Brevet FR2747254A1 — publié le 19971010

La présente invention concerne un procédé et un appareil de multiplexage optique d'extension-branchement destinés à être utilisés pour l'extraction ou l'insertion de signaux optiques à une longueur d'onde spécifique seulement, à l'aide de lumières de signaux optiques multiplexés en longueur d'onde, à plusieurs longueurs d'onde. Un exemple bien connu de dispositif multiplexeur optique d'extension-branchement (ADM) a une configuration représentée sur la figure 1, dans laquelle un réseau de fibres est utilisé comme filtre de sélection de longueurs d' onde. Le dispositif optique de multiplexage d'extensionbranchement de la figure 1 comporte deux circulateurs optiques 71 et 75, et un réseau 73 de fibres placé entre eux, et les lumières des signaux optiques multiplexés en longueurs d'onde sont transmises au premier circulateur optique 71 par une voie 71a d'entrée. Ces lumières de signaux circulent alors sous la commande du premier circulateur optique 71 de la voie d'entrée 71a à une voie de sortie 71b et pénètrent dans le réseau 73. Celui-ci ne réfléchit que les lumières à une longueur d'onde spécifique parmi les lumières introduites des signaux optiques multiplexés en longueurs d'onde, vers le premier circulateur optique 71. Les lumières réfléchies sont alors transmises sous forme de lumières de signaux de branchement (appelées dans la suite "lumières de branchement") à partir d'une voie 71a de branchement du premier circulateur optique 71. Les lumières des signaux à d'autres longueurs d'onde qui ne sont pas réfléchies par le réseau 73 sont transmises par celui-ci et pénètrent dans le second circulateur optique 75 par une voie d'entrée 75a. Ces lumières de signaux circulent alors sous la commande du second circulateur optique 75 de la voie d'entrée 75a à une voie de sortie 75b, et elles sont transmises par la voie de sortie 75b. En outre, le second circulateur optique 75 possède une voie d'extension 75c à partir de laquelle doivent pénétrer les lumières d'extension appelées dans la suite "lumières d'extension" à une longueur d'onde particulière. Ces lumières d'extension circulent alors sous la commande du second circulateur 75 de la voie 75c d'extension à la voie 75a d'entrée et pénètrent dans le réseau 73 de fibres. Les lumières d'extension introduites dans le réseau 73 sont réfléchies par celui-ci et transmises par la voie de sortie 75b du second circulateur 75 avec les autres lumières de signaux transmises par le réseau 73 comme décrit précédemment. Dans ce dispositif de multiplexage d'extension-branchement classique mettant en oeuvre un réseau de fibres, un problème s'est posé car les lumières de branchement et les lumières d'extension qui doivent être réfléchies par le réseau ne sont pas en réalité réfléchies totalement, et certaines lumières de branchement et d'extension sont transmises par le réseau en sens opposé au sens prévu. Ces composantes de transmission dépendent du rejet par le réseau de fibres. Les lumières de branchement et d'extension ont la même longueur d'onde si bien que les composantes de lumière de branchement formant des fuites, c'est-à-dire les fuites des lumières de branchement vers les lumières d'extension, interfèrent avec les lumières d'extension alors que les composantes lumineuses d'extension formant des fuites, c'est-à-dire les fuites des lumières d'extension vers les lumières de branchement, interfèrent avec les lumières de branchement, et un problème est dû au fait que des bruits de battement dus à ces interférences provoquent une dégradation de la caractéristique de transmission. Lors de la construction des systèmes à câble optique sous-marin utilisés pour les communications optiques par multiplexage en longueurs d'onde par exemple, il faut prendre en compte le cas de la pire des pénalisations et, pour qu'un niveau satisfaisant soit obtenu sans dégradation notable de la caractéristique de transmission par le bruit de battement entre les lumières d'extension et les composantes de fuite de lumière de branchement et le bruit de battement entre les lumières de branchement et les composantes de fuite de lumière d'extension, il faut une différence d'environ 50 dB entre la lumière des signaux et la lumière des fuites comme indiqué sur la figure 2. Cependant, actuellement, aucun réseau de fibres capable d'assurer un rejet de 50 dB n'a été fabriqué. Même s'il est possible de fabriquer à l'avenir un tel réseau de fibres, on prévoit qu'il sera très coûteux. Suivant la technologie actuelle de fabrication des réseaux de fibres, le rejet est d'environ 35 dB au plus, comme peut l'indiquer le coefficient de transmission représenté sur la figure 3. En conséquence, la dégradation de la caractéristique de transmission par les bruits de battement est le principal problème posé par la construction de systèmes utilisant le dispositif de multiplexage d'extension-branchement optique. La présente invention a donc pour objet la mise à disposition d'un procédé et d'un appareil de multiplexage optique