Brevet FR2725528A1 — publié le 19960412

LIGNE A RETARD OPTIQUE SELECTIF EN LONGUEUR D'ONDE L'invention concerne le domaine de systèmes de transmission optiques d'informations sur des structures guidantes telles les fibres optiques, et plus précisément,5 les systèmes utilisant plusieurs longueurs d'onde qui sont transmises simultanément sur la même structure guidante, tels les systèmes à multiplexage en longueur d'onde. L'invention concerne une ligne à retard sélective en longueur d'onde, c'est-à-dire un dispositif destiné à introduire un retard voulu pour un signal optique ayant une longueur d'onde donnée XB, sans introduire de perturbations pour les autres longueurs d'onde pouvant se trouver simultanément sur la même structure guidante. Pour illustrer le problème résolu par le dispositif de l'invention, considérons l'exemple d'un système de transmission optique par paquets asynchrones multicanaux multiplexés en longueur d'onde, connu de l'homme de l'art par les acronymes anglophones WDM pour wavelengthdivision multiplexing, et ATM pour asynchronous transfer mode. Dans un tel système WDM, le routage des signaux photoniques sera fait en fonction de la longueur d'onde des signaux; à chaque destinataire est attribué une longueur d'onde et tout signal ayant cette destination sera modulé à la longueur d'onde correspondante.z5 De cette manière, les différents signaux ayant différents destinataires et donc différentes longueurs d'ondes peuvent circuler simultanément sur une seule et unique structure guidante sans se perturber mutuellement. Néanmoins, pour certaines applications qui peuvent requérir le traitement séquentiel des informations mêmes si elles sont acheminées simultanément jusqu'au dispositif de traitement, il peut être souhaitable d'établir ou de modifier l'ordre temporel de l'arrivée des paquets ayant différentes longueurs d'onde. 2 2725528 Pour ce faire, il faut pouvoir introduire un délai sur un ou plusieurs signaux, tandis que les autres signaux continuent à se propager sans retard. Dans le cas le plus général, on souhaite disposer des moyens permettant d'introduire un retard d'une valeur arbitraire pour chaque longueur d'onde et pour chaque signal, de manière à les agencer librement en fonction de l'ordre temporel souhaité pour l'application envisagée. Autrement dit, le problème peut être formulé de la façon suivante: réaliser un "brasseur" temporel pour systèmes à multiplexage temporel optique de paquets de données, par exemple pour le routage tout-optique des cellules ATM dans un réseau à haut débit. Dans l'art antérieur, la solution d'un tel problème demande la conversion des signaux photoniques en signaux électroniques, le traitement électronique des signaux, ainsi que leur reconversion en signaux optiques après traitement. Une telle solution est onéreuse et d'une complexité prohibitive. zo L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur et propose un système de traitement optique des signaux optiques multiplexés en longueur d'onde afin d'effectuer leur brassage temporel. A ces fins, l'invention propose une ligne à retard sélective en longueur d'onde, comprenant des moyens pour retarder la propagation d'un signal optique se propageant dans une structure guidante G, par l'augmentation de la longueur du chemin optique parcouru par ledit signal, et comprenant en outre des moyens d'insertion et d'extraction d'un signal optique d'une longueur d'onde donnée XB, à des fins de multiplexage en longueurs d'onde, ladite ligne à retard ayant la topologie d'une boucle optique g d'une longueur donnée qui impose un retard fixe t pour un signal optique qui doit parcourir ladite boucle g, lesdits moyens35 d'insertion et d'extraction pour le multiplexage en longueurs d'onde étant connectés à ladite boucle optique g 3 2725528 de manière à effectuer l'extraction dudit signal optique à ladite longueur d'onde XB de ladite structure guidante G, le routage dudit signal optique dans ladite boucle optique g, et la réinsertion dudit signal optique dans ladite structure5 guidante G après ledit retard fixe T. Selon une réalisation préférée, lesdits moyens d'insertion et d'extraction d'un signal optique d'une longueur d'onde donnée XB comprennent un coupleur optique C et un réseau de Bragg B. Selon une variante, ledit réseau 1C de Bragg B est disposé dans la région de couplage dudit coupleur optique C. Selon une réalisation préférée, ledit retard fixe T est caractéristique de la durée du motif ou du paquet destiné a être multiplexé. Selon une variante, plusieurs boucles sont agencées de manière à introduire plusieurs retards différents pour plusieurs longueurs d'onde Xi différentes. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits retards différents sont des durées jt, j entier pour des longueurs d'onde Xj différentes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit de quelques exemples de réalisations, avec ses figures annexées, dont: - la figure 1 montre schématiquement les différents éléments nécessaires pour la mise en oeuvre de l'invention afin d'illustrer les principes de son fonctionnement; - la figure 2 montre schématiquement une boucle elémentaire et parametrée, d'une ligne à retard sélective en longueur d'onde, qui servira de bloc modulaire pour l'illustration d'une application de l'invention;- la figure 3 montre schématiquement un exemple de la mise en oeuvre de l'invention dans une application de brassage temporel de paquets multiplexés en longueurs d'onde.35 Les figures montrent des exemples non-limitatifs de réalisations de l'invention afin d'illustrer ses principes 4 2725528 et sa mise en oeuvre. Sur toutes les figures, les mêmes repères se réfèrent aux mêmes éléments. La figure 1 montre schématiquement les éléments nécessaires à la réalisation de l'invention et en illustre son principe de fonctionnement. Les signaux multiplexés en longueur d'onde se propagent dans la structure guidante G qui comprend une partie entrée GE et une partie sortie GS. Ces signaux peuvent être générés de multiples façons; sur la figure 1 on représente une pluralité n de sources accordées à des longueurs d'ondes différentes Xl,...XB,...Xnt chaque longueur d'onde étant porteuse d'un canal de transmission différent K1, .KB,...Kn; tous ces canaux étant multiplexés et présents simultanément sur la structure guidante G, qui15 est par exemple une fibre optique ou un guide optique...DTD: On imagine un exemple de transmission par paquets d'informations de durée. Une cellule standard ATM est composée de 53 octets. Sa durée, pour un débit binaire de à Gbit/s est égale a T = 42,4ns, ce qui est équivalent à ct une longueur de fibre L = n = 8,77 m. Donc une boucle de 8,77 m introduit un délai T égal à un paquet ATM. Ces paquets peuvent être présents simultanément ou non; cela dépend du volume d'informations multiplexées qui sont véhiculées à un moment donné. On représente la transmission multiplexée en longueur d'onde par l'ensemble des longueurs d'onde. A un moment donné sur la structure guidante G, on trouve tous les signaux à toutes les longueurs d'onde: w J'L = (Il 'Ait)+,L J=i i La structure guidante GE achemine tous ces signaux vers un coupleur optique C sélectif en longueur d'onde. Un tel coupleur comporte quatre accès numérotés 1, 2, 3, 4 sur la figure. L'accès 1 constitue l'entrée du coupleur C, et les signaux multiplexés en longueur d'onde Z/i sont i 2725528 acheminés par la structure guidante GE vers l'accès d'entrée 1 du coupleur sélectif. Le coupleur optique sélectif en longueur d'onde est un composant optique qui n'est pas encore disponible commercialement. Aussi, nous décrivons brièvement ci-après son principe de fonctionnement ainsi que le procédé d'une réalisation possible. Cette réalisation n'est qu'un exemple nonlimitatif qui permet la réalisation de la présente10 invention. Tout autre réalisation d'un coupleur optique sélectif en longueur d'onde peut être utilisée sans sortir pour autant du cadre de l'invention. L'exemple de réalisation d'un coupleur optique sélectif en longueur d'onde donné ci-après est décrit plus en détail dans une autre demande de brevet français assignée au même titulaire et déposée le meme jour que la présente demande sous le numéro 94 XXX le 11.10.94; le lecteur est invité à s'y référer pour plus de détails si nécessaire. Un tel coupleur optique sélectif en longueur d'onde peut être réalisé par exemple en utilisant des composants optiques disponibles dans le commerce, par l'inscription de deux réseaux de Bragg équivalents chacun dans l'un des bras d'un interféromètre de Mach-Zendher, qui agit alors comme un interféromètre de Michelson pour la bande spectrale réfléchie par le réseau de Bragg B, et comme un interféromètre de Mach-Zendher en dehors de cette bande autour de la longueur d'onde du réseau Bragg kB. Une réalisation plus élégante d'un coupleur