Brevet FR2746501A1 — publié le 19970926

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de mesure spectro-temporelle d'impulsions optiques courtes. Un tel dispositif peut être utilisé notamment pour caractériser les signaux de différents composants optiques tels que les lasers, les modulateurs, et d'une façon générale tous générateurs d'impulsions optiques courtes. Actuellement, trois dispositifs sont connus dans ce domaine d'application. Le premier dispositif, basé sur un principe d'autocorrélateur, est illustré schématiquement sur la figure 1. Le dispositif comprend un interféromètre de type Nlichelson" comprenant un séparateur 12 et deux miroirs 14, 16. La lumière L issue d'un générateur d'impulsions est séparée en deux faisceaux par le séparateur 12 et se propage selon les deux bras de l'interféromètre en étant réfléchie par les miroirs 14, 16. Ces faisceaux interagissent dans un cristal non linéaire 20 a"ec un retard T proportionnel à la différence de la longueur des deux bras. Au cours de la propagation dans le cristal 20, les deux ondes génèrent une onde de deuxième harmonique. L'un des miroirs 16 est associé à un moteur pas à pas 18, qui permet de modifier la position dudit miroir afin de faire varier le retard et ainsi modifier l'intensité de la seconde harmonique. Le signal optique issu du cristal 20 est de préférence dirigé vers un photomultiplicateur 22 relié à un détecteur synchronie 24. Il est prévu en outre un oscilloscope 26 relié, d'une part au détecteur synchrone 24 et d'autre part à un contrôleur 28 qui pilote le moteur pas à pas 18. Le profil obtenu sur le photo-multiplicateur 22 représente la fonction autocorrélation en intensité des impulsions incidentes. La largeur à mi-hauteur peut être déduite en appliquant le facteur de déconvolution correspondant à la forme de l'impulsion choisie. Cette technique est très particulière car elle suppose que l'on connaisse la forme de l'impulsion à mesurer. Or dans la pratique, la forme de l'impulsion est le plus souvent inconnue, ce qui empêche une utilisation banalisée du dispositif illustré sur la figure 1. Le deuxième dispositif connu, illustré sur la figure 2 annexée, correspond à une caméra à balayage de fentes (streal; caméra). Dans ce dispositif, le faisceau optique illumine une photocathode 30 à travers une fente 32. Les électrons ainsi générés sur la photocathode 30 sont accélérés (par des électrodes 31) et traversent une paire d'électrodes 34 qui sont modulées par un signal issu d'un circuit de commande 36 qui synchronise le signal d'impulsions incidentes à mesurer. Les électrons sont ainsi déviés de leur trajectoire par le champ électrique modulant généré par les électrodes 34 de manière à les faire arriver à des temps légèrement différents, et aussi avec des angles différents dans un plan vertical. Les électrons sont alors multipliés dans un multiplicateur 37 avant de frapper un écran phosphorescent 38 sur lequel se dessine l'impulsion à mesurer. La caméra à balayage de fentes permet en théorie de mesurer directement l'impulsion. Cependant, I'utilisation de ce dispositif est fortement limitée par le niveau de bruit induit. En effet, en fonctionnement répétitif (cadences élevées) la résolution doit être majorée du fait du bruit de phase. Ce bruit de phase rend difficile la mesure précise des impulsions fines (inférieure à 5pus). Par ailleurs, on a proposé récemment, dans le document M.T. Kaufmann, W.C. Bandai, A.A. Godil and D.bl. Bloom, Time to frequency converter for measuring picosecond optical pulses", Applied Physics Lettes, 64, 1994, pages 2/0-272, un troisième dispositif constitué d'un milieu dispersif associé à un modulateur de phase optique configuré en "lentille temporelle" pour mesurer l'impulsion du domaine temporel dans le domaine fréquentiel. Le train d'impulsions à analyser traverse le milieu dispersif puis traverse le modulateur de phase qui est modulé par un signal sinusoïdal ou inversement. Le couple milieu dispersif et modulateur de phase permet d'analyser les signaux du domaine temporel dans le domaine fréquentiel tout en gardant leur forme initiale. I1 a été démontré, en effet, que le spectre de sortie possède la même forme que l'impulsion d'entrée. Par conséquent, la mesure de la forme du spectre de sortie donne directement la forme temporelle de l'impulsion d'entrée. Un analyseur de spectre en sortie suffit donc pour mesurer cette impulsion. Le modulateur de phase associé à un milieu dispersif permet de s'affranchir de la connaissance de la forme de l'impulsion de départ. Cependant, elle ne permet pas de mesurer des impulsions à des cadences différentes. En effet, cette méthode n'est performante que pour des plages de fréquence bien identifiées à l'avance, à moins d'utiliser plusieurs modulateurs de phase