d'extension-branchement capable de réduire la dégradation de la caractéristique de transmission provoquée par les bruits de battement dus aux interférences des composantes de fuite d'un réseau de fibres, par utilisation d'un brouilleur polarisant à grande vitesse qui peut être fabriqué par la technologie actuelle de fabrication à un coût peu élevé de fabrication qui est raisonnable en pratique. Dans un premier aspect, la présente invention concerne un appareil de multiplexage optique d'extension-branchement qui comprend un brouilleur de polarisation à grande vitesse destiné à introduire des lumières de signaux avec une modulation de données à une fréquence de bits à grande vitesse qui leur est appliquée, et à brouiller les états de polarisation des lumières des signaux introduites à grande vitesse, et un élément optique d'extension-branchement destiné à recevoir les lumières des signaux avec les états de polarisation brouillés par le brouilleur de polarisation à grande vitesse, et à effectuer une opération de multiplexage d'extension-branchement pour les lumières des signaux à une longueur d'onde spécifique parmi les signaux lumineux reçus. Dans un autre aspect, l'invention concerne un procédé de multiplexage optique d'extension-branchement, qui comprend les étapes suivantes : le brouillage d'états de polarisation de lumières de signaux d'entrée à grande vitesse, les lumières des signaux d'entrée étant appliquées avec une modulation de données à une fréquence de bits à grande vitesse, et l'exécution d'une opération de multiplexage d'extension-branchement pour les lumières des signaux à une longueur d'onde spécifique parmi les lumières des signaux ayant les états de polarisation brouillés par l'étape de brouillage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un diagramme synoptique d'un appareil classique de multiplexage optique d'extension-branchement la figure 2 est un graphique indiquant la pénalisation en fonction du rapport de puissances de signal et d'interférences dans le cas de l'appareil classique de multiplexage optique d'extension-branchement de la figure T la figure 3 est un graphique représentant la variation du coefficient de transmission en fonction de la longueur d'onde dans le cas d'un réseau de fibres actuellement disponible la figure 4 est un diagramme synoptique d'un appareil de multiplexage optique d'extension-branchement dans un premier mode de réalisation de l'invention la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un brouilleur polarisant à grande vitesse incorporé à l'appareil de multiplexage optique d'extension-branchement de la figure 4 la figure 6 est un graphique indiquant la variation de la pénalisation avec le rapport des puissances du signal et des interférences pour trois cas y compris celui de l'utilisation d'un brouilleur polarisant à grande vitesse selon l'invention ; et la figure 7 est un diagramme synoptique d'un appareil de tests utilisé pour l'obtention des résultats de mesure indiqués sur le graphique de la figure 6. On se réfère aux figures 4 à 7 pour la description détaillée d'un exemple de mise en oeuvre de procédé et d'appareil de multiplexage optique d'extension-branchement selon l'invention. La figure 4 représente une configuration d'un appareil de multiplexage optique d'extension-branchement (appelé dans la suite "appareil optique de multiplexage d'extensionbranchement") mettant en oeuvre un brouilleur polarisant à grande vitesse dans ce mode de réalisation, dans lequel les signaux lumineux d'un laser de polarisation uniforme créés par un laser 1 à ondes entretenues sont modulés par les données, à une fréquence élevée de bits de 5 GHz par exemple, par un modulateur de LiNbO3 3, avant transmission dans un brouilleur polarisant à grande vitesse (SCR) 5. Le brouilleur polarisant 5 brouille l'état de polarisation des signaux lumineux introduits, modulés par les données par le modulateur de LiNbO3 3, à une vitesse élevée, correspondant à une fréquence de 5 GHz par exemple, afin que la probabilité de présence des plus mauvais états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférences soit réduite. Il est préférable d'utilise une fréquence de l'ordre du gigahertz comme fréquence de bits avec laquelle la modulation des données est appliquée au modulateur de LiNbO3 3, et une fréquence supérieure au dixième de cette fréquence de bits à grande vitesse comme fréquence de brouillage à grande vitesse dans le brouilleur 5, pour obtenir un brouillage précis avec polarisation à grande vitesse. Les lumières des signaux dont les états de polarisation sont brouillés à vitesse élevée par le brouilleur 5 sont alors introduites dans un élément optique de multiplexage d'extension-branchement 11, éventuellement par l'intermédiaire d'amplificateurs optiques 7 et 9. Cet élément optique de multiplexage d'extension-branchement 11 a pratiquement la même configuration que l'appareil de multiplexage d'extension-branchement de la figure 1, décrit précédemment et qui est formé par le premier circulateur