sélectif en longueur d'onde est caractérisée par l'inscription d'un réseau de Bragg qui est réfléchissant pour la longueur d'onde voulue YB, et transparent pour toute autre longueur d'onde, dans la région de couplage d'un coupleur optique à quatre accès. Un tel coupleur peut être utilisé aussi bien pour l'extraction que pour l'insertion d'un signal ayant une longueur d'onde XB qui correspond à celle réfléchie par le réseau de Bragg, à partir d'une ou vers une structure 6 2725528 guidante G apte à véhiculer une pluralité de signaux multiplexés en longueur d'onde Ai. Dans une réalisation préférée, le coupleur optique est un coupleur 100%, ce qui donne des pertes d'insertion quasi nulles (de l'ordre de 0,1 dB/coupleur). Ce coupleur optique peut être réalisé par tous moyens, par exemple en utilisant les techniques de l'optoélectronique intégrée sur substrat semi-conducteur verre ou silice ou encore par le polissage, ou la fusion et le tirage de fibres optiques, selon les o10 procédés connus de l'homme de l'art. Ensuite, un réseau de Bragg est réalisé dans la région de couplage dudit coupleur pour en faire un coupleur sélectif en longueur d'onde. En effet, le réseau de Bragg est transparent pour toute longueur d'onde autre que la longueur d'onde XB qui correspond à la périodicité du réseau. Seule cette longueur d'onde IB sera réfléchie par le réseau de Bragg B. En l'absence du réseau de Bragg B, toute la lumière injectée A sur l'accès d'entrée 1 se retrouverait sur i z0 l'accès de sortie 4 grâce au couplage à 100%. Mais le réseau de Bragg B est réfléchissant pour la longueur d'onde XB, qui ne sera donc pas transmise vers l'accès de sortie 4 mais réfléchie vers l'accès 2. Mis à part cette longueur d'onde B, toute la lumière restante 1 -AH sera couplée à 100% et ! transmise vers l'accès de sortie 4. Le coupleur sélectif en longueur d'onde permet ainsi d'effectuer l'extraction d'une longueur d'onde B, d'un spectre 1, sans perturbation des i autres longueurs d'onde 11-X, et ce théoriquement sans pertes. Les pertes réelles seront de l'ordre de 0,1 dB par coupleur. Le réseau de Bragg sera réalisé par tous moyens, y compris les procédés classiques bien connus de l'homme de l'art, notamment par l'impression d'une variation périodique d'indice de réfraction à l'aide de la lumière ultraviolette 7 2725528 UV qui agit localement sur la population de défauts de structure des fibres optiques. Ces défauts peuvent être le résultat d'un dopage, par exemple le taux de Germanium utilisé dans des fibres de faible diamètre (de l'ordre de 1,40 im, par exemple). Dans des fibres de diamètre standard (8gm à 9km), un taux de défauts suffisant peut être introduit par l'absorption d'hydrogène, obtenue en plaçant le dispositif sous atmosphère hydrogène à forte pression (200 à 300 bars) pendant quelques semaines. Le coupleur optique sélectif en longueur d'onde assure également l'insertion du signal ayant la longueur d'onde XB du réseau de Bragg B, de la manière suivante. Nous rappelons que le spectre de toute autre longueur Z -B sera transmis i sans pertes depuis l'accès principal d'entrée 1 vers l'accès de sortie 4 par le coupleur 100% C grâce à la transparence du réseau de Bragg B à ces longueurs d'onde. L'insertion du signal à la longueur d'onde XB du réseau de Bragg B est effectuée en injectant ledit signal dans le coupleur C via l'accès 3, d'o il sera réfléchi, par ledit réseau de Bragg B vers l'accès de sortie 4 et sera joint en multiplexage au spectre des signaux Z - B qui transitent depuis l'accès i principal d'entrée 1 vers l'accès de sortie 4. Comme montré sur la figure 1, il suffit de raccorder l'accès d'extraction 2 du coupleur sélectif en longueur d'onde C à une extrémité d'une ligne à retard optique g, ayant une longueur physique correspondant à un délai de propagation t (par exemple une fibre optique d'une longueur déterminée) et de raccorder l'autre extrémité de ladite ligne à retard g à l'accès d'insertion 3 dudit coupleur C sélectif en longueur d'onde, pour en faire une ligne à retard sélective en longueur d'onde. En effet, tel que montré schématiquement sur la figure 1, le signal à la longueur d'onde XB du réseau de Bragg B, sera retardé d'un délai t par rapport aux autres35 signaux multiplexés sur d'autres longueurs d'onde -, 8 2725528 dans la structure guidante de sortie Gs. On peut répéter l'opération aussi souvent que l'on veut sur les autres longueurs