Brevet FR2701179A1 — publié le 19940805

La présente invention concerne les systèmes de transmission à amplification optique. Dans un système de transmission à amplification optique comprenant une détection non cohérente, le trajet de transmission optique formé entre un émetteur optique et un récepteur occupant un emplacement distant, comprend une chaîne d'amplificateurs optiques répartis à intervalles déterminés le long du trajet de transmission Chacun des amplificateurs optiques possède un milieu amplificateur donnant une inversion de population Un signal d'entrée de faible puissance transmis à un tel amplificateur est amplifié à une puissance élevée lorsqu'il se propage dans le milieu amplificateur Le signal transmis à l'amplifica- teur interagit avec l'inversion de population et crée une émission stimulée provoquant ainsi une amplification du signal Cependant, l'inversion de population donne en outre une certaine émission spontanée à large bande par rapport au signal, et cette émission spontanée est aussi amplifiée dans cet amplificateur et dans les amplificateurs suivants. En conséquence, l'émission spontanée amplifiée (ASE) arrive au récepteur avec le signal On a montré, par exemple dans l'article de N A Olsson intitulé "Lightwave Systems with Optical Amplifiers", Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, N O 7, juillet 1989, pages 1071 à 1082, que, lorsque le signal entrant est détecté par le récepteur, l'émission spontanée amplifiée contribue à un bruit du fait des interactions de battement entre le signal et l'émission spontanée, et à un bruit supplémentaire du fait des inter- actions de battement entre les émissions spontanées elles- mêmes. La présente invention concerne l'obtention d'une émission spontanée réduite avec simultanément augmentation du rapport signal-sur-bruit du signal détecté par le récepteur. L'invention concerne un système optique de transmis- sion de données, mettant en oeuvre une détection non cohérente, le système comprenant un émetteur optique couplé optiquement à un récepteur optique non cohérent par un trajet optique de transmission qui comprend une chaîne d'amplificateurs optiques, l'émetteur comprenant un modula- teur de données destiné à assurer une modulation des données sur un signal optique transmis par l'émetteur au récepteur, et étant caractérisé en ce que l'émetteur comporte en outre un second modulateur qui est destiné à assurer, entre deux états polarisés pratiquement orthogo- naux, une modulation de l'état de polarisation de signal optique transmis par l'émetteur. On peut noter que l'utilisation d'un second modula- teur destiné à moduler, entre des états polarisés en directions pratiquement orthogonales, l'état de polarisa- tion d'un signal optique modulé par des données et transmis par un émetteur a déjà été décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 4 965 857 et 5 023 494, mais cette description concerne le contexte d'un système mettant en oeuvre une détection cohérente (superhétérodyne) Le système de détection cohérente décrit dans ces documents ne comporte pas d'amplificateur optique et n'est nullement concerné par les problèmes posés par le bruit d'émission spontanée amplifiée En outre, le second modulateur est incorporé spécifiquement afin qu'il assure une détection cohérente, et ce document ne concerne donc aucunement les systèmes utilisant une détection non cohérente. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre de systèmes de transmission à amplification optique selon l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 et 2 sont des diagrammes synoptiques de systèmes de transmission optique selon l'invention, sous forme de variantes préférées. Le système à émetteur optique de la figure 1 com- porte un émetteur 10, un récepteur non cohérent 11 disposé à un emplacement distant et, entre les deux, un trajet 12 de transmission à fibre optique qui comprend une chaîne d'amplificateurs optiques 13, comprenant par exemple de l'ordre de cent amplificateurs Une forme préférée d'ampli- ficateur est un amplificateur à fibre optique contenant une matière de dopage des terres rares, par exemple l'erbium. Une forme préférée d'émetteur 10 comprend une source laser 10 a à injection, un premier modulateur 10 b recevant des données d'une entrée 14 et un second modulateur 10 c ali- menté par un oscillateur 15 Par exemple mais non obliga- toirement, le premier modulateur 10 b est un modulateur d'intensité Si les données sont appliquées sous forme d'une modulation d'intensité, les fonctions de la source laser et du modulateur d'intensité peuvent être combinées dans un même élément comprenant un laser à injection piloté à la fois par un courant de polarisation du laser et un courant de modulation des données Le second modulateur 10 c est à un état optique de modulateur de polarisation et l'amplitude du signal de sortie de l'oscillateur est suffisante pour que l'oscillateur pilote le second modula- teur et fasse osciller son signal de sortie entre deux états de polarisation pratiquement orthogonaux Une forme commode de modulateur de polarisation 10 c est un circuit déphaseur au niobiate de lithium dont l'état de polarisa- tion du signal optique d'entrée est tel que le signal d'entrée est divisé de manières pratiquement égales en modes TE et TM Dans une variante, le modulateur peut fonctionner par exemple par division du signal en deux parties égales, avec décalage de fréquence d'une partie par modulation acousto-optique puis recombinaison des deux parties avec des états orthogonaux de polarisation. On a considéré en général que l'émission spontanée amplifiée n'était pas polarisée En d'autres termes, on a considéré en général que la puissance d'émission spontanée amplifiée à l'état de polarisation perpendiculaire à l'état de polarisation de la puissance du signal était égale à la puissance d'émission spontanée amplifiée avec le même état de polarisation que la puissance du signal Cependant, dans le cadre de l'invention, on a observé expérimentalement que, dans le cas d'un système de grande longueur, il existait en fait une puissance d'émission spontanée ampli- fiée perpendiculairement au signal plus grande que dans le même état de polarisation que le signal