réglés à des fréquences différentes, ce qui rendrait le dispositif très complexe et en conséquence très couteux. D'autre part, lorsque les débits sont très élevés (supérieur à cinq G bit/s) la conception du modulateur devient irréalisable. Par conséquent, pour des débits variables, cette lentille temporelle perd son efficacité et rend la mesure impossible. I1 a été proposé en outre, dans le document Applied Physics Letters précité d'ajouter au dispositif, un modulateur d'intensité optique synchronisé sur la lentille temporelle pour tenter de réduire les aberrations lors de mesures sur des impulsions larges. Les trois dispositifs précités sont restés pratiquement au stade du laboratoire. La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau dispositif de mesure spectro-temporelle d'impulsions optiques courtes. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un dispositif du type comprenant un modulateur de phase optique couplé à un milieu dispersif et un analyseur de spectre, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre: - une porte optique placée en amont du modulateur de phase, et - un générateur de signaux binaires aptes à piloter la porte optique. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - les figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif à autocorrélateur et une caméra à balayage de fentes conformes à l'état de la technique, tels que décrits précédemment, et - la figure 3 représente schématiquement un dispositif de mesure conforme à la présente invention. Le dispositif de mesure conforme à la présente invention, formant analyseur spectro-temporelle associe une porte optique 100 modulée par un signal d'échantillonnage binaire à séquences variables ou programmables et une lentille temporelle constituée d'un modulateur de phase optique 150 et d'un milieu dispersif 160. Ce dispositif permet de mesurer et d'analyser des impulsions optiques picosecondes et subpicosecondes quel que soit la fréquence de répétition, ainsi que le spectre en fréquence par la même occasion. Le signal d'échantillonnage binaire appliqué à la porte optique 100 provient d'un générateur 110. Le cas échéant un déphaseur 115 peut être placé entre la sortie du générateur 110 du signal d'échantillonnage et l'entrée de commande de la porte optique 100 pour ajuster le déclenchement de celle-ci. La porte optique 100 peut être formée par exemple d'un modulateur électro-absorption. Elle échantillonne le signal incident S1 pour adapter la fréquence de répétition des impulsions analysées, à l'ouverture de la lentille temporelle formée du modulateur de phase 150 et du milieu dispersif 160. Le signal issu du générateur 110 pour moduler la porte optique 100 est un signal programmable ou variable. Le temps de montée, de maintien et de descente des impulsions électriques programmables ou variables issues du générateur 110, pour moduler la porte optique 100, doivent être en accord pour assurer une certaine transparence pour le signal échantillonné. Le modulateur électro-optique de phase quadratique 150 est couplé au milieu dispersif 60 à coefficient de dispersion contrôlé. Selon la figure 3, le modulateur de phase 150 est placé en amont du milieu dispersif 160. Cependant la disposition inverse peut être retenue, c'est-à-dire que le milieu dispersif 160 pourrait étre placé en amont du modulateur de phase 150. Les impulsions échantillonnées S2 qui traversent la porte optique 100 sont appliquées à la lentille temporelle 150/160. Le signal est ainsi transformé du domaine temporel dans le domaine fréquentiel pour être mesuré en sortie par un analyseur de spectre optique 190. Cet analyseur de spectre 190 permet d'effectuer les mesures fréquentielles provenant soit du modulateur 1r0, soit du milieu dispersif 160, selon l'agencement de ces derniers. Le modulateur de phase 150 est commandé par un générateur 155 de signal sinusoïdal, xia un amplificateur 157 de Forte puissance. De plus, une synchronisation est assurée, par la ligne 112, entre le générateur 155 et le générateur 110. Le fonctionnement général du dispositif est le suivant. Les impulsions optiques S1 à analyser sont appliquées à l'entrée de la porte optique 100 qui laissent passer un certain nombre d'impulsions en direction du modulateur de phase 150. Le nombre d'impulsions qui traversent la porte optique 100 est géré par le générateur d'impulsions électriques commandables 110 qui pilotent la porte optique 100. Ainsi, la porte optique modulée 100 échantillonne le signal optique S1 de manière à réduire la cadence des impulsions incidentes afin de l'adapter à l'ouverture de la lentille temporelle (modulateur de phase 1 50 plus milieu dispersif 160). La cadence des impulsions est réglée pour assurer la condition fc inférieure ou égale à fmod, fc étant la fréquence