Brevet FR2708354A1 — publié le 19950203

AMPLIFICATEUR OPTIQUE A FIBRE OPTIQUE EN VERRE FLUORE DOPE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CET AMPLIFICATEUR DESCRIPTION La présente invention concerne un amplificateur optique à fibre optique en verre fluoré dopé et un procédé de fabrication de cet amplificateur. Elle trouve notamment des applications dans le domaine des télécommunications par fibres optiques. On sait qu'on peut utiliser des amplificateurs optiques à fibre dopée par une terre rare pour réaliser des systèmes de télécommunication, tant en transmission qu'en distribution. C'est l'amplificateur optique à fibre de silice dopée par l'erbium qui a été le plus étudié. Depuis peu, des études ont montré que d'autres verres que la silice pouvaient donner des fibres optiques de bonne qualité et que ces fibres pouvaient également être dopées par des terres rares. Des fibres en verre fluoré, le ZBLAN par exemple, sont à présent commercialement disponibles et il a été démontré que le dopage du coeur de telles fibres par l'erbium (respectivement le praséodyme) permettait d'amplifier un rayonnement dont la longueur d'onde est voisine de 1,5 pm (respectivement 1,3 pm). Pour des longueurs d'onde voisines de 1,5 pm, de telles fibres dopées par l'erbium permettent de réaliser un amplificateur optique dont le gain, en fonction de la longueur d'onde, est quasiment constant de façon naturelle, ce qui n'est pas le cas pour un amplificateur à fibre de silice dopée par l'erbium. Cette propriété est intéressante pour transmettre un multiplex de longueurs d'onde et plusieurs méthodes ont été proposées pour "aplatir" le spectre de gain des amplificateurs réalisés à l'aide de fibres de silice dopée. En fait, l'utilisation de fibres en verre fluoré dopé par l'erbium est la solution la plus simple pour réaliser des amplificateurs optiques à gain spectral plat. De plus, des résultats récents ont montré que des rendements de pompage équivalents aux rendements de pompage de la silice dopée par des ions Er3+ pouvaient être atteints avec de telles fibres en verre fluoré dopé par l'erbium. Pour des longueurs d'onde voisines de 1,3 pm, le seul amplificateur optique à fibre qui puisse convenablement fonctionner actuellement est un amplificateur à fibre en verre fluoré dopé par le praséodyme. Dans les systèmes de télécommunication, ces amplificateurs à base de fibres en verre fluoré doivent s'insérer entre deux extrémités de fibres optiques en silice et il est important que l'entrée et la sortie de ces amplificateurs soient câblées en fibres optiques de silice standard (recommandation CCITT G652). Ceci pose le problème de la jonction des fibres de silice et des fibres en verre fluoré. Il n'est pas possible de souder par fusion une fibre en verre fluoré (dopé ou non dopé) avec une fibre en silice, du fait que leurs températures de fusion sont très différentes l'une de l'autre. En conséquence, il n'est pas possible d'utiliser les techniques de fabrication des amplificateurs optiques à base de silice pour réaliser un amplificateur optique à fibre en verre fluoré dopé. Pour résoudre ce problème, une solution connue consiste à joindre une fibre en verre fluoré et une fibre de silice standard au moyen d'un connecteur par exemple du genre du système OPTABALL (marque déposée) commercialisé par la société Radial, dont on peut ajuster les pertes en dynamique. On peut ainsi réaliser un amplificateur optique comprenant une fibre optique en verre fluoré dopé, qui est reliée, d'un côté, à une fibre de silice par l'intermédiaire d'un tel connecteur (connecteur d'entrée) et, de l'autre côté, à une autre fibre de silice par un connecteur du même type (connecteur de sortie). Cependant, la diminution de la taille du mode optique dans la fibre en verre fluoré dopé, nécessaire pour avoir une efficacité de pompage aussi grande que possible, engendre des pertes intolérables à l'injection du rayonnement de pompage et du signal à amplifier, à travers le connecteur d'entrée, et à l'extraction du signal amplifié, à travers le connecteur de sortie de la fibre en verre fluoré dopé. L'adaptation du diamètre de mode optique entre la fibre en silice standard et la fibre en verre fluoré dopé peut être améliorée en utilisant une fibre de silice intermédiaire ayant le même diamètre de mode que la fibre en verre fluoré dopé, cette fibre intermédiaire étant soudée par fusion à la fibre standard d'un côté et collée à la fibre en verre fluoré dopé de l'autre côté. La soudure par fusion des deux fibres de silice donne des pertes typiquement inférieures à 0,3 dB tandis que le collage de la fibre de silice à la fibre en verre fluoré dopé s'effectue avec des pertes typiquement inférieures à 0,4 dB. Du fait des pertes optiques induites par ce collage (nécessité par la différence de nature des deux verres constituant les fibres) l'efficacité de pompage d'un amplificateur à fibre en verre fluoré dopé sera toujours inférieure à celle d'un amplificateur à fibre en silice dopée comparable. De plus, la fiabilité du collage qui est traversé par une puissance optique importante n'est pas garantie. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un amplificateur optique à fibre optique en verre fluoré dopé et un procédé de fabrication de cet amplificateur qui permettent à la fois de minimiser les pertes de couplage à la fibre en verre fluoré dopé, d'éviter les problèmes dus au collage qui ont été mentionnés plus haut et d'avoir une entrée et une sortie de l'amplificateur optique réalisées en fibres optiques de silice standard. De façon précise, la présente invention a tout d'abord pour objet un amplificateur optique comprenant une fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier un signal lumineux lorsqu'un rayonnement de pompage est injecté dans la fibre, cet amplificateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un multiplexeur optique de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibres optiques de silice et, d'autre part, une fibre optique en verre fluoré dont au moins un tronçon est dopé de façon à constituer ladite fibre en verre fluoré dopé, ce multiplexeur étant prévu pour adapter le diamètre de mode-des fibres de silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré qu'il comporte, - au moins une autre fibre optique en silice, et - un moyen de couplage optique entre cette dernière et la fibre en verre fluoré, ce moyen de couplage étant prévu pour adapter le diamètre de mode de cette autre fibre en silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré, le signal lumineux passant d'une fibre en silice située d'un côté de l'amplificateur à une fibre en silice située de l'autre côté de celui-ci, tandis que le rayonnement de pompage est injecté par au moins une fibre en silice de l'amplificateur, distincte de ces dernières fibres en silice. Bien entendu, par "fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier un signal lumineux", on entend une fibre optique dont le coeur est fait d'un verre fluoré convenablement dopé pour constituer un milieu amplificateur vis-à-vis du signal. Pour ce faire, ce coeur en verre fluoré est par exemple dopé par des ions d'erbium ou de praséodyme. Selon un mode de réalisation préféré de l'amplificateur objet de l'invention, le moyen de couplage optique est un autre multiplexeur optique de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibres optiques en silice et, d'autre part, la fibre en verre fluoré. On obtient ainsi un amplificateur optique à structure symétrique, avec entrées et sorties sur fibres de silice. Le coeur dudit tronçon de fibre optique peut être dopé par des ions d'au moins une terre rare. Selon un mode de réalisation particulier de l'amp1ificateur objet de l'invention, la fibre optique en verre fluoré est dopée sur toute sa longueur. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'amplificateur objet de l'invention, la fibre optique en verre fluoré comprend un tronçon de fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier le signal lumineux et, des deux côtés de ce tronçon, deux autres tronçons de fibre optique en verre fluoré non dopé. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un amplificateur optique comprenant une fibre optique en verre fluoré dopé de facon à pouvoir amplifier un signal lumineux lorsqu'un rayonnement de pompage est injecté dans la fibre, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - on fabrique un multiplexeur optique de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibres optiques de silice et, d'autre part, une fibre optique en verre fluoré dont au moins un tronçon est dopé de façon à constituer ladite fibre en verre fluoré dopé, ce multiplexeur étant prévu pour adapter le diamètre de mode des fibres de silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré qu'il comporte, et - on réalise un couplage optique entre la fibre en verre fluoré et au moins une autre fibre optique en silice, ce couplage étant réalisé de manière à adapter le diamètre de mode de cette autre fibre en silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de l'invention, on soude une fibre optique de silice standard à chacune desdites fibres optiques de silice et une autre fibre optique de silice standard à ladite autre fibre optique de silice, le diamètre de mode de la fibre optique en verre fluoré étant égal au diamètre de mode desdites fibres optiques de silice et de ladite autre fibre optique de silice et inférieur au diamètre de mode des fibres de silice standard. De préférence, les extrémités de la fibre en verre fluoré sont polies perpendiculairement ou obliquement à son axe. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de l'invention, comprenant deux multiplexeurs optiques reliés par une fibre optique en verre fluoré dopé par des ions d'une terre rare, - la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel les deux multiplexeurs sont reliés par une fibre optique en verre fluoré comportant un tronçon central en verre fluoré dopé par ces ions et, de part et d'autre de celui-ci, des tronçons de fibre optique en verre fluoré non dopé qui sont soudés par fusion au tronçon central, - la figure 3 illustre schématiquement la possibilité de réaliser un pompage contra-directionnel avec un amplificateur du genre de celui qui est représenté sur la figure 1, et - la figure 4 illustre schématiquement la possibilité de réaliser un pompage contra- directionnel et un pompage co-directionnel avec un amplificateur du genre de celui qui est représenté sur la figure 1. L'amplificateur conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, comprend: - une fibre optique 2 en verre fluoré, dont le coeur est dopé par des ions d'une terre rare, - un premier multiplexeur optique 4, de type "2 vers 1", comprenant deux fibres optiques d'entrée 6 et 8, constituées par des fibres optiques de silice, et une fibre optique de sortie constituée par la fibre optique 2 (dont une extrémité est ainsi montée dans le multiplexeur 4), et - un deuxième multiplexeur optique 10, de type "2 vers 1", comprenant une fibre optique d'entrée constituée également par la fibre optique 2 (dont l'autre extrémité est ainsi montée dans ce multiplexeur ) et deux fibres optiques de sortie 12 et 14, constituées par des fibres optiques de silice. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'amplificateur optique conforme à l'invention est inséré dans une ligne optique constituée par une fibre optique 16 en silice standard dans laquelle se propage un signal optique S. La fibre optique 16 est interrompue pour l'insertion de cet amplificateur optique. Une partie 16a de la fibre 16 est optiquement couplée à la fibre optique 6 de cet amplificateur par une soudure par fusion 18 et l'autre partie 16b de cette fibre optique 16 est optiquement couplée à la fibre optique 12 de l'amplificateur par une soudure par fusion 20. On munit également l'amplificateur optique de la figure 1 d'un laser de pompage 22 comportant une fibre optique de sortie en silice standard 24 et cette dernière est soudée par fusion à la fibre optique 8 au point A. Les fibres 2, -6, 8, 12 et 14 ont le même diamètre de mode et ce dernier est inférieur au diamètre de mode des fibres 16 et 24. Les soudures 18 et 20 et les soudures en A et B sont réalisées de façon à conduire à des pertes inférieures à 0,3 dB. Le signal optique SA, résultant de l'amplification du signal S par l'amplificateur de la figure 1, sort de ce dernier par la fibre 12 pour se propager dans la fibre 16. Dans l'exemple de la figure 1, le pompage optique est co-directionnel (le rayonnement de pompage P fourni par le laser 22 se propage dans le même sens que le signal S). Le rayonnement de pompage résiduel R est transmis par la fibre optique 14. Pour réaliser l'amplificateur optique de la figure 1, il convient de fabriquer les deux multiplexeurs optiques 4 et 10. Ceci est réalisable par l'homme du métier (il existe des fabricants, par exemple la Société J.D.S., de multiplexeurs optiques à lentilles de silice, de type "'2 vers 1", à deux fibres d'entrée standard en silice et une fibre de sortie standard également en silice, et il suffit de modifier la fabrication de tels multiplexeurs en montant une fibre de sortie en verre fluoré dopé et en montant des fibres d'entrée en silice de même diamètre de mode que cette fibre de sortie. L'extrémité de la fibre de sortie placée dans ce multiplexeur est polie perpendiculairement ou obliquement à son axe. On commence ainsi par fabriquer le multiplexeur 4 muni des fibres 6 et 8 et de la fibre 2. La transition "silice-verre fluoré" se fait donc par l'intermédiaire des lentilles du multiplexeur 4. Dans une variante de réalisation qui est schématiquement illustrée par la figure 2, on fabrique le multiplexeur optique 4 avec une fibre de sortie 30 en verre fluoré non dopé. De la même façon, on fabrique le multiplexeur optique 10 avec une fibre optique d'entrée 32 en verre fluoré non dopé et l'on soude par fusion les extrémités libres des fibres 30 et 32 respectivement aux extrémités d'un tronçon de fibre optique 28 en verre fluoré dopé par une terre rare (les points de raccordement portant respectivement les références B et C sur la figure 2). On précise que, dans le cas de la figure 2, les fibres 6, 8, 12, 14, 30 et 32 ont le même diamètre de mode que les fibres de silice standard 16 et 24 et que la fibre 28 a un diamètre de mode inférieur. Ceci facilite le montage des multiplexeurs 4 et 10. En revenant à la fabrication de l'amplificateur de la figure 1, lorsque le multiplexeur optique 4 est réalisé, on détermine la longueur optimale de la fibre amplificatrice (fibre en verre fluoré dopé). Cette détermination est réalisée par examen de l'émission spontanée amplifiée à l'aide d'un analyseur de spectre optique. Ensuite, on monte le multiplexeur 10 (identique au multiplexeur 4) à l'extrémité libre de la fibre optique 2, cette fibre 2 entrant ainsi dans le multiplexeur 10. L'extrémité de cette fibre 2 qui se trouve dans ce multiplexeur 10 est polie perpendiculairement ou obliquement à son axe optique. Comme précédemment, la transition "verre fluore-silice" se fait ici par l'intermédiaire des lentilles (non représentées) que comporte le multiplexeur 10. L'amplificateur optique conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure 1, a une structure symétrique. De plus, l'amplificateur de la figure 1 permet avantageusement le filtrage du rayonnement résiduel de pompage R à la sortie de cet amplificateur, grâce au