Brevet FR2716591A1 — publié le 19950825

Système de communication optique à brouillage de tolarisation La présente invention concerne de manière générale les systèmes de communication optiques dans lesquels un inconvénient peut apparaître en liaison avec un degré de polarisation d'une onde optique transmise par ce système. Elle trouve plus particulièrement application lorsque la lisibilité d'un signal fourni en sortie du système est affectée de manière défavorable par un phénomène lié au degré de polarisation présenté par une onde optique qui a porté ce signal au sein de ce système. Le degré de polarisation est une grandeur considérée classiquement en science physique. Il est défini sous la forme d'une moyenne calculée sur une période temporelle. Il est par exemple égal à 100% lorsqu'une onde reste polarisée linéairement selon une direction invariable pendant cette période, ou lorsque une telle onde reste complètement polarisée circulairement dans un même sens durant cette période. Il peut être nul ou prendre des valeurs intermédiaires si la polarisation varie au cours de cette période. Cette invention s'applique typiquement lorsque une onde porteuse polarisée de façon rectiligne ou fortement elliptique interagit avec les centres actifs anisotropes d'un milieu amplificateur. De tels centres sont typiquement constitués par des ions erbium Er3+. Ils sont excités par une onde de pompage optique pour faire apparaître et maintenir un gain optique afin de compenser des pertes que l'onde porteuse subit en ligne. Ces centres sont typiquement dispersés dans une matrice de verre d'une manière aléatoire en ce qui concerne leurs orientations. Leur anisotropie est telle que chacun d'eux interagit principalement avec les ondes qui sont polarisées selon une direction de l'espace définie par l'orientation de ce centre. Cette direction peut être appelée "direction principale d'amplification" de ce centre. Les conséquences de cette anisotropie des centres actifs du milieu amplificateur vont maintenant être décrites d'une manière simplifiée. Pour cela on considèrera seulement deux populations supposées homogènes quant à leurs directions principales d'amplification. Ces directions principales d'amplification seront de plus considérées dans un but de simplification comme étant totalement sélectives c'est-à-dire qu'une onde lumineuse n'interagirait avec une telle population que dans la mesure où cette onde présenterait une composante polarisée selon la direction principale d'amplification de cette population. La direction principale d'amplification de la première population est celle de la polarisation de l'onde porteuse. Celle de la seconde population est orthogonale à cette polarisation. Il résulte du phénomène d'amplification que cette première population est fortement désexcitée, ce qui limite le gain appliqué à l'onde porteuse et donc au signal. La partie du bruit dont la polarisation est orthogonale à celle de l'onde porteuse est amplifiée avec un gain plus élevé par la seconde population du moins tant que sa puissance reste inférieure à celle de tonde porteuse, éventuellement combinée avec la fraction du bruit qui présente la même polarisation que cette onde. Un gain différentiel apparaît ainsi. Il provoque, tout au long d'une ligne comportant une succession de tels amplificateurs, une diminution progressive et dommageable du rapport signal sur bruit. C'est pourquoi il a été proposé d'utiliser un brouilleur de polarisation pour moduler la polarisation de l'onde porteuse de manière que, dans chaque amplificateur, le signal soit amplifié aussi bien par la première que par la seconde des deux populations de centres actifs mentionnées ci-dessus. Un tel brouilleur est connu par un article "Observation of new polarisation dependence effect in long haul optically amplified system" M.G. Taylor. OFC/IOOC'93 Post deadline paper, PD5, pp 25-28. Ce brouilleur connu utilise un modulateur acousto-optique et fonctionne à une fréquence de 85 MHz. Sa mise en oeuvre est délicate. La présente invention a notamment pour but de permettre la mise en oeuvre simple d'un brouilleur de polarisation efficace. Dans ce but elle a pour objet un système de communication optique dans lequel un brouilleur de polarisation comporte un rotateur à effet Faraday alimenté par un courant d'excitation à variation récurrente. La fonction de ce rotateur est d'imposer un balayage angulaire à la polarisation d'une onde porteuse, ce balayage étant tel que le degré de polarisation de cette onde soit sensiblement diminué sur la période de récurrence. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un système de communication optique à brouillage de polarisation selon la présente invention. La figure 2 représente une vue du brouilleur de polarisation du système de la figure 1. Conformément à la figure 1 le système de communication donné en exemple comporte divers éléments connus en euxmêmes. Il s'agit d'abord d'un ensemble d'émission 2. Cet ensemble reçoit un signal à transmetttre S. Il émet en réponse une onde modulée primaire WM de nature optique portant ce signal sous la forme d'une modulation d'un paramètre de cette onde. Ce paramètre sera appelé ci-après "paramètre porteur". Il est typiquement constitué par l'amplitude, la fréquence ou la phase de l'onde WM. L'ensemble d'émission 2 comporte par exemple un émetteur laser à semi-conducteur à fréquence fixe 4 injectant une onde porteuse WP à une longueur d'onde de 1550 nm dans une fibre optique 8. Cette dernière est de préférence une fibre optique à maintien de polarisation. Un modulateur d'amplitude 6 est raccordé à cet émetteur par la fibre optique 8. I1 est commandé par un circuit électrique de commande 10 recevant le signal S. Le paramètre porteur est dans cet exemple l'amplitude de l'onde fournie en sortie du modulateur d'amplitude 6. L'onde modulée WM présente une polarisation rectiligne sensiblement constante qui lui a été conférée par l'émetteur 4. Le système comporte ensuite de manière connue une voie optique présentant une entrée 14 et incluant à la fois un brouilleur de polarisation 22, qui sera décrit plus loin, et une ligne de transmission 12. Cette ligne reçoit une onde d'entrée de ligne WE de nature optique qui est formée par le brouilleur 22 à partir de l'onde WM. Elle présente une sortie 16 qui constitue en même temps une sortie de la voie optique et qui restitue en réponse une onde de sortie de ligne WS portant ce signal. Elle est typiquement constituée de fibres optiques telles que 18. De manière générale la présente invention trouve avantageusement application lorsque certains organes inclus dans cette ligne sont sensibles à un degré de polarisation des ondes qu'ils transmettent, ces organes ayant des temps caractéristiques et faisant apparaître un inconvénient qui résulte de cette sensibilité d'une manière dépendant de ces temps caractéristiques. Plus précisément la sensibilité d'un tel organe est telle que, si l'onde d'entrée de ligne avait un degré de polarisation non nul sur un laps de temps voisin ou supérieur au temps caractéristique de cet organe, ce degré de polarisation entraînerait un inconvénient dont l'importance croitrait avec ce degré. Cet inconvénient affecte typiquement le rapport signal sur bruit de l'onde optique de sortie de ligne. Plus particulièrement la ligne 12 présente par exemple une longueur de plusieurs milliers de kilomètres. Elle comporte alors typiquement des amplificateurs tels que 20 répartis sur sa longueur et constitués de fibres optiques dopées avec des ions erbium pompés optiquement. Ces amplificateurs constituent alors, tant par émission spontanée de bruit que par amplification d'un bruit préexistant, des générateurs de bruit pouvant faire apparaître un gain diffèrentiel conformément au phénomène précédemment décrit. Ils font ainsi apparaître un inconvénient constitué par une diminution induite du rapport signal sur bruit de l'onde de sortie de ligne. Ils constituent donc des organes sensibles au degré de polarisation tels que précédemment mentionnés. Leur temps caractéristique est sensiblement le temps de saturation de leur gain. Le brouilleur de polarisation 22 est prévu pour éviter ou limiter ce gain différentiel. Il reçoit en entrée l'onde modulée primaire WM. Il restitue en sortie l'onde WE tout en modifiant la polarisation de l'onde qui le traverse. Cette modification est faite à une fréquence de brouillage dont l'inverse constitue une période de brouillage. Cette période est choisie inférieure audit temps caractéristique pour diminuer le degré de polarisation de cette onde sur cette période. Elle impose ainsi au moins une limitation à la diminution induite du rappport signal sur bruit de l'onde de sortie de ligne. Enfin un récepteur 24 reçoit l'onde de sortie de ligne WS pour restituer le signal S. Conformément à la présente invention et à la figure 2, le brouilleur de polarisation comporte un rotateur à effet Faraday 27. Ce dernier comporte lui-même les deux éléments suivants - Un élément rotateur 26. Cet élément reçoit l'onde modulée primaire WM par une fibre optique 28 qui est de préférence d'un type à maintien de polarisation. Il en restitue la lumière sous la forme de 1'onde d'entrée de ligne WE reçue par une autre fibre optique 32. L'onde se propage dans cet élément selon un axe de propagation de lumière 30. Cet élément est constitué d'un matériau choisi en fonction de l'effet Faraday qu'il peut provoquer. Il a de préférence une forte constante de Verdet. C'est par exemple un cristal tel qu'un grenat d'ytrium et d'indium YIG. - Un électroaimant 34. Cet électroaimant est prévu pour recevoir un courant d'excitation et pour créer en réponse un champ magnétique englobant l'élément rotateur 26. Ce champ doit avoir au moins une composante selon l'axe de propagation de lumière 30. Il est de préférence dirigé selon cet axe. Il en résulte que l'élément rotateur fait tourner la polarisation de l'onde autour de l'axe de propagation de la lumière. L'angle de cette rotation constitue un angle de rotation Faraday. Il croit avec l'intensité du courant d'excitation. Le brouilleur de polarisation comporte en outre une source d'excitation 36 pour fournir ce courant d'excitation. Cette source fait varier l'intensité de ce courant de manière sensiblement périodique avec une fréquence constituant ladite fréquence de brouillage. Cette fréquence de brouillage doit être au moins voisine et de préférence supérieure