Brevet FR2736480A1 — publié le 19970110

DISPOSITIF DE COLORATION DE SIGNAUX OPTIQUES L'invention concerne un dispositif de coloration de signaux optiques, c'est-à-dire un dispositif permettant de réaliser une transposition en longueur d'onde sur les signaux. La présente invention trouve des applications dans les systèmes optiques de télécommunications, en particulier dans les réseaux de transmission par paquets, c'est-à-dire dans les réseaux par paquets à multiplexage en longueur d'onde colorés optiquement. Il peut s'agir de trames synchrones ou de paquets asynchrones véhiculés à des longueurs d'onde porteuses différentes. Les performances de la fibre optique en tant que support de transmission ont permis d'envisager le transport d'information sur des distances de plus en plus grandes. L'évolution des composants optiques pour l'émission des signaux modulés, pour la réception ainsi que le développement d'amplificateurs optiques ont conduit à la conception de réseau haut débit, qui cherchent à partager la très large bande de transmission offerte par la fibre optique en plusieurs canaux, chaque canal utilisant la bande nécessaire pour les systèmes électroniques. Ce principe est à la base des propositions de réseaux locaux multicolores, d'études de réseau d'accès optiques combinant multiplexage optique et multiplexage électronique temporel synchrone et de réseau de paquets optiques dans le domaine du mode de transfert asynchrone. Dans de nombreuses études, on propose de partager la bande passante de transmission de la fibre optique en différents canaux représentés par une fréquence optique spécifique par canal. L'utilisation de cette technique, dite de multiplexage en fréquence optique ou en longueur d'onde (OFDM: optical frequency division muitiplexing, ou WDM: wavelength division multiplexing en anglais) a trouvé sa justification dans la découverte de fonctions optiques permettant le traitement des canaux optiques: filtrage, extraction, insertion de canaux, démultiplexage et transposition de fréquence. Cette dernière technique (wavelength conversion en anglais) permet de transférer le signal d'une longueur d'onde porteuse à une autre. L'intérêt de la transposition de fréquence dépend du type de réseau et des règles de gestion des longueurs d'onde utilisées. On conçoit cependant facilement qu'elle offre une grande souplesse dans la gestion des canaux, en particulier dans le cadre des réseau commutés (synchrones ou asynchrones) lorsqu'il s'agit d'éviter le phénomène de contention. Ce phénomène correspond au blocage occasionné lorsque deux signaux de même longueur d'onde sont transportés par des supports physiques distincts du réseau et doivent, après passage dans un noeud de commutation, être transmis sur le même support physique. La transposition en fréquence facilite également la réutilisation de longueurs d'onde lorsque deux réseaux doivent être reliés. En bref, elle permet de concevoir le domaine des fréquence optiques comme une ressource parfaitement souple au niveau de sa gestion. Les techniques disponibles aujourd'hui permettent le plus souvent une conversion de longueur d'onde efficace, sur une large gamme de longueur d'onde (c'est-à-dire dans une large plage possible pour (XO, l... n), transparente au débit véhiculé sur les longueurs d'onde et indépendamment de l'état de polarisation des signaux incidents. Cependant, il n'existe pas à ce jour de techniques simples qui permettent la "pseudo-transposition" de kOàXO par exemple sans altérer la qualité du signal optique. Or, ce problème se rencontre dans le cas o l'on désire réaliser une transposition en fréquence optique et que l'on a parmi les signaux d'entrée à transposer des signaux qui sont à la longueur d'onde de transposition. Cela peut se produire dans le cas de la transmission de paquets multiplexés en longueur d'onde. Il s'agit donc de convertir les signaux de longueurs d'onde XO,Il...In à une longueur X0. Des dispositifs pour réaliser cette fonction ont déjà été étudiés. Cependant, en utilisant sans précaution particulière un de ces dispositifs, on risque de modifier considérablement la qualité des signaux qui arrivent à la longueur d'onde XO. L'une des techniques connue de transposition en longueur d'onde la plus simple à mettre en oeuvre fait appel à la compression du gain des amplificateurs à semi-conducteur. Un schéma de principe d'un dispositif expérimental est représenté sur la figure 1. Une puissance continue à la longueur d'onde k0 (sonde) est injectée en même temps que le signal modulé en intensité ki dans un amplificateur optique à semi-conducteur. En sortie de l'amplificateur, le signal de la sonde est modulé