Brevet FR2731573A1 — publié le 19960913

La présente invention concerne un multiplexeur-démultiplexeur de longueurs d'onde optique. La transmission optique d'informations par fibres se développe très rapidement, aussi bien pour les liaisons spécialisées à moyenne et courte distance que pour les réseaux à grande distance tels que les réseaux téléphoniques d'abonnés. II est bien connu que dans de tels systèmes, les débits d'informations transmises peuvent être augmentés par multiplexage de longueurs d'onde. Un tel multiplexage, représenté sur la Figure 1, consiste à superposer sur une même ligne de transmission ou fibre, en général monomode, des signaux optiques à différentes longueurs d'onde. Les signaux portés par les fibres ou lignes d'entrée-sortie 1, 2, 3, i, j, respectivement aux longueurs d'onde X h2, hg, hi, hj, sont superposés dans un multiplexeur 4, transmis simultanément dans la fibre 5 dans un sens ou dans l'autre, puis démultiplexés par le démultiplexeur 6 de façon à foumir à nouveau dans les fibres 7, 8, 9, i' et j', les signaux différenciés aux longueurs d'onde respectives x 2. X3, hi, Xj. Dans de tels systèmes, il est connu que des dispositifs de même structure peuvent être utilisés comme multiplexeur ou démultiplexeur en raison du principe de la propagation inverse de la lumière. Le dispositif, appelé ici multiplexeur-démultiplexeur de longueurs d'onde optique, est donc susceptible de remplir la fonction, soit de multiplexeur, soit de démultiplexeur, selon la manière dont il est utilisé. Le même composant remplit souvent à la fois le rôle de multiplexeur pour des lignes d'entrée et de démultiplexeur pour des lignes de sortie, tel que cela est représenté sur la Figure 1. Différents types de multiplexeur-démultiplexeur ont été décrits et utilisés. L'invention concerne plus particulièrement un multiplexeurdémultiplexeur à réseau de diffraction dont le principe général est représenté sur les Figures 2A et 2B. Un peigne de fibres 10 comporte un ensemble de fibres d'entréesortie 11 et une fibre de transmission 12. Chacune des fibres d'entréesortie 11 porte un signal à une longueur d'onde hi, la fibre de transmission 12 transmet l'ensemble des signaux, quelle que soit leur longueur d'onde. Un système optique 13 et un réseau de diffraction 14 travaillant en réflexion assure la conjugaison optique de chacune des extrémités 15 des fibres d'entrée-sortie 11 avec l'extrémité 16 de la fibre de transmission 12, à la longueur d'onde ki du flux transmis par la fibre 11. Les caractéristiques du réseau, les longueurs d'onde Aj et les positions respectives des extrémités de fibres 15 et 16 sont adaptées de manière à réaliser cette conjugaison. De tels dispositifs ont été utilisés et ont permis la transmission de signaux multiplexés. Toutefois, des difficultés sont apparues lors de la transmission des signaux multiplexés sur une grande distance, c'est-àdire avec un affaiblissement important du niveau de signal entre le multiplexeur et le démultiplexeur, ou entre deux répétiteurs. En effet, il est alors apparu qu'un tel multiplexeur risque de foumir un signal accompagné de bruit ou d'un niveau de parasites important. En particulier, lorsque les composants d'extrémité comportant les extrémités des lignes d'entrée-sortie comportent à la fois des lignes d'entrée et des lignes de sortie, les flux émis par les sources ou lignes d'entrée, qui ne sont pas totalement monochromatiques, peuvent créer des signaux parasites reçus par les détecteurs ou lignes de sortie. C'est un but de l'invention de proposer un multiplexeur dont l'utilisation permet la transmission de signaux multiplexés avec un niveau de bruits ou de signaux parasites réduit. L'invention conceme un multiplexeur-démultiplexeur de longueurs d'onde optique comprenant: - des extrémités de lignes d'entrée-sortie, - une extrémité d'une ligne de transmission, - un réseau de diffraction ayant un plan de diffraction et, -un système optique assurant la conjugaison optique des extrémités des lignes d'entrée-sortie avec l'extrémité de la ligne de transmission. Selon l'invention, les extrémités des lignes d'entrée-sortie sont alignées selon une droite parallèle au plan de diffraction et l'extrémité de la ligne de transmission est décalée transversalement par rapport à ladite droite. Cette disposition permet de limiter simultanément les aberrations dont sont entachées les images des extrémités des fibres au travers du système optique et du réseau, et les effets parasites tenant probablement aux images produites par chacune des extrémités des fibres d'entrée, soit