Brevet FR2714189A1 — publié le 19950623

La présente invention concerne un amplificateur à fibres optiques et, plus particulièrement, un amplificateur à fibres optiques qui amplifie directement des signaux optiques à l'aide d'une fibre optique dopée au moyen d'erbium (que l'on appellera ci-après fibre optique) par l'intermédiaire de laquelle une lumière de pompage est fournie. Les amplificateurs à fibres optiques construits à partir de fibres optiques introduisent une lumière de pompage, venant de sources d'énergie extemrnes, dans les fibres optiques et amplifient directement le signal lumineux sous l'effet de l'émission stimulée de l'erbium dans les fibres optiques. Ces amplificateurs à fibres optiques sont utilisés dans des répéteurs optiques, des récepteurs optiques et d'autres équipements de communications optiques. Dans les équipements de communications optiques, en particulier pour les répéteurs optiques destinés à des câbles sous-marins, on utilise un équipement double (ou redondant) dans le système source de lumière de pompage, car une panne générale du système source de lumière de pompage nécessiterait d'investir énormément de temps et beaucoup d'argent dans la réparation. Pour les communications bidirectionnelles, ceci demande de prévoir quatre sources de lumière de pompage, deux pour chaque sens de transmission, dans chaque répéteur optique. Par ailleurs, on connaît un système amplificateur optique qui réalise une configuration redondante pour les lignes de transmission dans les deux sens à l'aide de deux sources de lumière de pompage en tout. Dans ce système connu, l'énergie lumineuse provenant des deux sources de lumière de pompage est appliquée à un coupleur optique qui combine la lumière, puis la sépare en deux faisceaux de sortie qui sont ensuite respectivement appliqués à des fibres optiques, l'une pour le sens de transmission avant et l'autre pour le sens de transmission arrière. En cas de panne ou d'arrêt de l'une ou l'autre des sources de lumière de pompage, l'énergie lumineuse provenant de la source de lumière de pompage restante est fournie aux deux lignes de transmission avant et arrière. Les deux sources de lumière de pompage utilisées ont des longueurs d'ondes lumineuses de sortie nominalement identiques. Dans un tel système, lorsque la longueur d'onde de l'énergie lumineuse provenant de l'une des sources de lumière de pompage présente une séparation suffisante par rapport à celle de l'énergie lumineuse venant de l'autre source de lumière de pompage, les niveaux des deux sources sont stables. Toutefois, si les deux longueurs d'onde sont très proches l'une de l'autre, ou bien si elles deviennent très proches l'une de l'autre en raison de changements de températures, les longueurs d'onde des deux sources deviennent égales du fait de la lumière réfléchie dans les sources de lumière. Si ceci se produit, les deux faisceaux de pompage interfèrent et, de ce fait, les niveaux des deux faisceaux de sortie du coupleur optique fluctuent en opposition de phase l'un avec l'autre. Dans ce cas, si le niveau d'un faisceau de sortie reste petit pendant un certain temps, il se produit un problème en ce sens que le signal optique qui est supposé être amplifié par ce faisceaux ne peut pas l'être. Par conséquent, dans un amplificateur à fibres optiques qui amplifie des signaux optiques en introduisant d'abord des faisccaux de sortie provenant d'une pluralité de sources de lumière de pompage dans un coupleur optique afin de les séparer en deux faisceaux, puis en fournissant les faisceaux ainsi séparés aux fibres optiques de sens avant et arrière, c'est un but de la présente invention d'empêcher que les faisceaux de pompage séparés dans le coupleur n'interfèrent entre eux. Selon la présente invention, il est proposé un amplificateur à fibres optiques comprenant: une pluralité de sources de lumière de pompage; un combineur/séparateur servant à combiner les faisceaux de sortie de la pluralité de sources de lumière de pompage et à séparer les faisceaux combinés en une pluralité de faisceaux de pompage; une pluralité de fibres optiques qui sont pompées par les faisceaux de pompage respectifs délivrés par le combineur/séparateur; et un dispositif de commande servant à séquentiellement valider les sources de lumière de pompage. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un amplificateur à fibres optiques selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un amplificateur à fibres optiques selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est un schéma fonctionnel d'un amplificateur à fibres optiques selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et la figure 4 est un schéma fonctionnel d'un amplificateur à fibres optiques selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, est représenté un amplificateur à fibres optiques selon un premier mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, le numéro 11 désigne une fibre optique dopée au moyen d'erbium associée à la transmission dans le sens avant, et 12 une fibre optique dopée au moyen d'erbium associée à la transmission dans le sens arrière. Les numéros 13 et 14 désignent chacun un combineur qui combine un signal optique se présentant suivant le sens avant ou arrière avec le faisceau de pompage et fournit la lumière combinée à la fibre optique 11 ou 12. En 15, est indiqué un coupleur (un coupleur à 3 dB) qui sépare le faisceau de pompage et envoit les faisceaux séparés dans les combineurs 13 et 14 respectifs. Les numéros 16 et 17 désignent chacun une diode laser (ILD) dont le faisceau de sortie est envoyé dans le coupleur 15, et les numéros 18 et 19 désignent des dispositifs d'excitation (DRV) servant à exciter respectivement les diodes laser 16 et 17. Les dispositifs d'excitation 18 et 19 contrôlent les niveaux lumineux de sortie des diodes laser respectives 16 et 17 et effectuent une commande automatique de puissance (APC) qui commande les courant fournis aux diodes laser 16 et 17 de façon que leurs niveaux de sortie soient constants. En plus d'effectuer cette opération de commande, ou bien à la place de celle-ci, il est possible de contrôler les faisceaux signaux de sortie venant des fibres optiques 11 et 12 afin d'ajuster le faisceau de sortie sur un niveau constant. La diode laser 16 associée au dispositif d'excitation 18 et la diode laser 17 associée au dispositif d'excitation 19 constituent respectivement les sources de lumière de pompage. Les diodes laser 16 et 17 commandées par les dispositifs d'excitation 18 et 19 respectifs délivrent la lumière de pompage. Le coupleur 15 combine les faisceaux de sortie venant des diodes laser 16 et 17, sépare la lumière combinée en faisceaux de niveau égal, et fournit les faisccaux séparés aux fibres optiques 1l1 et 12 via les combineurs 13 et 14respectifs, de sorte qu'il y a amplification du signal optique par émission stimulée. Si la diode laser 16, par exemple, tombe en panne ou que son signal de sortie se dégrade en deçà d'un niveau tolérable, l'autre diode laser 17 peut toujours fournir la lumière d'excitation de niveau égal (même si le niveau a été réduit) aux combineurs 13 et 14 via le coupleur 15; ainsi, la panne est compensée par la configuration redondante du système source de lumière de pompage à diodes laser. Dans le premier mode de réalisation de l'invention, un générateur 20 de signaux d'horloge est prévu, qui fournit ses signaux de sortie aux dispositifs d'excitation 18 et 19. Le générateur de signaux d'horloge 20 applique aux dispositifs d'excitation 18 et 19 des signaux d'horloge qui sont en opposition de phase l'un avec l'autre. De ce fait, les faisceaux de sortie de pompage venant des diodes laser 16 et 17 qui sont excitées par les dispositifs d'excitation 18 et 19 recevant ces signaux d'horloge en opposition de phase sont également en opposition de phase l'un avec l'autre, c'est-à-dire qu'une des sorties est activée tandis que l'autre ne l'est pas, comme représenté sur la figure 1. Par conséquent, même lorsque les longueurs d'onde des faisceaux de sortie venant des diodes laser 16 et 17 sont proches l'une de l'autre, aucune interférence n'a lieu dans le coupleur 15, et, pendant la période active de l'impulsion lumineuse venant d'une diode laser, la lumière de pompage venant de cette diode laser est seule séparée, par le coupleur 15, en deux faisceaux de pompage qui sont fournis aux combineurs 13 et 14. Dans le mode de réalisation ci-dessus présenté, qui est représenté sur la figure 1, si l'une ou l'autre des deux diodes laser 16 et 17 se dégrade, un faisceau de lumière de pompage dégradé est fourni au coupleur 15 sous forme