optique 71, le réseau de fibres 73 et le second circulateur optique 75, dans lequel les lumières des signaux à une longueur d'onde spécifique seule parmi les lumières des signaux introduites sont transmises de la voie de branchement 71c sous forme de lumières de branchement (lumières des signaux de branchement) alors que les lumières des signaux d'autres longueurs d'onde et les lumières d'extension (lumières des signaux d'extension) ajoutées par la voie d'extension 75c sont transmises par la voie de sortie 75b. Le brouilleur 5 a la configuration détaillée indiquée sur la figure 5 dans laquelle une tension sinusoïdale (VOsin(Qt)) d'amplitude constante créée par un générateur d'ondes sinusoïdales 53 est appliquée à une électrode formée sur un substrat 51 de LiNbO3 afin que l'indice de réfraction du substrat 51 varie en fonction des lumières des signaux à un état de polarisation de 450, introduites par une fibre d'entrée 55, si bien que les états de polarisation des lumières des signaux introduites sont brouillés à grande vitesse à tous les états possibles de polarisation avec des probabilités presque égales. Grâce au brouillage des états de polarisation des lumières des signaux à grande vitesse de cette manière, il est possible de réduire la probabilité d'apparition des pires états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférences, si bien que la pénalisation peut être réduite dans le cas où il apparaît la plus mauvaise valeur de la caractéristique de transmission. Plus précisément, la pénalisation due aux bruits de battement dans l'élément optique de multiplexage d'extension-branchement 11 (l'appareil optique de multiplexage d'extension-branchement de la figure 1) comme indiqué précédemment varie beaucoup avec les états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférences. Ainsi, un cas de pire polarisation se produit lorsque les lumières des signaux et les lumières d'interférences qui sont introduites ont un même état de polarisation, et un cas de meilleure polarisation se produit lorsque les lumières des signaux et les lumières d'interférences qui sont introduites ont des états de polarisation qui sont mutuellement perpendiculaires. En conséquence, par brouillage des états de polarisation des lumières des signaux à tous les états possibles de polarisation avec des probabilités presque égales, à une grande vitesse, par le brouilleur 5, il est possible de réduire la probabilité d'apparition des pires états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférences avec réduction de la pénalisation de l'apparition de la pire des valeurs pour la caractéristique de transmission. Il est alors possible de réduire la valeur nécessaire de rejet du réseau de fibres 73 utilisé dans l'élément optique de multiplexage d'extension-branchement 11, si bien qu'il est possible de réaliser l'appareil optique de multiplexage d'extension-branchement qui peut être fabriqué par la technologie de fabrication actuellement disponible à un coût peu élevé de fabrication qui est raisonnable en pratique. La figure 6 représente une relation entre la pénalisation et le rapport S/X (en dB) (rapport de la puissance (S) des signaux à la puissance (X) des interférences) dans trois cas : la pire des polarisations (comme indiqué par les carrés), la meilleure polarisation (comme indiqué par les triangles), et l'utilisation du brouilleur polarisant à grande vitesse selon l'invention (comme indiqué par les cercles). Les caractéristiques indiquées sur la figure 6 ont été obtenues dans un appareil d'essais représenté sur la figure 7. Dans l'appareil de la figure 7, les lumières des signaux transmises par l'émetteur 41 sont soumises à un brouillage à grande vitesse ou à un réglage de polarisation à une polarisation arbitraire par un brouilleur à grande vitesse ou un organe 42 de réglage de polarisation, alors que les lumières d'interférences transmises par l'émetteur 43 de lumières d'interférences sont soumises à un ajustement de niveau par un atténuateur 44. Les lumières des signaux à polarisation réglée ou brouillés à grande vitesse et les lumières d'interférences dont le niveau est ajusté sont couplées par un coupleur 45 à 3 dB. Le signal couplé de sortie du coupleur 45 est alors reçu par un récepteur optique 46 et le taux d'erreurs de bits BER du signal de sortie reçu du récepteur 46 est mesuré par un dispositif 47 de mesure du taux d'erreurs de bits BER. Il faut noter que l'organe de commande de polarisation a alors une configuration permettant l'obtention d'une polarisation arbitraire par rotation d'une lame demi-onde ou quart-d'onde. Ensuite, lors de l'obtention des résultats des mesures indiquées sur la figure 6, l'organe de commande de polarisation a été utilisé pour la mesure dans le cas de la meilleure polarisation et dans le cas de la pire des polarisations, alors que le brouilleur de polarisation à grande vitesse a été utilisé pour la mesure dans le cas de l'utilisation du brouilleur à grande vitesse à la place de l'organe de commande de polarisation. Comme