sur des ordres différents de l'ordre 1 du réseau, soit à des longueurs d'onde ne correspondant pas à la fréquence centrale d'émission, correspondant par exemple à des modes secondaires du spectre d'émission de la source. Ce multiplexeur-démultiplexeur est particulièrement bien adapté à la transmission par une ligne unique de signaux portés par plusieurs lignes d'entrée-sortie. Avantageusement, les extrémités des lignes d'entrée-sortie sont alors équidistantes, chaque extrémité de lignes d'entrée-sortie étant à une distance d, dans le plan de diffraction, de ses voisines. Le décalage transversal de la ligne de transmission est alors avantageusement supérieure à la distance d. Dans un mode de réalisation avantageux, en plus du décalage transversal, l'extrémité de la ligne de transmission est latéralement distante de la plus proche des extrémités de lignes d'entrée-sortie d'au moins 3d. Selon différents modes de réalisation, les lignes d'entrée et de sortie peuvent être des fibres, les extrémités de lignes étant alors constituées par les extrémités des fibres optiques. Les lignes d'entrée peuvent également être des émetteurs, par exemple des diodes lasers, des fibres amplificatrices, des lasers à fibres,... et les lignes de sortie peuvent être, chacune, un photorécepteur. Ils peuvent former ensemble une barrette de photodiodes. Le système optique et le réseau sont choisis de manière à constituer un système produisant de très faibles aberrations, de façon à éviter les pertes d'énergie lumineuses entre les lignes d'entrée et les lignes de sortie. Cette absence d'aberrations est d'autant plus difficile à obtenir que le nombre de voies, c'est-à-dire de lignes d'entrée-sortie, est élevé. A cet effet, on utilise avantageusement un dispositif dans lequel le réseau est un réseau plan travaillant en réflexion, le système optique est un miroir sphérique dont le foyer est sur le réseau, les extrémités des lignes d'entrée-sortie et de la ligne de transmission étant au voisinage du centre du miroir. Le réseau est incliné et travaille selon son ordre de blaze. Un tel dispositif optique est avantageusement réalisé par la formation du miroir sphérique et du réseau, aux extrémités d'un bloc de verre dit premier bloc de verre. Lorsque les extrémités de lignes sont des fibres optiques, celles-ci sont avantageusement fixées à un deuxième bloc de verre, solidarisé du premier bloc de verre par collage. Le premier bloc de verre formant le miroir sphérique et le réseau peut être composé de deux éléments qui sont collés ensemble après les formations respectives du miroir et du réseau. Dans un autre mode de réalisation, le réseau et le système optique peuvent être constitués d'un seul ensemble matériel par un réseau concave à champ plan. Dans un mode de réalisation particulier, le multiplexeurdémultiplexeur comporte plusieurs lignes de transmission. Différents modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en détail, par référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la Figure 1 présente un dispositif de transmission de données par multiplexage de longueurs d'onde, connu de l'art antérieur; -la Figure 2A représente un multiplexeur-démultiplexeur de longueurs d'onde optique à réseau, de l'art antérieur; - la Figure 2B représente, de côté, la disposition des extrémités des lignes d'entrée-sortie et de transmission dans le dispositif de la Figure 2A; - les Figures 3 et 4 représentent, chacune, un mode de réalisation de l'invention pour un multiplexeur-démultiplexeur 1 n; - la Figure 5 représente la disposition des lignes d'entrée-sortie et de transmission d'un multiplexeur-démultiplexeur n, m selon l'invention; ; - la Figure 6 représente un premier mode de réalisation d'un multiplexeur-démultiplexeur selon l'invention; - la Figure 7 représente un deuxième mode de réalisation d'un multiplexeur-démultiplexeur selon l'invention; - la Figure 8 représente un mode de réalisation d'un peigne de fibres optiques mis en oeuvre selon l'invention. La Figure 3 représente un multiplexeur dans lequel les fibres d'entrée-sortie 221, 222,... ,22n transportent des signaux qui sont superposés par le multiplexeur sur une seule fibre de transmission 23. Pour la réalisation de tels multiplexeurs-démultiplexeurs, le diamètre de la gaine est donc diminué, et par exemple, réduit à 50 lim à son extrémité. La fibre de transmission 23 est décalée perpendiculairement au plan de diffraction par rapport à la ligne droite joignant les coeurs des différentes fibres d'entrée-sortie d'une distance D, D étant au moins égal à 50 cl et