d'impulsions et est de plus séparé en deux faisceaux de pompage destinés à être fournis aux combineurs 13 et 14; puisque le niveau moyen chute, le degré d'amplification diminue également dans les fibres optiques 11 et 12. Pour faire face à ce problème, le deuxième mode de réalisation de l'invention, présenté sur la figure 2, propose une configuration qui compense la dégradation de niveau dans le cas d'une panne de l'une ou l'autre des diodes laser. Plus spécialement, le deuxième mode de réalisation comporte en outre: un détecteur de dégradation 21 permettant de détecter la dégradation des diodes laser 16 et 17 par un contrôle constant des états des dispositifs d'excitation 18 et 20 qui font partie des sources de lumière de pompage respec- tives; et un dispositif de commande 22 servant à commander les dispositifs d'excitation 18 et 19 en fonction d'un signal de sortie venant du détecteur de dégradation 21. On peut détecter la dégradation des diodes laser 16 et 17 par exemple en contrôlant la tension de polarisation appliquée pour élever le niveau de sortie de la diode laser 16 ou 17 lorsque son niveau de sortie n'augmente pas dans l'opération de commande automatique de puissance (APC) précédemment décrite qui est effectuée par les dispositifs d'excitation 18 et 19. Dans le fonctionnement du deuxième mode de réalisation, lorsqu'il n'y a pas de défaillances, et que le système fonctionne normalement, le détecteur de dégradation 21 ne détecte aucune dégradation, et, puisque le dispositif de commande 22 fait fonctionner le générateur de signaux d'horloge 20 en fonction du signal de sortie du détecteur de dégradation 21, le deuxième mode de réalisation fonctionne exactement de la même manière que le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1. Inversement, si l'une ou l'autre des sources de lumière de pompage se dégrade, par exemple si la diode laser 16 faisant partie de l'une des sources de lumière de pompage se dégrade, alors le dispositif d'excitation 18 tente d'accroître le niveau de sortie du laser; ainsi, en contrôlant l'état du dispositif d'excitation 18 à chaque instant, le détecteur de dégradation 21 peut détecter la dégradation de la diode laser 16. Une fois la détection faite, le détecteur de dégradation 21 délivre un signal de deux bits afin d'indiquer au dispositif de commande 22 la défaillance de la source de lumière de pompage associée à la diode laser 16. En réponse à ce signal, le dispositif de commande 22 coupe le générateur de signaux d'horloge 20 afin d'arrêter son fonctionnement, et, dans le mime temps, commande le dispositif d'excitation 19 se trouvant dans la source de lumière de pompage qui fonctionne normalement de facçon qu'une lumière continue soit émise par la diode laser 17. Puisque la lumière de pompage continue est fournie au coupleur 15, les deux faisceaux de pompage envoyés dans les combineurs 13 et 14 respectifs sont des faisceaux de pompage continus et non des faisceaux pulsés. Dans le mode de réalisation ci-dessus présenté, les dispositifs d'excitation sont commandés à l'aide d'un signal d'horloge et le faisceaux lumineux de sortie de chaque diode laser est commandé sous forme pulsée. Dans le troisième mode de réalisation représenté sur la figure 3, ce signal d'horloge est remplacé par des obturateurs optiques. Comme représenté sur la figure 3, deux obturateurs optiques 23 et 24 sont placés entre le coupleur 15 et les diodes laser 16 et 17, et ces obturateurs 23 et 24 sont commutés en fonctionnement et hors fonctionnement par un dispositif de commande 25. Dans le fonctionnement de ce mode de réalisation, le dispositif de commande 25 effectue la commande de façon que les deux obturateurs optiques s'ouvrent et se ferment tour à tour, c'est-à-dire que, lorsque l'obturateur optique 23 est ouvert, l'autre obturateur optique, 24, est fermé, et, lorsque l'obturateur 24 est ouvert, l'obturateur 23 est fermé. Les diodes laser 16 et 17, qui font partie des sources de lumière de pompage respectives, sont excitées par les dispositifs d'excitation respectifs 18 et 19 et délivrent de facçon constante des faisceaux continus; puisque ces faisceaux sont arrêtés ou non, en opposition de phase l'un avec l'autre, par les obturateurs optiques 23 et 24 respectifs, deux faisceaux de pompage sont alternativement envoyés par le