filtre optique (non représenté) que comporte le multiplexeur 10. Il est ainsi possible de surveiller le fonctionnement du laser de pompage 22 en montant des moyens de surveillance appropriés (non représentés) à la sortie de la fibre optique 14. La structure de l'amplificateur représenté sur la figure 1 permet également d'utiliser un pompage contra-directionnel comme le montre schématiquement la figure 3. Sur cette dernière, on voit un amplificateur optique identique à celui qui est représenté sur la figure 1 à ceci près que l'extrémité libre de la fibre 14 est soudée par fusion, au point D, à la fibre optique de sortie 36 d'un laser de pompage 38, cette fibre 36 étant une fibre en silice standard. De plus, dans le cas de la figure 3, l'extrémité libre de la fibre 8 n'est plus reliée à un laser de pompage. On réalise alors un pompage contra- directionnel et le rayonnement de pompage résiduel R se propage dans la fibre optique 8. Dans la variante de réalisation de la figure 4, les fibres 8 et 14 sont respectivement couplées à des lasers de pompage 40 et 38 pour réaliser à la- fois un pompage co-directionnel et un pompage contra-directionnel. Le laser 40 comporte une fibre de sortie standard en silice 42 qui est soudée à la fibre 8 par fusion au point E. Dans une variante de réalisation de l'amplificateur représenté sur la figure 1, on fabrique le multiplexeur 10 sans filtre optique ni fibre optique 14, ce qui revient à fabriquer simplement une transition verre fluoré-silice. REVENDICATIONS 1. Amplificateur optique comprenant une fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier un signal lumineux (S) lorsqu'un rayonnement de pompage (P) est injecté dans la fibre, cet amplificateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un multiplexeur optique (4) de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibre optiques de silice (6, 8) et, d'autre part, une fibre optique en verre fluoré (2, 30-28-32) dont au moins un tronçon est dopé de façon à constituer ladite fibre en verre fluoré dopé, ce multiplexeur étant prévu pour adapter le diamètre de mode des fibres de silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré qu'il comporte, - au moins une autre fibre optique en silice (12, 14), et - un moyen (10) de couplage optique entre cette dernière et la fibre en verre fluoré, ce moyen de couplage étant prévu pour adapter le diamètre de mode de cette autre fibre en silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré, le signal lumineux (S) passant d'une fibre en silice située d'un côté de l'amplificateur à une fibre en silice située de l'autre côté de celui- ci, tandis que le rayonnement de pompage (P) est injecté par au moins une fibre en silice de l'amplificateur, distincte de ces dernières fibres en silice. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de couplage optique est un autre multiplexeur optique (10) de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibres optiques en silice (12, 14) et, d'autre part, la fibre en verre fluoré (2, -28-32). 3. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coeur dudit tronçon est dopé par des ions d'au moins une Terre Rare. 4. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fibre optique en verre fluoré (2) est dopée sur toute sa longueur. 5. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fibre optique en verre fluoré comprend un tronçon (28) de fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier le signal lumineux et, des deux côtés de ce tronçon, deux autres tronçons de fibre optique (30, 32) en verre fluoré non dopé. 6. Procédé de fabrication d'un amplificateur optique comprenant une fibre optique en verre fluoré dopé de façon à pouvoir amplifier un signal lumineux (S) lorsqu'un rayonnement de pompage (P) est injecté dans la fibre, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - on fabrique un multiplexeur optique (4) de type 2 vers 1 qui comporte, d'une part, deux fibres optiques de silice (6, 8) et, d'autre part, une fibre optique en verre fluoré (2, 30-28-32) dont au moins un tronçon est dopé de façon à constituer ladite fibre en verre fluoré dopé, ce multiplexeur étant prévu pour adapter le diamètre de mode des fibres de silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré qu'il comporte, et - on réalise un couplage optique entre la fibre en verre fluoré (2, 30-28-32) et au moins une autre fibre optique en silice (12, 14), ce couplage étant réalisé de manière à adapter le diamètre de mode de cette autre fibre en silice au diamètre de mode de la fibre en verre fluoré. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on soude une fibre optique de silice standard à chacune desdites fibres optiques de silice et une autre fibre optique de silice standard à ladite autre fibre optique de silice, le diamètre de mode de la fibre optique en verre fluoré étant égal au diamètre de mode desdites fibres optiques de silice et de ladite autre fibre optique de silice et inférieur au diamètre de mode des fibres de silice standard. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les extrémités de la fibre en verre fluoré sont polies perpendiculairement ou obliquement à son axe.