indiqué précédemment, lors de la construction d'un système optique à câble sous-marin, il faut tenir compte de la pénalisation dans le cas de la pire des polarisations. A cet égard, comme l'indique la figure 6, dans le cas de l'utilisation du brouilleur polarisant à grande vitesse selon l'invention, la pénalisation correspond grossièrement au milieu entre le cas de la meilleure polarisation et celui de la pire des polarisations pour le rapport S/X inférieur à 30 dB qui correspond à une valeur de rejet inférieure à 30 dB dans le réseau de fibres, mais la pénalisation devient presque la même que dans le cas de la meilleure polarisation pour un rapport S/X supérieur à 35 dB qui correspond à la valeur de rejet de 35 dB dans le réseau de fibres, si bien qu'on a confirmé expérimentalement que l'appareil optique de multiplexage d'extension-branchement selon la présente invention était presque dépourvu de pénalisation pour un rapport S/X supérieur à 35 dB. Comme décrit, grâce à l'utilisation des lumières des signaux de transmission avec les états de polarisation brouillés à grande vitesse par le brouilleur 5 à l'entrée de l'élément optique de multiplexage d'extension-branchement 11 pour la mise en oeuvre de l'opération de multiplexage d'extension-branchement, la valeur nécessaire du rejet par le réseau de fibres peut être réduite de 50 dB à environ 35 dB, si bien qu'il est possible de réaliser un appareil optique de multiplexage d'extension-branchement qui peut être fabriqué par la technologie de fabrication actuellement disponible à un coût réduit de fabrication qui est raisonnable en pratique. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de multiplexage optique d'extension-branchement, caractérisé en ce qu'il comprend un brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse destiné à introduire des lumières de signaux avec une modulation de données à une fréquence de bits à grande vitesse qui leur est appliquée, et à brouiller les états de polarisation des lumières des signaux introduites à grande vitesse, et un élément optique (11) d'extension-branchement destiné à recevoir les lumières des signaux avec les états de polarisation brouillés par le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse, et à effectuer une opération de multiplexage d'extension-branchement pour les lumières des signaux à une longueur d'onde spécifique parmi les signaux lumineux reçus. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse brouille les états de polarisation des lumières des signaux introduites afin que la probabilité d'apparition des pires états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférences soit réduite. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse brouille les états de polarisation des lumières des signaux introduites pour tous les états possibles de polarisation avec des probabilités presque égales. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse brouille les états de polarisation des lumières des signaux introduites par variation de l'indice de réfraction d'un organe dans lequel passent les lumières des signaux introduites avec un état spécifique de polarisation. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse comporte un organe de substrat (51) à travers lequel passent les lumières des signaux introduites, l'organe de substrat (51) ayant une électrode formée en surface, et un générateur (53) d'onde sinusoïdale destiné à appliquer une tension sinusoïdale d'amplitude constante à l'électrode pour faire varier l'indice de réfraction de l'organe de substrat (51) par rapport aux lumières des signaux introduites à un état spécifique de polarisation. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de bits à grande vitesse de modulation de données appliquée aux lumières des signaux introduites par le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse est de l'ordre du gigahertz, et la fréquence de brouillage à grande vitesse avec laquelle le brouilleur (5) brouille les états de polarisation des lumières des signaux introduites dépasse le dixième de la fréquence des bits à grande vitesse. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un modulateur (3) destiné à appliquer la modulation des données à la fréquence des bits à grande vitesse aux lumières des signaux à un état spécifique de polarisation, et à transmettre les lumières des signaux avec la modulation de données appliquée au brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément optique (11) d'extension-branchement comporte un premier circulateur optique (71) ayant une voie de branchement destinée à l'introduction de lumière de signaux avec des états de polarisation brouillés par le brouilleur (5) de polarisation à grande vitesse, un réseau (73) de fibres destiné à réfléchir, vers le premier circulateur optique (71), les lumières des signaux à la longueur d'onde spécifique parmi les lumières des signaux introduites dans le premier circulateur optique (71), afin que les lumières des signaux à la longueur d'onde spécifique soient