par les variations du gain qui sont en relation avec les variations d'intensité du signal incident (Xi). Dans le cas o O = Xi, le signal continu injecté (sonde) apparaît comme un signal parasite. Le taux d'extinction du signal optique est donc dégradé. Une solution pourrait consister à moduler le signal de pompe afin de ne pas l'injecter lorsque XO = ki. Cette solution est cependant difficile à mettre en oeuvre à cause de problèmes de synchronisation. En effet, il est nécessaire de savoir à quel moment éteindre la sonde pour laisser passer le paquet ou la trame à la longueur d'onde 0. Le dispositif ne présente pas ces inconvénients. La présente invention permet de résoudre ces problèmes. Elle a plus particulièrement pour objet un dispositif de coloration de signaux optiques recevant des données susceptibles d'être à des longueurs d'ondes différentes O, Xl 1.... Xn) et apte à délivrer en sortie ces données à l'une des longueurs d'onde de réception. Pour cela le dispositif comporte: - un circulateur; - au moins une branche optique comportant un filtre réjecteur suivi d'un convertisseur en longueur d'onde, - le circulateur comprend un accès pour la réception des paquets de données aux différentes longueurs d'onde (0O, l.... Xn), un accès pour l'émission de paquets de données sans changement de leur longueur d'onde, et au moins un autre accès pour chaque branche optique de manière à ce que chacun de ces accès soit relié à un filtre réjecteur pour recevoir les paquets de données aux différentes longueurs d'onde et réintroduire dans le circulateur les paquets de données réfléchis par ce filtre; le convertisseur en sortie de chaque filtre réjecteur permettant de convertir à une longueur d'onde désirée les paquets de données non réfléchis par le filtre. Selon un autre objet de l'invention, on choisira selon l'application les filtres réjecteurs de sorte qu'ils puissent rejeter une ou plusieurs longueurs d'onde. Selon un autre objet de l'invention, les filtres sont réalisés par un ou plusieurs réseaux de Bragg photo-inscrits. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un circulateur à trois accès, un filtre réjecteur pour au moins une longueur d'onde?.O suivi d'un convertisseur à la longueur d'ondeX0. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comporte un circulateur à n accès, p branches comprenant chacune un filtre réjecteur, p aux longueurs d'onde X1...Xp. Selon un autre objet de l'invention, le dispositif comporte un coupleur optique comportant au moins deux entrées et une sortie pour recevoir les signaux optiques issus du ou des convertisseurs et de l'accès du circulateur qui délivre les signaux réfléchis par les filtres. Le dispositif s'applique tout particulièrement au réseau de transmission de signaux optiques se présentant sous la forme de paquets asynchrones ou de trames synchrones qui se succèdent dans le temps à différentes longueurs d'onde XO,1.... n. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et qui est faite en regard des figures sur lesquelles: - la figure 1, représente un schéma d'un dispositif de l'état de la technique, - la figure 2, représente un schéma de principe de l'invention, - la figure 3, représente un schéma de réalisation, - la figure 4, représente une variante d'exécution de l'invention, - la figure 5, représente une deuxième variante de l'invention. L'invention est décrite dans son application à la coloration de paquets optiques ou de parties de trames synchrones. La fonction réalisée par le dispositif est la suivante: en entrée du dispositif, on injecte une série de paquets (ou de trames synchrones) qui se succèdent dans le temps, à différentes longueurs d'onde notées k0,X1l...kn. On se place donc dans le cadre d'un multiplexage temporel et fréquentiel optique. En sortie, on trouve la même série de paquets (ou de trames synchrones), mais tous sont portés par la même longueur d'onde X0. Un schéma de principe de cette fonction est donné par la figure 2. Une telle fonction trouve son intérêt dans les réseau multicolores (le multiplexage est alors uniquement fréquentiel, l'aspect temporel disparaît), dans les réseaux combinant multiplexage temporel synchrone et multiplexage en longueur d'onde, dans les réseaux de paquets optiques colorés ainsi que dans l'interconnexion de réseau utilisant des tables d'allocation de longueurs d'onde communes (au moins partiellement). Le dispositif conforme à l'invention comporte des composants optiques transparents au sens du débit, insensibles à l'état de polarisation et dont le développement important au cours de ces dernières années laisse présager une bonne fiabilité et un coût relativement faible dans un