d'onde afin d'attribuer un ordre arbitraire aux paquets de signaux provenant des différentes sources accordées Xi,...,...Xn. Un exemple est montré sur la figure 2. Sur la figure 2, on voit un exemple d'une boucle elémentaire et parametrée, d'une ligne à retard sélective en longueur d'onde, qui servira de bloc modulaire pour 1o l'illustration d'une application de l'invention dans la figure 3. De façon générale, on peut décrire la boucle elémentaire et parametrée d'une ligne à retard sélective en longueur d'onde de la figure 2 en décrivant une ligne à retard optique qui agit sur une longueur d'onde Xn-j, parmi n+l longueurs d'onde différentes Xi, o i et j peuvent prendre toute valeur entière comprise entre 0 et n incluse. La ligne à retard d'ordre j introduit un retard de jT uniquement pour la longueur d'onde kn-j, la seule longueur z0 d'onde réfléchie par le réseau de Bragg B; inscrite dans la région de couplage du coupleur optique Cj. Ce retard de jT est obtenu à l'aide d'un guide ou d'une fibre optique gj connectée entre la sortie d'extraction 2 et l'entrée d'insertion 3 du coupleur optique sélectif en longueur d'onde Cj. La longueur du guide gj est choisie pour donner le retard jt compte tenu de la vitesse de propagation de la lumière dans le matériau du guide, c/n: L = jTc/n. Les autres longueurs d'onde, X2-, sont transmises l sans retard ni réflexion ni pertes par le réseau de Bragg Bj entre l'entrée principale 1 et la sortie principale 4 du coupleur sélectif en longueur d'onde Cj. Il est à noter que la valeur j=0 est incluse uniquement pour compléter la généralité de l'exposé ci-dessus, car la valeur j=O correspond à un retard de jT=0 pour la longueur d'onde Xn-j = In. Ce retard nul ne donne 9 2725528 pas lieu à l'existence d'un dispositif physique de ligne à retard sélectif pour la longueur d'onde Xn. La figure 3 montre schématiquement un exemple d'application d'une ligne à retard sélective en longueur d'onde selon l'invention dans un brasseur temporel tout- optique. Chaque boucle de ligne à retard sélective en longueur d'onde est conforme à la description que nous venons de donner de la figure 2. Des paquets de données optiques A, B...Z sont o10 présentés dans un train de paquets TE (TDM) sur le guide optique G1 d'entrée du brasseur temporel. Le train de paquets est caractérisé par l'ordre des paquets (A premier, B second, Z dernier); la durée de chaque paquet que l'on appelle T comme dans l'exemple de la figure 1: et la longueur d'onde IL du signal optique de chaque paquet qui est la même pour tous les paquets au départ dans cet exemple. Avant d'effectuer le brassage temporel des paquets, on fait un multiplexage en longueur d'onde. Chaque paquet est ainsi affecté d'une longueur d'onde propre Xi, déterminée par l'écart entre sa position temporelle dans le train de paquets TE (TDM) à l'entrée G1 et sa position temporelle dans le train de paquets de sortie Ts (TDM/WDM) à la sortie GS. Ce multiplexage en longueur d'onde peut être effectué de différentes façons dont un exemple est donné sur la figure 3 Un convertisseur F de longueur d'onde est accordable en longueur d'onde moyennant un signal de commande de convertisseur CC fourni par la sortie CO d'un circuit de commande d'accordage CF. Ce circuit d'accordage CF reçoit sur son entrée CI un train d'impulsions d'horloge paquets qui sont périodiques avec une durée T entre impulsions. A chaque impulsion horloge, le circuit d'accordage CF transmet un signal de commande CO afin de changer la longueur d'onde du convertisseur F de longueur d'onde. Ainsi, le train de paquets TE (TDM) présenté au convertisseur F de longueur d'onde par le premier guide 2725528 optique G1, est converti en train de paquets Tc (WDM) sur le deuxième tronçon de guide optique G2. Dans ce train de paquets, chaque paquet (A, B,... Z) est associé à une longueur d'onde unique ko, ki, Xn respectivement. Le train5 de paquets Tc (WDM) est ainsi multiplexé en longueur d'onde et transmis moyennant un spectre de longueurs d'onde Il qui i constitue autant de canaux de transmission sur le guide optique G2. L'exemple de brasseur temporel optique de la figure 2 o0 est configuré pour invertir l'ordre temporel des paquets de données A, B,... Z qui sont présentés en ordre alphabétique à l'entrée du brasseur sur le guide optique G2. Ceci est accompli en appliquant un délai optique différent à chaque paquet, afin de déterminer sa