coupleur 15 aux combineurs 13 et 14, exactement comme dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1. Comme dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, dans le troisième mode de réalisation également, il est nécessaire de compenser la chute de niveau dans le cas o l'une ou l'autre des diodes laser 16 et 17 se dégrade. Pour réaliser cela, dans le quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 4, on place le détecteur de dégradation 21 entre un dispositif de commande 26 et les dispositifs d'excitation 18 et 19 faisant partie des sources de lumière de pompage respectives. Avec cette configuration, si la diode laser 17, par exemple, se dégrade, l'état dégradé est détecté par le détecteur de dégradation 21 via le dispositif d'excitation 19, comme dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2, et le détecteur de dégradation 21 détermine que le faisceau lumineux de pompage associé à la diode laser 17 est dégradé, et il le notifie au dispositif de commande 26. Ensuite, le dispositif de commande 26 commande l'obturateur optique 23 associé au faisceau de lumière de pompage à fonctionnement normal et maintient ouvert l'obturateur optique 23, tandis qu'il maintient les opérations d'ouverture et de fermeture de l'autre obturateur optique 24. De ce fait, un faisceau de sortie continu venant de la diode laser 16 est envoyé via l'obturateur 23 dans le coupleur 15 o il est combiné avec le faisceau pulsé fourni via l'obturateur optique 24 à partir de la diode laser dégradée 17, le faisceau de pompage continu résultant étant ensuite envoyé aux combineurs 13 et 14 respectifs. Ainsi, si l'un des faisceaux de lumière de pompage se dégrade, des faisceaux de pompage continus sont produits en permanence si bien qu'aucun effet nuisible n'agit sur le degré d'amplification du signal lumineux dans les fibres optiques 11 et 12. Dans le quatrième mode de réalisation, si une défaillance survient dans l'une ou l'autre des diodes laser, le dispositif de commande 25 doit simplement appliquer une commande pour qu'au moins l'obturateur optique associé au faisceau lumineux fonctionnant normalement soit maintenu ouvert; en d'autres termes, les deux obturateurs optiques 23 et 24 peuvent être maintenus ouverts, ou bien, selon une autre possibilité, I'obturateur optique associé à la source lumineuse dégradée peut être maintenu fermé. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'amplificateur à fibres optiques dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortent pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à fibres optiques, caractérisé en ce qu'il comprend: une pluralité de sources de lumière de pompage (16, 18; 17, 19); un combineur/séparateur (13, 15; 14, 15) servant à combiner les faisceaux de sortie venant de la pluralité de sources de lumière de pompage et à séparer le faisceau combiné en une pluralité de faisceaux de pompage; une pluralité de fibres optiques (11, 12) qui sont pompées par les faisceaux de pompage respectifs provenant du combineur/séparateur; et un dispositif de commande (20; 20, 21; 25, 23, 24; 26, 21, 23, 24) servant à valider séquentiellement la pluralité de sources de lumière de pompage. 2. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources de lumière de pompage comportent chacune un générateur de lumière (16; 17) et un dispositif d'excitation (18, 19) servant à exciter le générateur de lumière, et en ce que le dispositif de commande (20) active séquentiellement les dispositifs d'excitation (18, 19). 3. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pluralité de sources de lumière de pompage comprend deux sources de lumière de pompage, qui comportent deux dispositifs d'excitation respectifs (18, 19), et le dispositif de commande comporte un générateur de signaux d'horloge (20) servant à produire deux signaux d'horloge, qui sont en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, afin d'activer en alternance les deux dispositifs d'excitation (18, 19). 4. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pluralité de fibres optiques comporte deux fibres optiques (11, 12) dopées au moyen d'erbium qui offrent des trajets de transmission optique bidirectionnels, et en ce que le combineur/séparateur comporte un coupleur optique qui combine (13; 14) deux faisceaux d'entrée et sépare (15) le faisceau combiné en deux faisceaux de sortie. 5. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il comporte en outre un moyen (21) de détection de défaillance servant à détecter une défaillance dans les sources de lumière de pompage, o, lorsque le moyen de détection de défaillance détecte une défaillance, le dispositif de commande (20, 22) valide de façon continue la source de lumière de pompage pour laquelle aucune défaillance n'a été détectée. 6. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 5, caractérisé en ce que les sources de lumière de pompage comportent chacune un générateur de lumière (16; 17) et un dispositif d'excitation (18; 19) servant à exciter le générateur de lumière, et, lorsque qu'aucune défaillance n'est détectée par le moyen de détection de défaillance, le dispositif de commande (20, 22) active séq&uentiel- lement les dispositifs d'excitation (18, 19) et, lorsqu'une défaillance est détectée, il active de façon continue le dispositif d'excitation se trouvant dans la source de lumière de pompage pour laquelle aucune défaillance n'a été détectée. 7. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pluralité de sources de lumière de pompage comprend deux sources de lumière de pompage qui comportent deux dispositifs d'excitation (18, 19) respectifs, et le dispositif de commande (20) comporte un générateur de signaux d'horloge servant à produire deux signaux d'horloge, en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, afin d'activer les deux dispositifs d'excitation (18, 19) en alternance lorsqu'aucune défaillance n'est détectée par le moyen de détection de défaillance. 8. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pluralité de fibres optiques comprend deux fibres optiques dopées au moyen d'erbium (11, 12) qui offrent des trajets de transmission optique bidirectionnels, et en ce que le combineur/séparateur comporte un coupleur optique qui combine (13; 14) deux faisceaux d'entr6e et sépare (15) le faisceau combiné en deux faisceaux de sortie. 9. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande (25, 23, 24; 26, 21, 23, 24) comporte une pluralité d'obturateurs optiques (23, 24) servant à arrêter les faisceaux de sortie venant des sources de lumière de pompage autres que celui qui est sélectionné d'entre la pluralité de sources de lumière de pompage. 10. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pluralité de sources de lumière de pompage comprend deux sources de lumière de pompage, et les obturateurs optiques arrêtent en alternance les faisceaux de sortie venant des deux sources de lumière de pompage. 11. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la pluralité de fibres optiques comprend deux fibres optiques dopées au moyen d'erbium qui offrent des trajets de transmission optique bidirectionnels, et en ce que le combineur/séparateur comporte un coupleur optique qui combine deux faisceaux d'entrée et sépare le faisceau combiné en deux faisceaux de sortie. 12. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande (26, 21, 23, 24) comporte plusieurs obturateurs optiques (23, 24) qui, lorsqu'aucune défaillance n'est détectée par le moyen (21) de détection de défaillance, arrête les faisceaux de sortie venant de sources de lumière de pompage autres que celle sélectionnée parmi la pluralité de sources de lumière de pompage, et, lorsqu'une défaillance est détectée, transmet de façon continue les faisceaux de sortie venant la source de lumière de pompage pour laquelle aucune défaillance n'a été détectée. 13. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 12, caracté- risé en ce que la pluralité de sources de lumière de pompage comprend deux sources de lumière de pompage, et, lorsqu'aucune défaillance n'est détectée par le moyen de détection de défaillance, les obturateurs optiques arrêtent en alternance les faisceaux de sortie venant des deux sources de lumière de pompage. 14. Amplificateur à fibres optiques selon la revendication 13, caracté- risé en ce que la pluralité de fibres optiques comprend deux fibres optiques dopées au moyen d'erbium qui offrent des trajets de transmission optique bidirectionnels, et en ce que le combineur/séparateur comporte un coupleur optiquc qui combine deux faisceaux d'entrée et sépare le faisceau combiné en deux faisceaux de sortie.