avenir proche. Outre un circuit de transposition de longueur d'onde, dont la structure et la technologie choisies n'influent pas sur le fonctionnement du dispositif de coloration, un circulateur optique et un filtre a fibre photo- inscrit sont utilisés. La figure 3 représente schématiquement le dispositif proposé. Il comprend: - un circulateur optique 30 à trois accès (numérotés 1, 2 et 3 sur la figure), dont la fonction de transfert est similaire à celle des circulateurs électriques utilisés en hyperfréquence. La puissance optique entrant en 1 se retrouve en 2, tandis que le signal injecté en 2 ressort en 3. De tels dispositifs existent déjà commercialement et présentent une isolation importante dans le sens contra-directionnel et des pertes assez faibles dans le sens de la circulation; Dans le dispositif proposé, les signaux (paquets ou trames synchrones colorés) sont injectés à l'entrée 1 du circulateur; - un filtre réjecteur 31 à la longueur d'ondel0 placé à l'accès 2 du circulateur mentionné ci-dessus. La fonction de ce filtre est de laisser passer les signaux optiques aux longueurs d'onde différentes de 0, tandis que les signaux à X0 sont réfléchis. On sait aujourd'hui réaliser de tels dispositifs (pourk0 fixé) grâce à la photo-inscription de réseau de Bragg dans les fibres. La forme de la fonction de transfert peut être ajustée en choisissant les caractéristiques du réseau de Bragg; Grâce à ce réseau, seules les longueurs d'onde différant de ?0 arrivent au système de conversion; - un dispositif 32 de conversion en longueur d'onde placé en série avec le filtre photo-inscrit. La fonction de ce dispositif est de convertir les signaux à la longueur d'ondeXO; - un retard optique 33 placé à la sortie 3 du circulateur. La durée de ce retard est calculée de sorte que le temps de propagation des signaux optiques dans les branches 2 et 3 du circulateur soit le même; - un coupleur optique 34 passif relie les branches 2 (sorite du convertisseur) et 3 (sortie de la ligne à retard) du circulateur. De tels convertisseurs existent sur le marché. On pourra par ailleurs se reporter pour une description plus détaillée à la publication OFC 94 Technical Digest partie ThQ3 intitulée "Simple wavelength converter for bit-rate independent operation at data rates as high as 10 Gbit/s". A partir de ce principe, on peut construire des systèmes de coloration de paquets (ou de trames synchrones) aux fonctionnalités différentes. On propose dans la suite deux types de variantes du dispositif présenté ci-dessus. 1. Une première variante permet d'effectuer une coloration sélective d'un ensemble de n paquets (ou de trames) parmi m. L'objectif de ce dispositif est donc de colorer tous les paquets (ou toutes les trames) dont les longueurs d'onde sont comprises dans un ensemble N = (x1, k2... kn) à la même longueur d'ondeXO (telle que XO0N). En revanche, si la longueur d'onde des autres paquets (ou trames) fait partie d'un autre ensemble M = (O,Xn+1,Xn+2...lm), cette longueur d'onde n'est pas modifiée. Notons qu'on peut avoir 0 e M. Ce système est une extension du système précédemment décrit, en fait ce dernier correspondant au cas o M = (XO0). La figure 4 schématise un dispositif effectuant la fonction souhaitée. Il comprend: - un circulateur optique 40 à trois accès (numérotés 1, 2 et 3 sur la figure), Dans le dispositif proposé, les signaux (paquets ou trames synchrones colorés) sont injectés à l'entrée 1 du circulateur, - un dispositif de conversion 42 en longueur d'onde placé en série avec le filtre photo-inscrit. La fonction de ce dispositif est de convertir les signaux à la longueur d'onde Xk0, - un retard optique 43 placé à la sortie 3 du circulateur. La durée de ce retard est calculée de sorte que le temps de propagation des signaux optiques dans les branches 2 et 3 du circulateur soit le même, - un coupleur optique 44 passif relie les branches 2 (sortie du convertisseur) et 3 (sortie de la ligne à retard) du circulateur. 