de répétition des impulsions S2 en sortie de la porte optique 100 et fmod étant la fréquence de modulation du modulateur de phase 150 correspondant à l'ouverture de la lentille. Les impulsions en sortie de la porte optique 100 sont ainsi analysées par le couple modulateur de phase 150 et milieu dispersif 160 qui réalisent la transformation domaine temporel en domaine fréquentiel afin de mesurer le signal optique incident échantillonné avec l'analyseur de spectre optique 190. La présente invention permet ainsi de caractériser de nombreux composants optoélectroniques utilisés dans les systèmes de télécommunication optiques, tels que les lasers, les modulateurs et tous générateurs d'impulsions très courtes utilisés dans les systèmes de multiplexage optiques temporels, qui fonctionnent à des débits de plus en plus élevés (dans la plage des picos et femtosecondes). L'utilisation d'un seul modulateur de phase (quadratique) indépendamment de la fréquence de répétition, dans le cadre de I'invention, permet d'assouplir les réglages optiques et d'obtenir un composant compact en vue d'une réalisation industrielle. L'invention permet la mesure simultanée du spectre optique et des impulsions cadencées à des vitesses différentes dans le domaine fréquentiel. Elle permet d'effectuer ces mesures meme à très haut débit (supérieur à SGbits/s). L'invention permet également de réduire la contrainte de vitesse sur le modulateur de phase. Un seul modulateur de phase quadratique suffit pour couvrir le domaine d'analyse des impulsions courtes. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vivent d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Par exemple, on peut prévoir de rajouter un déphaseur 156 entre le générateur 155 et l'amplificateur 157. Alors que le déphaseur 115 précité a pour rôle de synchroniser les signaux d'échantillonnage sur les impulsions d'entrée, le déphaseur 156 a pour rôle d'ajuster la fenêtre d'analyse du modulateur de phase 150 sur les impulsions issues de la porte optique 100. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure spectro-temporelle d'impulsions optiques courtes du type comprenant un modulateur de phase optique (150) couplé à un milieu dispersif (160) et un anal-seur de spectre (190), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre - une porte optique (100) placée en amont du modulateur de phase (150), et - un générateur (110) de signaux électriques binaires aptes à piloter la porte optique (100). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le modulateur de phase (150) est placé en amont du milieu dispersif (160). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le modulateur de phase (150) est placé en aval du milieu dispersif (160). 4. Dispositif selon l'une des rex endications 1 à 3, caractérisé par le fait que la porte optique (100) est formée d'un modulateur électroabsorption. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à A, caractérisé par le fait que le signal électrique binaire d'échantillonnage issu du générateur (110) est adapté pour moduler la porte optique (100) de sorte que celle-ci échantillonne le signal incident pour adapter la fréquence de répétition à l'ouverture de la lentille temporelle constituée par le modulateur de phase (150) et le milieu dispersif (160). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé par le fait que le signal d'échantillonnage binaire issu du générateur (110) est adapté pour garantir une cadence d'impulsions à la sortie de la porte optique (100) respectant la condition fc inférieure ou égale à fmOd, relation dans laquelle fc représente la fréquence de répétition des impulsions en sortie de la porte optique (100) et fmod représente la fréquence de modulation du modulateur de phase (150). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les signaux électriques binaires issus du générateur (110) sont des signaux programmables ou variables. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'un déphaseur (115) est inséré entre la sortie du générateur (110) des signaux d'échantillonnage binaires et l'entrée dc commande de la porte optique (100). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le modulateur de phase (150) est commandé par un signal sinusoïdal (155) par l'intermédiaire d'un amplificateur (157) de forte puissance. 10. Dispositif selon l'une des rexendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'une synchronisation (112) est maintenue entre le générateur (110) de signaux binaires et le synthétiseur (155) qui pilote le modulateur de phase (150). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il est prévu un déphaseur sur la ligne de commande du modulateur de phase (150) pour ajuster la fenêtre d'analyse de ce modulateur sur les impulsions issues de la porte optique (100).