On considère que ceci est dû à un petit écart de gain entre les deux états de polarisation, à chaque amplificateur Ce petit écart est alors multiplié par le nombre d'amplificateurs du système, et il fait apparaître ce qui constitue finalement un écart considérable, par exemple dans le cas d'un système ayant environ une centaine d'amplificateurs chaînés On a cons- taté que, lors de la modulation de l'état de polarisation du signal afin qu'il passe du temps dans deux états pola- risés pratiquement orthogonaux quelconques, l'émission spontanée amplifiée était réduite et la puissance du signal était accrue. Le rapport signal-sur-émission spontanée amplifiée et en conséquence le rapport signal-sur-bruit reçu sont aussi augmentés Manifestement, pour que le perfection- nement soit maximal, la modulation doit être réalisée à une fréquence très supérieure au temps de réponse de l'inver- sion de population dans les amplificateurs Si la modula- tion de polarisation s'effectue à une fréquence corres- pondant à un temps court par rapport à la constante de temps de l'inversion de population, au niveau d'un seul amplificateur, le déficit par rapport à l'élimination totale de l'écart de gain entre les deux états de polari- sation au niveau de cet amplificateur est faible de manière correspondante Cependant, en ce qui concerne l'ensemble du système, on doit tenir compte du nombre d'amplificateurs dans le système car il existe un déficit correspondant dans chacun des autres amplificateurs, avec en conséquence un effet cumulé Si l'on suppose un temps d'inversion de population dans un amplificateur à fibre dopée par de l'erbium d'environ 10 ms, on note que la fréquence de modulation de polarisation pour un système à cent amplifi- cateurs doit de préférence dépasser 100 k Hz La modulation de polarisation ne doit pas être périodique. Sur la figure 1, le modulateur l Oc de polarisation a été représenté comme étant disposé dans l'émetteur 10 dont il fait partie, mais il est évident que, en principe, il peut être placé immédiatement avant le premier amplifi- cateur de la chaîne Cependant, pour qu'il soit placé après le premier amplificateur ou même plus en aval, la chaîne doit subir une pénalisation due au fait qu'elle n'a aucun effet sur l'émission spontanée amplifiée créée dans l'amplificateur placé en amont. Le système risque de présenter certaines pertes résultantes dépendant de la polarisation (PDL) et en conséquence, si le modulateur l Oc de polarisation peut fonctionner en modulant le signal transmis par le trajet 12 de transmission entre deux états polarisés en directions pratiquement orthogonales choisies aléatoirement, il existe un risque pour que la modulation de polarisation puisse être détectée dans le récepteur sous forme d'une modulation d'amplitude Un procédé supprimant ce risque est mis en oeuvre dans le système de transmission de la figure 2. Le système de transmission de la figure 2 présente la même disposition du récepteur 11, du trajet 12 de transmission et des amplificateurs 13 que le système de la figure 1 De même, son émetteur 20 comprend les trois mêmes éléments de la source laser 10 a et du premier et du second modulateur l Ob et 10 c que l'émetteur 10 du système de la figure 1 En outre, l'émetteur 20 de la figure 2 comprend un organe 20 d d'ajustement de l'état de polarisation piloté par un circuit 26 de pilotage qui fait partie d'une boucle de commande à réaction négative L'organe d'ajustement de polarisation est piloté par la boucle à réaction négative afin que la modulation d'amplitude, apparaissant au niveau du détecteur du récepteur et qui a la même fréquence que la modulation appliquée au modulateur de polarisation l Oc, soit minimale Si le modulateur de polarisation prend la forme d'un circuit déphaseur au niobiate de lithium, l'organe d'ajustement de polarisation peut avantageusement avoir la même forme. Une autre solution du problème potentiel posé par les pertes dépendant de la polarisation (PDL) au moins en ce qui concerne un système numérique de transmission par modulation d'intensité est la suppression de la boucle de5 commande à réaction négative à l'extrémité de l'organe d'ajustement et, à la place, la modulation de la polarisa- tion à une fréquence supérieure à la fréquence de bits, de préférence à une fréquence égale au double ou à un multiple entier supérieur de la fréquence de bits. REVENDICATIONS 1 Système optique de transmission de données, mettant en oeuvre une détection non cohérente, le système comprenant un émetteur optique ( 10) couplé optiquement à un récepteur optique non cohérent ( 11) par un trajet optique de transmission ( 12) qui comprend une chaîne d'amplifica- teurs optiques ( 13), l'émetteur comprenant un modulateur de données (l Ob) destiné à assurer une modulation des données sur un signal optique transmis par l'émetteur au récepteur, caractérisé en ce que l'émetteur comporte en outre un second modulateur (l Oc) qui est destiné à assurer, entre deux états polarisés pratiquement orthogonaux, une modula- tion de l'état de polarisation de signal optique transmis par l'émetteur. 2 Système de transmission optique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le modulateur de données est destiné à exercer une modulation des données sous forme d'une modulation d'intensité. 3 Système de transmission de données selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second modulateur est destiné à moduler à une fréquence supérieure à la fréquence de modulation de données. 4 Système de transmission de données selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second modulateur est destiné à moduler à une fréquence qui est égale au double de la fréquence de modulation des données ou à un multiple entier plus élevé de cette fréquence. Système de transmission de données selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système comporte une boucle de commande à réaction négative desti- née à réguler le fonctionnement d'un organe ( 20 d) d'ajuste- ment d'état de polarisation disposé physiquement en série avec le second modulateur, afin que la composante du signal détectée par le récepteur et qui a la même fréquence que la modulation assurée par le second modulateur soit minimale.