par exemple, de l'ordre de 88 clam. De plus, la fibre de transmission 23 est décalée latéralement, parallèlement au plan de diffraction, d'une distance A de l'extrémité de la ligne d'entrée-sortie 22n la plus proche. A est de préférence de l'ordre de quelques centaines de micromètres, par exemple A est égale à 250 zm. Ce multiplexeur-démultiplexeur peut fonctionner dans différents domaines de longueurs d'onde. II est avantageusement mis en oeuvre avec des longueurs d'onde comprises entre 1 530 à 1 580 nanomètres, les longueurs d'onde transitant par les différentes lignes d'entrée-sortie étant équidistantes et séparées d'environ 1 nanomètre. Dans un autre mode de réalisation représenté sur la Figure 4, les extrémités des lignes d'entrée-sortie 241, 242,....24n sont disposées de la manière décrite en référence à la Figure 4. La ligne de transmission 25 est centrée dans la direction du plan de diffraction par rapport à l'ensemble des lignes d'entrée-sortie 241, 242,....24n et elle est décalée perpendiculairement à ce plan d'une distance D. D est ici encore égale, par exemple, à 88 clam. La Figure 5 représente les positions respectives selon l'invention des extrémités de lignes, respectivement, d'entrée-sortie 20 et de transmission 21 d'un multiplexeur-démultiplexeur n - m. Les extrémités de ces lignes 201, 202,....20n forment l'ensemble des lignes d'entrée-sortie, les extrémités 211, 212,... ,21 m sont les extrémités des lignes de transmission. Les extrémités des lignes d'entrée parmi les extrémités des lignes d'entrée-sortie 201, 202,....20n peuvent être, soit des extrémités de fibres optiques, soit des émetteurs tels que des diodes lasers, des fibres amplificatrices, des lasers fibres,... Les extrémités des lignes de sortie peuvent être des photorécepteurs, par exemple constitués par une barrette de photodiodes, ou des extrémités de fibres. Les extrémités des lignes d'entrée-sortie et les extrémités des lignes de transmission peuvent être au nombre de plusieurs dizaines, les extrémités des lignes sont représentées en vue de côté, dans un plan perpendiculaire à l'axe optique. Les extrémités des lignes d'entrée-sortie, d'une part, et les extrémités des lignes de transmission, d'autre part, sont uniformément réparties chacune sur une droite. Ici encore, la distance d entre deux fibres consécutives, dans le plan de diffraction, est par exemple de l'ordre de 50 zm pour des fibres monomodes ayant un coeur dont le diamètre est de 10 zm et dont la gaine a un diamètre de l'ordre de 125 ptm. La distance D séparant les droites parallèles reliant, respectivement les extrémités des lignes d'entrée-sortie et les extrémités des lignes de transmission, est supérieure à 50 zm et avantageusement comprise entre 80 zm et 100 clam . La Figure 6 est une vue de côté d'un ensemble système optique réseau de diffraction réfléchissant permettant la réalisation du multiplexeur-démultiplexeur de l'invention, quels que soient le nombre et les dispositions des extrémités des lignes d'entrée-sortie et de transmission. Ces lignes sont ici représentées comme étant constituées de fibres optiques. Les fibres d'entrée-sortie 30 adressent des signaux qui sont superposés sur la fibre de transmission 31. Les extrémités 32 de ces fibres sont placées dans le plan P du réseau 33 à son intersection avec l'axe XX du système optique 34. Ce système optique est constitué d'un premier bloc de verre composé d'un premier élément 35 dont la face arrière porte un miroir sphérique 36, et d'un deuxième élément 37 dont la face avant porte le réseau réfléchissant 33. Ces deux éléments d'indices optiques respectifs n et N sont reliés par le collage au niveau du dioptre 38. Les fibres 30, 31 sont portées par un deuxième bloc de verre 39 muni d'une ouverture 40. Le peigne de fibres est formé par les fibres 31 et 30 qui sont avantageusement collées dans l'ouverture 40. Les aberrations de ce dispositif optique sont très faibles puisque le miroir 36 concave est utilisé avec un objet et une image au voisinage de son axe. Le choix des indices respectivement n du premier élément 35 et N du deuxième 37 et du rayon de courbure r de l'interface 38 permet de corriger ces aberrations. Ces aberrations sont toutefois suffisamment faibles pour qu'il soit possible dans la plupart des réalisations de tolérer n=N etlou une interface 38 plane. Les premier et second éléments peuvent alors être réalisés en un seul bloc. Dans ce dernier cas, ces aberrations peuvent être pratiquement éliminées en mettant en oeuvre un miroir 36 parabolique.De préférence, afin d'éviter la