquence un dispositif auto-correcteur légèrement différent. En ce cas ainsi que montré en figure 4, l'émetteur optique comporte une diode électroluminescente 1' apte à émettre sur la longueur d'onde de 0,8 gm ou présentant une courbe puissance/intensité qui soit analogue. Cette diode électroluminescente 1' est montée entre potentiel d'alimentation V et potentiel de masse de même que l'était la diode 1, ayant son courant électrique d'excitation contrôlé par un transistor 2', ici encore de type NPN, dont l'émetteur est relié au potentiel de masse par l'intermédiaire d'une résistance 3' ayant même fonction que la résistance 3. Le transistor 2' a sa base reliée à la sortie d'un amplificateur 4', à réponse linéaire, qui reçoit sur une entrée E' le signal d'information sous la forme d'un signal électrique modulé en amplitude. L'émetteur optique présenté en figure 4 comporte aussi un dispositif auto-correcteur associant une boucle de contreréaction à l'amplificateur 4' et comportant un montage correctif additionnel composé d'une diode 11' et d'un pont diviseur à résistances 12',13', 14' analogue en son raccordement et en son fonctionnement au montage correctif additionnel composé de la diode 11 et du pont diviseur à résistances 12, 13, 14 évoqué plus haut. La boucle de contre-réaction associée à l'amplificateur 4' comporte aussi deux branches parallèles comportant chacune une résistance montée en série avec une capacité entre la sortie de l'organe de réglage que constitue l'émetteur du transistor 2' et l'entrée de l'amplificateur 4', telle la résistance 5' et la capacité 6'. Celle des deux branches qui est constituée de la résistance 7' et de la capacité 8', comporte de plus un organe de compensation à résistance non-linéaire ici constitué par une diode 9' insérée entre la résistance 7' et le transistor 2' à l'émetteur duquel l'anode de la diode de compensation 9' est reliée, via une capacité 16'. Il est aussi prévu de polariser la diode de compensation 9' en reliant son anode à un générateur de courant 10', du type à courant i' constant, via une résistance 15', pour les mêmes raisons que précédemment. Pour des raisons notamment liées à la longueur désirée pour les fibres optiques à desservir, il peut être nécessaire d'exploiter deux zones différentes, ici montrées chevauchantes, de la courbe de puissance de la diode électroluminescente 1' - voir figure 5 -, pour obtenir une transmission satisfaisante dans des conditions prédéterminées avec une fibre dont la longueur est par exemple dans une gamme de longueurs comprises entre 100 et 1100 mètres. A cet effet, il est prévu d'associer un générateur de courant 19' pour calibrer l'amplificateur opérationnel 4' en fonction du résultat recherché. I1 est aussi prévu de relier le point commun à la résistance 7' et à la capacité 8' au potentiel de masse par un organe commutateur 17' en série avec une résistance d'adaptation 18', cet organe commutateur étant par exemple un transistor de type à effet de champ. La commande de l'organe commutateur 17' et celle du générateur de courant 19' peuvent être-effectuées simultanément par un même signal de commande appliqué au niveau de leurs entrées de commande respectives B et C. Lorsqu'une puissance maximale Pmax est nécessaire, en raison par exemple de la longueur de la fibre desservie, l'organe d'émission 1' fonctionne dans une zone médiane, sensiblement linéaire, de sa courbe puissance/intensité et il n'est pas nécessaire d'appliquer de correction de contre-réaction, car est suffisante la correction que produit le montage correctif additionnel lors du fonctionnement de l'organe d'émission en zone de saturation. Dans ces conditions, l'organe de commutation 17' est commandé, via son entrée B, de façon à être bloqué ce qui a notamment pour effet d'empêcher qu'un courant de polarisation ne passe dans la diode de compensation 9', celle-ci est donc bloquée. Dans ce mode de fonctionnement la résistance 18' est en pratique déconnectée. Par contre, lorsqu'une puissance moyenne Pmoy inférieure à Pmax est nécessaire, l'organe d'émission 1' fonctionne dans une zone de sa courbe puissance/intensité qui est inférieure à celle considérée ci-dessus et une correction de contreréaction est prévue. Dans ces conditions, l'organe de commutation 17' commandé par l'intermédiaire de son entrée B est mis à l'état saturé et donc passant. Ceci a pour effet de permettre simultanément la mise en parallèle de la résistance 18' sur l'entrée E' de l'amplificateur 4', vis-àvis du signal d'entrée appliqué à cette entrée E' et le passage d'un courant de