dérivées sous forme de lumières de signaux de branchement provenant de la voie de branchement, et à transmettre les autres lumières de signaux à des longueurs d'onde autres que la longueur d'onde spécifique, et un second circulateur optique (75) ayant une voie d'extension, destiné à recevoir les lumières des signaux transmises par le réseau (73) de fibres avec circulation des lumières de signaux d'extension à la longueur d'onde spécifique introduites par la voie d'extension dans le réseau (73) de fibres, afin que les lumières des signaux d'extension soient réfléchies vers le second circulateur optique (75) par le réseau (73) de fibres, et à transmettre les lumières des signaux transmises par le réseau (73) de fibres avec les lumières des signaux d'extension réfléchies par le réseau (73) de fibres. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau (73) de fibres a une valeur de rejet qui est de 35 dB au plus. 10. Procédé de multiplexage optique d'extension-branchement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes le brouillage d'états de polarisation de lumières de signaux d'entrée à grande vitesse, les lumières des signaux d'entrée étant appliquées avec une modulation de données à une fréquence de bits à grande vitesse, et l'exécution d'une opération de multiplexage d'extension-branchement pour les lumières des signaux à une longueur d'onde spécifique parmi les lumières des signaux ayant les états de polarisation brouillés par l'étape de brouillage. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de brouillage assure le brouillage des états de polarisation des lumières des signaux d'entrée de manière que la probabilité de la présence des pires états de polarisation des lumières des signaux et des lumières d'interférence soit réduite. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de brouillage brouille les états de polarisation des lumières de signaux d'entrée à tous les états possibles de polarisation avec des probabilités presque égales. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de brouillage brouille les états de polarisation des lumières des signaux d'entrée par variation de l'indice de réfraction d'un organe par lequel passent les lumières des signaux d'entrée à un état spécifique de polarisation. 14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de brouillage comporte en outre les étapes suivantes le passage des lumières des signaux d'entrée à travers un organe de substrat (51) sur lequel est formée une électrode, et l'application d'une tension sinusoïdale d'amplitude constante à l'électrode afin que l'indice de réfraction de l'organe de substrat (51) varie pour les lumières des signaux d'entrée à un état spécifique de polarisation. 15. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la fréquence de bits à vitesse élevée de modulation de données appliquée aux lumières des signaux d'entrée est de l'ordre du gigahertz, et une fréquence de brouillage à vitesse élevée avec laquelle les états de polarisation des lumières des signaux d'entrée sont brouillés dans l'étape de brouillage dépasse le dixième de la fréquence de bits à grande vitesse. 16. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'application de la modulation de données à la fréquence de bits à grande vitesse aux lumières des signaux d'entrée à un état spécifique de polarisation, et la transmission des lumières des signaux d'entrée avec la modulation de données appliquée vers l'étape de brouillage. 17. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape d'exécution de l'opération de multiplexage comprend les étapes suivantes l'entrée de lumières de signaux ayant des états de polarisation brouillés par l'étape de brouillage dans un premier circulateur optique (71) ayant une voie de branchement, la réflexion vers le premier circulateur optique (71) des lumières des signaux à la longueur d'onde spécifique parmi les lumières des signaux introduites dans le premier circulateur optique (71) par un réseau (73) de fibres, afin que les lumières des signaux à la longueur d'onde spécifique soient dérivées sous forme de lumières de signaux de branchement provenant de la voie de branchement, et la transmission d'autres lumières de signaux à des longueurs d'onde autres que la longueur d'onde spécifique par le réseau (73) de fibres, et la réception des lumières des signaux transmises par le réseau (73) de fibres par un second circulateur optique (75) ayant une voie d'extension, avec circulation des lumières des signaux d'extension à la longueur d'onde spécifique introduite par la voie d'extension dans le réseau (73) de fibres afin que les lumières des signaux d'extension soient réfléchies vers le second circulateur optique (75) par le réseau (73) de fibres, et la transmission des lumières des signaux transmises par le réseau (73) de fibres avec les lumières des signaux d'extension réfléchies par le réseau (73) de fibres. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le réseau (73) de fibres a une valeur de rejet au plus égale à 35 dB.