2. Une deuxième variante permet d'effectuer une coloration de P ensembles de paquets (ou de trames). La fonction de ce dispositif est de colorer P ensembles de paquets. Chacun de ces ensembles correspond à un ensemble de longueurs d'ondes. Le premier ensemble de paquets est constitué des paquets (ou trames) aux longueurs d'onde {X(I,1)...X (nl,1)}. Le paquet n P est constitué des longueurs d'onde{X(1,P).. .X(nP,P)}. Notons que ces ensembles ne sont pas nécessairement disjoints: on peut avoir la même longueur d'onde dans deux ensembles. Le dispositif colore les paquets du premier ensemble à la longueur d'onde Xl, les paquets du deuxième àX2, etc... De plus, si un paquet arrive à une longueur d'onde n'appartenant à aucun des P ensembles, la couleur de ce paquet n'est pas modifiée. Les techniques habituellement proposées pour réaliser cette fonction font appel à une séparation des canaux à l'aide d'un démultiplexeur en longueur d'onde (à réseau par exemple), puis proposent de traiter en parallèle chacun des canaux ainsi séparés. Le dispositif proposé selon l'invention permet de s'affranchir d'un démultiplexage. Le dispositif équivaut à la mise en série de P dispositifs identiques à celui de la figure 4. On peut regrouper l'ensemble grâce à un circulateur à P+2 branches. Le schéma de principe se trouve à la figure 5. Dans le dispositif proposé, les signaux (paquets ou trames synchrones colorés) sont injectés à l'entrée 1 du circulateur. Il comprend: - un circulateur optique 50 à P+2 accès (numérotés 1, 2... P+2 sur la figure), - P filtres réjecteurs 511 à 513. Le ième filtre rejette toutes les longueurs d'onde n'appartenant pas l'ensemble {X(1,i),Xi)...k(ni,i)}. Il est placé à, l'accès i+l du circulateur mentionné ci-dessus. La fonction de ce filtre est de laisser passer les signaux optiques aux longueurs d'onde n'appartenant pas à {((1,i),X(2,i)... X(ni,i)}, tandis que les autres sont réfléchis. Le principe de réalisation de ces filtres est identique à celui des filtres utilisés pour le système précédent. On utilise pou cela plusieurs réseaux de Bragg photo-inscrits, - P dispositifs de conversion en longueur d'onde (521 à 523). Le dispositif de conversion est placé en série avec chaque filtre photo- inscrit. La fonction du ième dispositif est de convertir les signaux à la longueur d'onde Xi, - P+1 retards optiques 530 à 533. Un retard est placé aux sorties 2, 3... P+2 du circulateur. La durée de ce retard est calculée de sorte que le temps de propagation des signaux optiques dans chacune des branches 2... P+2 su circulateur soit le même, - un coupleur optique 54 passif (P+1 entrées, 1 sortie) relie les branches 2 à P+2 du circulateur. Pour simplifier la réalisation, on a représenté sur ce schéma uniquement trois branches avec convertisseur et filtres réjecteurs. Tous les circuits optiques utilisés existent sur le marché. Pour le circulateur, on pourra prendre à titre d'exemple un circulateur optique OFR de la Société Caldwell, NJ. REVENDICATIONS 1. Dispositif de coloration de signaux optiques recevant des données susceptibles d'être à des longueurs d'ondes différentes (O, Xl.. kn) et apte à délivrer en sortie ces données à l'une des longueurs d'onde de réception, caractérisé en ce qu'il comporte: - un circulateur (30); au moins une branche optique comportant un filtre réjecteur suivi d'un convertisseur en longueur d'onde et en ce que - le circulateur comprend un accès pour la réception des paquets de données aux différentes longueurs d'onde (0, XIl....n), un accès pour l'émission de paquets de données sans changement de leur longueur d'onde, et au moins un autre accès pour chaque branche optique, de manière à ce que chacun de ces accès soit relié à un filtre réjecteur (31) pour recevoir les paquets de données aux différentes longueurs d'onde et réintroduire dans le circulateur les paquets de données réfléchis par ce filtre; le convertisseur (32) en sortie de chaque filtre réjecteur permettant de convertir à une longueur d'onde désirée les paquets de..CLMF: données non réfléchis par le filtre. 2. Dispositif de coloration selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filtres réjecteurs sont aptes à rejeter une ou plusieurs longueurs d'onde. 3. Dispositif de coloration selon la revendication 2, caractérisé en ce que les filtres sont réalisés par un ou plusieurs réseaux de Bragg photo- inscrits. 4. Dispositif de coloration selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circulateur comporte un circulateur à trois accès, un filtre réjecteur pour au moins une longueur d'ondeXO suivi d'un convertisseur à la longueur d'onde X0. 5. Dispositif de coloration selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un circulateur à n accès, p branches comprenant chacune un filtre réjecteur, p d'onde X1... Xp. 6. Dispositif de coloration selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur optique comportant au moins deux entrées et une sortie pour recevoir les signaux optiques issus du ou des convertisseurs et de l'accès du circulateur qui délivre les signaux réfléchis par les filtres. 7. Dispositif de coloration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans un réseau de transmission de signaux optiques se présentant sous la forme de paquets asynchrones ou de trames synchrones qui se succèdent dans le temps à différentes longueurs d'onde XO,Xl.... n.