Brevet FR2731082A1 — publié le 19960830

MULTIPLEXEUR OPTIQUE A INSERTION-EXTRACTION UTILISANT DES CIRCULATEURS OPTIQUES ET DES RESEAUX DE BRAGG PHOTOINSCRITS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un multiplexeur optique à insertion-extraction (" optical add-drop multiplexer "). Elle s'applique notamment au domaine des télécommunications optiques. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connaît diverses architectures de réseaux de télécommunications utilisant des guides optiques et des multiplexeurs optiques à insertion- extraction à base de filtres acousto-optiques ou de filtres de Fabry-Pérot. Ces multiplexeurs à insertion-extraction connus présentent l'inconvénient de conduire à de fortes pertes optiques tant à l'insertion qu'à l'extraction. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un multiplexeur à insertion-extraction qui conduit à des pertes optiques moins élevées que celles de ces multiplexeurs connus. Dans certains modes de réalisation particuliers, l'invention permet même d'amplifier les signaux optiques qui sont insérés et ceux qui sont extraits et/ou de disposer d'un multiplexeur programmable. De façon précise, la présente invention a pour objet un multiplexeur optique à insertion- extraction, ce multiplexeur étant destiné à insérer dans un ensemble de signaux optiques, dont les longueurs d'onde appartiennent à un ensemble de longueurs d'onde, et à extraire de cet ensemble de signaux au moins un signal optique ayant une longueur d'onde déterminée, choisie dans l'ensemble de longueurs d'onde, ce multiplexeur étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier circulateur optique (" optical circulator ") comprenant une entrée destinée à recevoir l'ensemble de signaux et une sortie, - un deuxième circulateur optique comprenant une entrée destinée à recevoir le signal à insérer dans l'ensemble de signaux et une sortie, un moyen de sélection optique qui est couplé, d'un côté, au premier circulateur et, de l'autre côté, au deuxième circulateur et qui comprend au moins un réseau de Bragg photoinscrit (" photoinduced Bragg grating "), ce réseau de Bragg photoinscrit étant associé à la longueur d'onde déterminée et apte à se trouver dans un premier état o il réfléchit le signal ayant cette longueur d'onde déterminée et o il transmet les signaux ayant une longueur d'onde différente de cette dernière ou dans un deuxième état o il transmet tous les signaux, et - un moyen de commande de ce moyen de sélection, destiné à mettre le réseau dans le premier ou le deuxième état, la sortie du deuxième circulateur fournissant l'ensemble de signaux dans lequel on a inséré ou duquel on a extrait le signal de longueur d'onde déterminée et la sortie du premier circulateur fournissant le signal extrait de cet ensemble de signaux lorsque le réseau est dans le premier état, et inversement lorsque ce réseau est dans le deuxième état. Selon un mode de réalisation préféré du multiplexeur objet de l'invention, le moyen de sélection optique comprend une pluralité de réseaux de Bragg photoinscrits qui sont montés en série et le moyen de commande est apte à placer chacun de ces réseaux dans le premier ou le deuxième état correspondant. On dispose ainsi d'un multiplexeur programmable, permettant de sélectionner la ou les longueurs d'onde à insérer et à extraire. De préférence, les réseaux de Bragg photoinscrits du moyen de sélection optique sont respectivement associés aux longueurs d'onde de l'ensemble de longueurs d'onde. Selon un premier mode de réalisation particulier du multiplexeur objet de l'invention, l'un au moins des réseaux de Bragg photoinscrits est placé dans le premier état correspondant tandis que chacun des autres réseaux est placé dans le deuxième état correspondant. Dans ce cas, le multiplexeur objet de l'invention peut comprendre en outre au moins un amplificateur optique, cet amplificateur optique étant placé entre le moyen de sélection optique et l'un des premier et deuxième circulateurs. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, l'un au moins des réseaux de Bragg photoinscrits est placé dans le deuxième état correspondant tandis que chacun des autres réseaux est placé dans le premier état correspondant. Dans ce cas, le multiplexeur objet de l'invention peut comprendre en outre au moins un amplificateur optique, cet amplificateur optique étant placé entre le moyen de sélection optique et le premier circulateur. Chacun des premier et deuxième circulateurs optiques peut comprendre un premier isolateur optique et un deuxième isolateur optique, l'entrée du premier isolateur et la sortie du deuxième isolateur étant respectivement couplées à l'entrée et à la sortie du circulateur correspondant tandis que la sortie du premier isolateur et l'entrée du deuxième isolateur sont couplées au moyen de sélection optique. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 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 premier mode de réalisation particulier du multiplexeur optique à insertion-extraction objet de l'invention, et * la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation particulier de ce multiplexeur. EXPOSE DETAILLET DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Le multiplexeur optique à insertion- extraction conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est destiné à insérer dans un ensemble de signaux optiques et à extraire de cet ensemble de signaux des signaux optiques ayant des longueurs d'onde déterminées. Les longueurs d'onde des signaux optiques considérés appartiennent à un ensemble de longueurs d'onde I1... Xi... IN, o N est un nombre entier supérieur à 1. On cherche par exemple à insérer et/ou extraire un signal dont la longueur d'onde est choisie dans l'ensemble de longueurs d'onde X1... IN et vaut par exemple Xi, o l Le multiplexeur représenté sur la figure 1 est inséré dans une ligne optique LO formant par exemple une boucle optique dans laquelle on trouve d'autres multiplexeurs optiques non représentés, identiques à celui de la figure 1 et situés en amont et en aval de celui-ci sur la ligne optique LO. Cette ligne est parcourue par les signaux de longueurs d'onde 1Xl... Xi... IN. Le multiplexeur optique conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure 1, comprend: - un premier circulateur optique C1 comprenant un port d'entrée pl, qui est destiné à recevoir l'ensemble de signaux, et un port de sortie p2, - un deuxième circulateur optique C2 comprenant un port d'entrée pl, qui est destiné à recevoir le signal à insérer dans l'ensemble de signaux, et un port de sortie p2, - un moyen de sélection optique MS qui est optiquement couplé, d'un côté, au premier circulateur C1 et, de l'autre côté, au deuxième circulateur C2 et qui comprend une pluralité de réseaux de Bragg photoinscrits R1... Ri.... RN qui sont montés en série et qui sont respectivement associés aux longueurs d'onde 1Xl... Xi... XN, et - un moyen MC de commande électrique de ce moyen de sélection MS. Chacun des réseaux R1... Ri... RN est apte à se trouver: - soit dans un premier état dans lequel il est calé, c'est-à-dire réglé, sur la longueur d'onde correspondante, - soit dans un deuxième état dans lequel il n'est pas réglé sur cette longueur d'onde. Dans le premier état, ce réseau réfléchit les signaux optiques incidents ayant la longueur d'onde sur laquelle il est réglé et transmet les signaux optiques n'ayant pas cette longueur d'onde. Dans le deuxième état, ce réseau transmet les signaux optiques incidents quelle que soit la longueur d'onde de ceux-ci. Un tel réseau, qui -on le rappelle- est inscrit sur un guide optique, par exemple une fibre optique ou un guide planaire (par exemple en silicium, en InP ou en niobate de lithium), fonctionne en transmission en tant que filtre réjecteur et en réflexion en tant que filtre passe-bande. Les réseaux R1... RN du multiplexeur de la figure 1 sont programmables. En effet, chacun d'entre eux peut être réglé ou non sur la longueur d'onde qui lui correspond. On connaît des réseaux de Bragg photoinscrits dont le taux de réjection atteint 99% (20 dB). Le moyen de commande MC est apte à placer chacun des réseaux R1... RN dans le premier ou le deuxième état correspondant. Pour ce faire, ce moyen de commande MC comprend des moyens d'application d'une contrainte mécanique (dispositif piézoélectrique) ou d'un échauffement thermique (effet Peltier) à chacun des réseaux R1... RN. L'application d'une telle contrainte mécanique ou d'un tel échauffement thermique sur un réseau de Bragg photoinscrit permet d'obtenir une accordabilité de quelques nanomètres par commande électrique. On est ainsi en mesure de régler ou non chacun de ces réseaux sur la longueur d'onde qui lui est associée. On considère maintenant les circulateurs optiques C1 et C2. On rappelle qu'un circulateur optique est un système de couplage optique, qui est généralement fait à partir de fibres optiques, qui est indépendant de la polarisation et qui a une faible perte d'insertion, cette dernière étant de l'ordre de 1 dB. Ce système de couplage optique utilise la technique de l'isolation optique. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, chacun des circulateurs optiques Cl et C2 a trois ports optiques, à savoir les ports pl et p2 déjà cités et un autre port p3. Le port pl du circulateur C1 est raccordé à la ligne LO et correspond à l'entrée E du multiplexeur. Le port p2 de ce circulateur C1 correspond à la sortie d'extraction X du multiplexeur. Le port pl du circulateur C2 correspond à l'entrée d'insertion I de ce multiplexeur. Le port p2 de ce circulateur C2 est raccordé à la ligne LO et correspond à la sortie S du multiplexeur. Chacun des circulateurs C1 et C2 comprend un premier isolateur optique il et un deuxième isolateur optique i2. L'entrée de l'isolateur il et la sortie de l'isolateur i2 sont respectivement couplées au port pl et au port p2, comme on le voit sur la figure 1. La sortie de l'isolateur il et l'entrée de l'isolateur i2 sont optiquement couplées au port p3. Ce port p3 est lui même optiquement couplé au moyen de sélection optique MS et, plus précisément, au réseau de Bragg photoinscrit R1, comme on le voit sur la figure 1. Dans l'exemple représenté sur cette figure 1, ce couplage entre le port p3 et le réseau R1 se fait par l'intermédiaire d'un amplificateur optique bidirectionnel AO qui est par exemple un amplificateur à fibre optique ou un amplificateur à semiconducteur. Un signal optique entrant dans le circulateur Cl par le port p3 de celui-ci est totalement transmis au port p2 de ce circulateur Cl. Les ports pl et p2 sont entièrement isolés l'un de l'autre, l'isolation étant supérieure à 30 dB. Le port p3 du circulateur C2 est optiquement couplé au réseau de Bragg photoinscrit RN. Les N réseaux R1... RN programmables déterminent la ou les longueur d'onde à extraire sur le port p2 du circulateur C1 suivant les positions fréquentielles de ces réseaux. Dans l'exemple représenté, un signal de longueur d'onde Xi est extrait des signaux parvenant à l'entrée E du multiplexeur optique et un signal de longueur d'onde Xi est également inséré dans ces signaux. Pour ce faire, le réseau Ri est réglé sur cette longueur d'onde Xi. Les autres réseaux R1... Ri-1, Ri+l... RN ne sont, au contraire, pas réglés sur les longueurs d'onde qui leur correspondent. Ainsi, tous les signaux d'entrée dont les longueurs d'onde sont différentes de Xi passent de l'entrée E à la sortie S du multiplexeur optique. Un signal de longueur d'onde Xi, qui pénètre dans ce multiplexeur, est réfléchi par le réseau photoinscrit Ri pour retourner vers ce circulateur C1 et quitter celui-ci par la sortie d'extraction X o il peut être traité par des moyens appropriés non représentés. Un signal de longueur d'onde Xi provenant d'une source non représentée et pénétrant dans le multiplexeur par l'entrée d'insertion I de celui-ci parvient au réseau Ri, est réfléchi par celui-ci et sort du multiplexeur par la sortie S de celui-ci. L'amplificateur bidirectionnel AO permet: - la simple amplification des signaux optiques qui traversent le multiplexeur de la figure 1 et - la double amplification d'un signal qui est extrait de ces signaux, un signal inséré n'étant pas amplifié. Dans un mode de réalisation non représenté, l'amplificateur optique AO est placé non pas entre le circulateur C1 et le réseau Ri mais entre le réseau RN et le circulateur C2. Dans ce cas, cet amplificateur permet: - la simple amplification des signaux qui traversent le multiplexeur et - la double amplification d'un signal inséré, un signal extrait n'étant pas amplifié. Il est à noter que les circulateurs C1 et C2 assurent l'isolation de l'amplificateur AO vis-à-vis des réflexions optiques. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter des isolateurs optiques au multiplexeur de la figure 1 pour obtenir cette isolation. Pour augmenter l'amplification optique des signaux, on peut utiliser non pas un mais deux amplificateurs optiques, l'un étant placé entre le circulateur C1 et le réseau R1 et l'autre entre le réseau RN et le circulateur C2. Pour des raisons de stabilité, il est préférable que le ou les amplificateurs optiques soient des amplificateurs à gain stabilisé. Dans un mode de réalisation non représenté, une pluralité des réseaux R1... RN sont réglés sur les longueurs d'onde correspondantes tandis que ce n'est pas le cas des autres réseaux. On règle par exemple les réseaux R1 et RN sur les longueurs d'ondes correspondantes I1 et XN et les autres réseaux R2... RN-1 ne sont pas réglés sur les longueurs d'onde X2... IN-1. Dans ces conditions, on est capable d'insérer dans les signaux qui arrivent à l'entrée du multiplexeur des signaux de longueurs d'onde respectives.1 et IN et l'on est également capable d'en extraire de tels signaux de longueurs d'onde respectives I1 et IN. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le multiplexeur ne comprend qu'un seul réseau de Bragg photoinscrit qui est réglé sur la longueur d'onde correspondante. Dans ce cas, on est capable d'insérer dans des signaux incidents et/ou d'extraire de ces signaux incidents un signal ayant cette longueur d'onde. On considère maintenant le multiplexeur conforme à l'invention qui est schématiquement représenté sur la figure 2. L'entrée E et la sortie S de ce multiplexeur se trouvent sur un même circulateur optique, à savoir le circulateur C1. On voit encore sur la figure 2 les deux parties de la ligne optique LO auxquelles sont respectivement reliées l'entrée E et la sortie S du multiplexeur. La fonction d'insertion-extraction est quant à elle réalisée à l'aide d'un deuxième circulateur, à savoir le circulateur C2. Plus précisément, le multiplexeur de la figure 2 est constitué de la même façon que celui de la figure 1 à ceci près que le réglage des réseaux de Bragg photoinscrits est différent. Dans l'exemple choisi, o l'on veut insérer un signal de longueur d'onde Xi dans les signaux incidents et/ou extraire de ceux-ci un signal ayant également la longueur d'onde Xi, tous les réseaux faisant partie des moyens de sélection MS du multiplexeur de la figure 2 sont réglés sur les longueurs d'onde correspondantes à l'exception du réseau photoinscrit Ri correspondant à la longueur d'onde Xi qui n'est pas réglé sur cette longueur d'onde Xi. Dans ces conditions, le port d'entrée pl et le port de sortie p2 du circulateur C1 du multiplexeur de la figure 2 correspondent respectivement à l'entrée E et à la sortie S du multiplexeur de la figure 2. Le port d'entrée pl et le port de sortie p2 du circulateur C2 de ce multiplexeur de la figure 2 correspondent respectivement à l'entrée d'insertion I et à la sortie d'extraction X du multiplexeur de la figure 2. Les signaux optiques, dont les longueurs d'onde appartiennent à l'ensemble I1... IN mais diffèrent de Xi, arrivent à l'entrée E du multiplexeur puis passent dans le circulateur C1 pour arriver au moyen de sélection MS o ils sont réfléchis par les réseaux photoinscrits correspondants. Ces signaux parviennent alors à la sortie S du multiplexeur en repassant par le circulateur Cl. Un signal optique de longueur d'onde Xi injecté à l'entrée I traverse tous les réseaux R 1... RN pour parvenir également à la sortie S. Un signal optique de longueur d'onde Ai parvenant par l'entrée E du multiplexeur de la figure 2 traverse l'ensemble des réseaux de celui-ci, passe dans le circulateur C2 puis parvient à la sortie d'extraction X. Au lieu qu'un seul réseau ne soit pas réglé sur la longueur d'onde correspondante, on pourrait ne pas régler une pluralité de réseaux sur les longueurs d'onde correspondantes pour pouvoir insérer et/ou extraire des signaux optiques ayant ces longueurs d'onde. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'amplificateur optique bidirectionnel AO est encore inséré entre le port p3 du circulateur C1 et le réseau R1. Dans ces conditions, les signaux qui ne correspondent pas à une longueur d'onde d'extraction et qui parviennent à l'entrée E se retrouvent à la sortie S après avoir été doublement amplifiés par cet amplificateur AO. De plus, tout signal à insérer subit une simple amplification de la part de cet amplificateur AO et il en est de même pour tout signal à extraire. On pourrait bien entendu placer un autre amplificateur optique bidirectionnel entre le réseau RN et le circulateur C2 du multiplexeur de la figure 2. On pourrait également utiliser un seul amplificateur optique que l'on placerait entre ce réseau RN et ce circulateur C2. Dans ce cas, seuls seraient amplifiés les signaux à extraire et les signaux à insérer. REVENDICATIONS 1. Multiplexeur optique à insertion- extraction, ce multiplexeur étant destiné à insérer dans un ensemble de signaux optiques, dont les longueurs d'onde appartiennent à un ensemble de longueurs d'onde (X1... IN), et à extraire de cet ensemble de signaux au moins un signal optique ayant une longueur d'onde déterminée, choisie dans l'ensemble de longueurs d'onde, ce multiplexeur étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier circulateur optique (Cl) comprenant une entrée (pl) destinée à recevoir l'ensemble de signaux et une sortie (p2), - un deuxième circulateur optique (C2) comprenant une entrée (pl) destinée à recevoir le signal à insérer dans l'ensemble de signaux et une sortie (p2), - un moyen de sélection optique (MS) qui est couplé, d'un côté, au premier circulateur et, de l'autre côté, au deuxième circulateur et qui comprend au moins un réseau de Bragg photoinscrit (R1... RN), ce réseau de Bragg photoinscrit étant associé à la longueur d'onde déterminée et apte à se trouver dans un premier état o il réfléchit le signal ayant cette longueur d'onde déterminée et o il transmet les signaux ayant une longueur d'onde différente de cette dernière ou dans un deuxième état o il transmet tous les signaux, et - un moyen (MC) de commande de ce moyen de sélection (MS), destiné à mettre le réseau dans le premier ou le deuxième état, la sortie du deuxième circulateur fournissant l'ensemble de signaux dans lequel on a inséré ou duquel on a extrait le signal de longueur d'onde déterminée et la sortie du premier circulateur fournissant le signal extrait de cet ensemble de signaux lorsque le réseau est dans le premier état, et inversement lorsque ce réseau est dans le deuxième état. 2. Multiplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de sélection optique (MS) comprend une pluralité de réseaux de Bragg photoinscrits (R1... RN) qui sont montés en série et en ce que le moyen de commande (MC) est apte à placer chacun de ces réseaux dans le premier ou le deuxième état correspondant. 3. Multiplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les réseaux de Bragg photoinscrits (R1... RN) du moyen de sélection optique (MS) sont respectivement associés aux longueurs d'onde (I1... XN) de l'ensemble de longueurs d'onde. 4. Multiplexeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un au moins des réseaux de Bragg photoinscrits (R1... RN) est placé dans le premier état correspondant tandis que chacun des autres réseaux est placé dans le deuxième état correspondant. 5. Multiplexeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un amplificateur optique (AO), cet amplificateur optique étant placé entre le moyen de sélection optique (MS) et l'un des premier et deuxième circulateurs (Cl, C2). 6. Multiplexeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un au moins des réseaux de Bragg photoinscrits (R1... RN) est placé dans le deuxième état correspondant tandis que chacun des autres réseaux est placé dans le premier état correspondant. 7. Multiplexeur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un amplificateur optique (AO), cet amplificateur optique étant placé entre le moyen de sélection optique (MS) et le premier circulateur (C1). 8. Multiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chacun des premier et deuxième circulateurs optiques (C1, C2) comprend un premier isolateur optique (il) et un deuxième isolateur optique (il), l'entrée du premier isolateur (i2) et la sortie du deuxième isolateur étant respectivement couplées à l'entrée (pl) et à la sortie (p2) du circulateur correspondant tandis que la sortie du premier isolateur et l'entrée du deuxième isolateur sont couplées au moyen de sélection optique (MS).