nouvelle position dans lei5 train de paquets de sortie TS (TDM/WDM) du brasseur. Chaque délai optique est fourni par une ligne à retard optique sélective en longueur d'onde selon l'invention, telle que déjà décrite ci-dessus à l'aide des figures 1 et 2. Pour n+l paquets, il faut n lignes à retard qui opèrent respectivement sur n longueurs d'onde différentes pour appliquer n retards différents. Dans l'exemple de la figure 3, il y a 26 paquets A, B...Z donc n = 25. A la fin des n lignes à retard sélectives en longueur d'onde connectées en cascade (en séries) et conformes à la description de la jième ligne à retard donné ci-dessus, nous obtenons le train de paquets de sortie Ts (TDM/WDM) sur le guide de sortie GS. Nous remarquerons que l'ordre temporel du train de paquets Ts (TDM/WDM) est effectivement l'inverse de celui du train TC (WDM) présenté à l'entrée du brasseur sur le guide G2. En revanche, chaque paquet (A, B,....Z) a retenu sa propre longueur d'onde k0, X1... respectivement), qui peut continuer à servir pour identifier le canal de transmission correspondant, par exemple à des fins de routage ou d'identification de source/destination.35 Nous avons expliqué l'exemple le plus simple de brassage temporel uniquement afin de raccourcir la description. Mais il est également possible d'obtenir l'interversion arbitraire des paquets dans un brassage moins symétrique que l'inversion décrite. Il suffit pour cela de programmer le circuit de commande d'accordage CF de manière à attribuer la longueur d'onde qui correspond à tel délai, au paquet que l'on veut retarder de ce même délai. Les modifications nécessaires relèvent entièrement du domaine de la programmation (software), et ne demandent aucune modification physique du lo dispositif (hardware). En conséquence, l'utilisation du brasseur temporel ici décrit permet d'obtenir une grande souplesse, pratiquement en temps réel, des résultats qui peuvent en être attendus. D'autres variantes et applications de l'invention pourront être imaginées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, avec un choix judicieux de paramètres d'une disposition semblable à celle de la figure 3, il est possible d'effectuer des conversions tout-optique d'un multiplexage temporel (TDM) et inversement. 12 2725528 REVENDICATIONS 1. Ligne à retard sélective en longueur d'onde comprenant des moyens pour retarder la propagation d'un signal optique se propageant dans une structure guidante G, par l'augmentation de la longueur du chemin optique parcouru par ledit signal, et comprenant en outre des moyens d'insertion et d'extraction d'un signal optique d'une longueur d'onde donnée XB, à des fins de multiplexage en longueurs d'onde, ladite ligne à retard ayant la topologie d'une boucle optique g d'une longueur donnée qui impose un retard fixe T pour un signal optique qui doit parcourir ladite boucle g, lesdits moyens d'insertion et d'extraction pour le multiplexage en longueurs d'onde étant connectés à ladite boucle optique g de manière à effectuer l'extraction dudit signal optique à ladite longueur d'onde XB de ladite structure guidante G, le routage dudit signal optique dans ladite boucle optique g, et la réinsertion dudit signal optique dans ladite structure guidante G après ledit retard fixe t. 2. Ligne à retard selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'insertion et d'extraction d'un signal optique d'une longueur d'onde donnée IB comprennent un coupleur optique C et un réseau de Bragg B. 3. Ligne à retard selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit réseau de Bragg B est disposé dans la région de couplage dudit coupleur optique C. 4. Ligne à retard selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit retard t est caractéristique de la durée du motif ou du paquet destiné à être multiplexé. 5. Ligne à retard selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisée en ce que lesdits retards différents sont des durées jT, j entier, pour des longueurs d'onde Xj différentes. 6. Dispositif de brassage temporel tout-optique comprenant une pluralité de lignes à retard selon la revendication 1, agencées de manière à introduire plusieurs retards différents pour plusieurs longueurs d'onde Xi différentes. 7. Convertisseur tout-optique de multiplexage à longueur d'onde (WDM) en multiplexage temporel comprenant une pluralité de lignes à retard sélective en longueur d'onde selon la revendication 1.