à l'inverse du temps de saturation des amplificateurs. Elle est typiquement choisie supérieure à 100 Hz. L'amplitude de la variation périodique de l'intensité du courant d'excitation est choisie pour imposer à l'angle de rotation Faraday, au cours de chaque période de brouillage, une variation constituant une amplitude de balayage angulaire de polarisation. Cette amplitude est choisie suffisante pour assurer la limitation souhaitée ou l'annulation du degré de polarisation de l'onde d'entrée de ligne WE. Elle assure ainsi la limitation ou la suppression de la diminution induite du rapport signal sur bruit. Elle est typiquement comprise entre 160 et 200 degrés. La loi de variation de cette intensité est avantageusement choisie triangulaire pour imposer une vitesse de balayage angulaire sensiblement constante. REVENDICATIONS 1) Système de communication optique à brouillage de polarisation, ce système étant caractérisé par le fait que son brouilleur de polarisation (22) comporte un rotateur à effet Faraday (27) pour imposer un balayage angulaire récurrent à la polarisation d'une onde optique (WE) portant un signal à transmettre (S). 2) Système de communication optique à brouillage de polarisation, ce système comportant - un ensemble d'émission (2) recevant un signal à transmetttre (S) et émettant en réponse une onde optique constituant une onde modulée primaire (WM) et portant ce signal sous la forme d'une modulation d'un paramètre de cette onde de sorte que ce paramètre constitue un paramètre porteur, cette onde modulée primaire (WM) présentant une polarisation, - une voie optique (22, 12) présentant une entrée (14) recevant ladite onde modulée primaire (WM), cette voie présentant aussi une sortie (16) restituant en réponse une onde de sortie (WS) portant ledit signal, au moins un organe (20) inclus en série dans cette voie étant sensible à un degré de polarisation d'une onde qu'il reçoit et qui constitue une onde d'entrée de cet organe, cet organe ayant un temps caractéristique et pouvant faire apparaître un inconvénient dont l'importance croît avec un degré de polarisation présenté par cette onde d'entrée d'organe sensible sur une période de durée égale à ce temps caractéristique, - un brouilleur de polarisation (22) inclus en série sur cette voie en amont dudit organe sensible, ce brouilleur faisant varier la polarisation de l'onde qui le traverse de manière à faire varier aussi la polarisation de ladite onde d'entrée d'organe sensible, cette variation étant réalisée au cours dudit temps caractéristique pour au moins limiter ledit inconvénient, - et un récepteur (24) recevant ladite onde de sortie (WS) pour restituer ledit signal (S), ce système étant caractérisé par le fait que ledit brouilleur de polarisation comporte un rotateur à effet Faraday (27) comportant lui-même - un élément rotateur (26) inclus en série dans ladite voie et traversé par la lumière selon un axe de propagation de lumière (30), - un électroaimant (34) pour recevoir un courant d'excitation et pour créer en réponse un champ magnétique englobant cet élément rotateur et présentant au moins une composante selon ledit axe de propagation de lumière (30), de manière que ce champ provoque dans cet élément rotateur un effet Faraday entraînant une rotation de la polarisation de la lumière traversant cet élément rotateur, cette rotation étant effectuée autour dudit axe de propagation et son angle constituant un angle de rotation Faraday et croissant avec l'intensité dudit courant d'excitation, - et une source d'excitation (36) fournissant ledit courant d'excitation et faisant varier l'intensité de ce courant d'une manière récurrente propre à imposer un balayage angulaire à ladite polarisation, cette variation étant réalisée avec des temps de récurrence non sensiblement supérieurs audit temps caractéristique et avec une amplitude propre à imposer audit angle de rotation Faraday, au cours de chaque temps de récurrence, une variation constituant une amplitude de balayage angulaire de polarisation et suffisante pour au moins limiter ledit inconvénient. 3) Système selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite amplitude de balayage angulaire de polarisation est comprise entre 160 et 200 degrés. 4) Système selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite voie optique (22, 12) comporte une ligne de transmission à fibres optiques (12) incluant une succession d'amplificateurs à fibres optiques (20) ayant des temps de saturation respectifs, chacun de ces amplificateurs constituant un dit organe sensible, ledit temps caractéristique de cet organe étant le temps de saturation de cet amplificateur, ledit brouilleur de polarisation (22) étant disposé en entrée de cette voie pour recevoir une dite onde modulée primaire (WM) polarisée rectilignement et pour la transformer en une onde d'entrée de ligne (WE) portant ledit signal à transmettre et présentant une polarisation rectiligne selon une direction subissant ledit balayage angulaire. 5) Système selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ladite source d'excitation (36) est une source de courant périodique dont la fréquence constitue une fréquence de brouillage et est supérieure à 100 Hz.