réflexion directe de lumière, non dispersée, sur les fibres optiques d'entrée-sortie, après le premier passage sur le miroir, le centre de celui-ci est non réfléchissant sur quelques millimètres carrés, ou moins. Le réseau travaille dans les conditions de Littrow. Un autre mode de réalisation de multiplexeur également utilisable pour les différentes localisations de fibres représentées sur les Figures 3 à 5 et décrites précédemment, fait l'objet de la Figure 7. Un composant optique unique 41 est un réseau réfléchissant sphérique, de préférence à champ plan. La galette de fibres 42 est placée dans le champ plan 43. Cette galette de fibres comporte un ensemble de fibres d'entrée-sortie 44 et une fibre unique de transmission 45. Le réseau est avantageusement corrigé des aberrations par tracé sur des machines spéciales ou par enregistrement holographique. La Figure 8 représente un procédé de réalisation d'une galette de fibres telle que celle mise en oeuvre selon l'invention et qui permet d'assurer un positionnement précis des fibres d'entrée-sortie et de transmission les unes par rapport aux autres. Un substrat de verre 50 est recouvert d'une couche uniforme de résine 51. Des vés de guidage 55î'.. , 55n sont formés dans cette couche de résine et peuvent recevoir un premier ensemble de fibres qui y est fixé par collage. De manière analogue, un deuxième substrat de verre 53 est recouvert d'une couche de résine 54 dans laquelle sont formés des vés de guidage 561,... , 56m destinés à recevoir un deuxième ensemble de fibres, par exemple les fibres de sortie 571,..., 57m. Les deux blocs 53, 50 sont alors associés et forment la galette de fibres utilisable selon l'invention, par exemple avec les dispositifs décrits et en référence aux Figures 6 et 7. Cet ensemble des deux blocs est positionné, en usage, par rapport au système optique (34, 41). REVENDICATIONS 1. Multiplexeur-démultiplexeur de longueurs d'onde optique comprenant: - des extrémités de lignes d'entrée-sortie (221, 222,... "" ,22n), - une extrémité d'une ligne de transmission (23), - un réseau de diffraction (33) ayant un plan de diffraction et, -un système optique (34) assurant la conjugaison optique des extrémités des lignes d'entrée-sortie (221, 222,... "" ,22n) avec l'extrémité de la ligne de transmission (23), caractérisé en ce que les extrémités des lignes d'entrée-sortie (221, 222,... '22n) sont alignées selon une droite parallèle au plan de diffraction et l'extrémité de la ligne de transmission (23) est décalée transversalement par rapport à ladite droite. 2. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des lignes d'entrée-sortie (221, 222,... '22n) sont équidistantes, chaque extrémité étant à une distance d, dans le plan de diffraction, de ses voisines. 3. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne de transmission (23) est décalée d'une distance supérieure à d. 4. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité de la ligne de transmission (23) est latéralement distante de l'extrémité la plus proche des lignes d'entrée-sortie d'au moins 3d. 5. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes d'entrée-sortie (221, 222,... '22n) sont des fibres. 6. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes d'entrée sont des émetteurs et les lignes de sortie, des fibres optiques. 7. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes d'entrée sont des fibres et les lignes de sortie, des photorécepteurs. 8. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réseau (33) est un réseau plan travaillant en réflexion, le système optique (36) est un miroir sphérique, le foyer du miroir étant sur le réseau (33), les extrémités des lignes d'entrée-sortie et de transmission sont au voisinage du centre du miroir, le réseau étant incliné de façon à travailler selon son ordre de blaze. 9. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le miroir sphérique (36) et le réseau (33) sont formés, respectivement aux extrémités, d'un premier bloc de verre. 10. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités des lignes sont fixées à un deuxième bloc de verre, solidarisé du premier bloc de verre par collage. 11. Multiplexeur-démultiplexeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier bloc de verre est composé de deux éléments collés l'un à l'autre. 12. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réseau et le système optique sont constitués ensemble par un réseau concave à champ plan. 13. Multiplexeur-démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'elle comporte plusieurs lignes de transmission.