polarisation dans la diode de compensation 9'. La mise en parallèle évoquée ci-dessus entraîne une diminution du niveau du signal d'entrée de l'amplificateur 4' et par suite une diminution de son signal de sortie et ce notamment en fonction de la valeur de la résistance 18' choisie. Le passage d'un courant de polarisation entraîne une correction de contre-réaction, car la diode de compensation 9' devient progressivement passante au fur et à mesure que l'intensité du courant modulé qui traverse l'organe d'émission 1' augmente, l'impédance de contre-réaction et le gain de l'amplificateur 4' diminuent. Inversement, lorsque l'intensité du courant modulé diminue, la diode de compensation 9' tend à se bloquer, l'impédance de contreréaction et le gain de l'amplificateur 4' augmentent. Le choix des courants de polarisation des diodes de compensation 9 et 9' permet d'optimiser l'efficacité de la correction de non-linéarité recherchée. REVENDICATIONS 1/ Emetteur optique comportant un organe (1, 1') semiconducteur à jonction optiquement émettrice électriquement commandée au moyen d'un organe de réglage (2, 2') qui agit sur le courant électrique traversant cette jonction, en fonction d'un signal électrique de commande reçu par l'intermédiaire d'un dispositif auto-correcteur à amplificateur (4, 4') associé à un montage de contreréaction en boucle, caractérisé en ce que le montage de contre-réaction de l'amplificateur comporte des premiers moyens de compensation (9, 9') à réponse non-linéaire modifiant l'effet de contre-réaction en fonction du courant circulant dans la jonction en coopération avec des moyens (10, 10') générateurs de courant constant qui sont compensés en température et qui agissent en conséquence sur les moyens de compensation à réponse non linéaire. 2/ Emetteur optique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif auto-correcteur comporte un montage correctif additionnel doté de seconds moyens de compensation (11, 11') à réponse non-linéaire qui sont insérés en dérivation, hors boucle de contre-réaction, dans le circuit d'alimentation électrique de la jonction émettrice optique passant par l'organe de réglage en courant de cette j onction. 3/ Emetteur optique, selon au moins l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le montage de contre-réaction est constitué par une boucle à deux branches parallèles comportant identiquement une résistance (5, 7, ~5' ou 7') et une première capacité (6, 8, 6' ou 8') en série entre une sortie de l'organe de réglage (2, 2'), de type transistor, et l'entrée de l'amplificateur (4, 4') qui commande l'organe de réglage, l'une des branches comportant de plus des moyens de compensation (9, 9') à réponse non linéaire constitués par une diode, montée en série dans cette branche entre la résistance (7 ou 7') et la sortie de l'organe de réglage (2 ou 2'), l'anode de cette diode étant aussi reliée à la sortie d'un générateur de courant constant compensé en température (10 ou 10'). 4/ Emetteur optique, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le montage de contre-réaction comporte un organe de commutation (17') relié par une résistance (18'), dite d'adaptation, à un point situé entre la première capacité (8') de la branche contenant la diode de compensation (9') et la résistance (7') reliée à la cathode de cette diode de compensation, pour assurer une adaptation du niveau du signal d'entrée de l'amplificateur (4') de l'émetteur et une correction de contre-réaction additionnelle, lorsque cet organe de commutation (17') est passant, ou une mise horscircuit de la branche contenant la diode de compensation (9'), lorsque ledit organe de commutation (17') est commandé bloqué. 5/ Emetteur optique, selon la revendication 3, caractérisé en ce que la diode de compensation (9) située dans l'une des branches du montage de contre-réaction est reliée par sa cathode à l'émetteur du transistor, de type NPN, qui constitue l'organe de réglage (2), ce transistor ayant son collecteur relié à la cathode de la diode électroluminescente qui constitue l'organe semi-conducteur (1) à jonction optiquement émettrice. 6/ Emetteur optique, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la diode de compensation (9') située dans l'une des branches du montage de contre-réaction est reliée par son anode et via une seconde capacité (16') à l'émetteur d'un transistor, de type NPN, qui constitue l'organe de réglage (2'), ce transistor ayant son collecteur relié à la cathode de la diode électroluminescente qui constitue l'organe semi-conducteur (1') à jonction optiquement émettrice.