Brevet FR2737585A1 — publié le 19970207

Convertisseur optique de longueur d'onde. L'invention se situe dans le domaine des dispositifs photoniques ou optoélectroniques utilisables notamment pour réaliser la transmission ou la commutation de données numériques. Dans les systèmes de transmission optique, les informations sont généralement sous la forme de données binaires représentées par des impulsions modulant une onde porteuse optique. Pour réaliser des opérations de multiplexage ou de démultiplexage de longueur d'onde, par exemple dans des matrices de commutation spatio-temporelles, il est souvent nécessaire de pouvoir effectuer des conversions de longueur d'onde. Une conversion de longueur d'onde consiste à remplacer la longueur d'onde portant une information reçue par une autre longueur d'onde, généralement différente, pour former une onde de sortie de même modulation que l'onde d'entrée. Avantageusement, cette conversion s'accompagne d'une amplification et d'une remise en forme du signal. Pour permettre des transmissions à débit élevé, il est souhaitable que ces conversions de longueur d'onde soient réalisées par des moyens exclusivement optiques, c'est-àdire en l'absence de toute conversion optique-électronique et réciproquement. Une première contrainte imposée aux convertisseurs de longueur d'onde est qu'ils doivent fournir une onde de sortie monomode indépendante des caractéristiques de l'onde d'entrée. Ils doivent donc être indépendants de la longueur d'onde portant les signaux d'entrée. I1 est également souhaitable qu'ils soient indépendants de l'état de polarisation des ondes reçues. En effet, en transmission optique, les signaux sont généralement véhiculés par des fibres optiques qui introduisent toujours une indétermination de l'état de polarisation des ondes apparaissant à leur sortie. Un convertisseur de longueur d'onde sensible à l'état de polarisation du signal d'entrée nécessiterait donc la présence d'un contrôleur de polarisation disposé entre l'extrémité de la fibre et l'entrée du convertisseur. Cette solution serait donc difficilement applicable pour une réalisation industrielle. Pour éviter cet inconvénient, une première solution consisterait à exploiter le caractère saturable des amplificateurs optiques semiconducteurs. On introduit dans l'amplificateur en même temps que le signal d'entrée une onde auxiliaire monomode de puissance constante et ayant une longueur d'onde différente de celle de la porteuse du signal d'entrée. La modulation de ce signal provoquant une modulation du gain de l'amplificateur, l'onde auxiliaire subira une modulation correspondante en opposition de phase. L'indépendance vis-à-vis de la polarisation du signal d'entrée pourra être obtenue en rendant l'amplificateur insensible à la polarisation, par exemple par un dimensionnement géométrique approprié de la couche active (section sensiblement carrée) ou en utilisant une structure à puits quantiques contraints. Toutefois, cette solution n'autorise qu'une remise en forme des signaux limitée et le signal de sortie est en opposition de phase par rapport au signal d'entrée. Selon une autre possibilité, on peut aussi envisager l'utilisation d'un oscillateur laser synchronisé. Ce dispositif peut avoir la structure d'un oscillateur laser à réseau de Bragg, telle que la structure DFB ("Distributed Feedback" ou DBR (Distributed Bragg Reflector"). I1 est en outre délimité par deux faces réfléchissantes formant une cavité Fabry-Perot. I1 présente alors deux modes d'oscillation possibles : un mode d'oscillation propre imposé par le pas du réseau de Bragg ou un mode d'oscillation imposé par la longueur d'onde d'une onde d'entrée accordée avec la cavité résonnante de la structure Fabry-Perot. Cette solution présente une excellente capacité de remise en forme mais ne permet pas de recevoir un signal d'entrée de longueur d'onde et de polarisation quelconques. Par ailleurs le signal de sortie est en opposition de phase par rapport au signal d'entrée. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions mentionnées précédemment en proposant un convertisseur de longueur d'onde ayant les propriétés suivantes - indépendance vis-à-vis des caractéristiques du signal d'entrée telles que longueur d'onde et polarisation, la longueur d'onde de sortie pouvant être éventuellement égale à celle d'entrée; - les signaux de sortie sont en phase avec ceux de l'entrée; - la conversion s'accompagne d'une remise en forme des caractéristiques optiques du signal (augmentation du taux de modulation, de la pureté spectrale, du rapport signal à bruit), ceci à des débits d'information très élevés (jusqu'à 10 Gigabits par seconde). Dans ce but, l'invention a pour objet un convertisseur de longueur d'onde pour fournir une onde optique de sortie modulée en fonction d'une onde optique d'entrée modulée, lesdites ondes optiques de sortie et d'entrée ayant respectivement des longueurs d'onde de sortie et d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte - un convertisseur auxiliaire prévu pour fournir en réponse à ladite onde d'entrée une onde optique optique auxiliaire modulée en opposition de phase par rapport à la modulation à ladite onde d'entrée, ladite onde auxiliaire ayant une longueur d'onde différente desdites longueurs d'onde d'entrée et de sortie, - des moyens de couplage reliés au couvertisseur auxiliaire et - un oscillateur synchronisé relié auxdits moyens de couplage pour recevoir ladite onde auxiliaire, ledit oscillateur synchronisé étant prévu pour osciller soit avec une longueur d'onde propre, soit avec ladite longueur d'onde auxiliaire selon que la puissance du signal auxiliaire appliqué est respectivement inférieure ou supérieure à une valeur de seuil déterminée, ladite longueur d'onde propre constituant ladite longueur d'onde de sortie et en ce que ledit convertisseur auxiliaire comporte un milieu amplificateur optique saturable et dimensionné de façon à être insensible à la polarisation de l'onde d'entrée. Selon un premier aspect de réalisation, ledit oscillateur synchronisé est un oscillateur laser semiconducteur comportant un milieu amplificateur optique associé à un réseau de Bragg servant à imposer ladite longueur d'onde propre, ledit milieu amplificateur étant en outre délimité par deux faces réfléchissantes disposées de façon à former une cavité résonnante accordée avec ladite longueur d'onde auxiliaire. L'avantage de cette disposition est que le réseau de Bragg impose à l'onde de sortie une longueur d'onde parfaitement stabilisée. Selon une première possibilité, l'oscillateur synchronisé a une structure du type à contre-réaction distribuée DFB. Dans le cas où l'on voudrait rendre le convertisseur accordable électriquement en longueur d'onde, on choisira pour l'oscillateur synchronisé une structure du type à réflecteur de Bragg distribué DBR. Selon un autre aspect de réalisation de l'invention, le milieu amplificateur du convertisseur auxiliaire est formé d'une couche active d'un composant semiconducteur ayant une section sensiblement carrée. Cette dernière caractéristique permet de rendre le convertisseur insensible à la polarisation du signal d'entrée tout en étant plus simple à mettre en oeuvre que la technique des puits quantiques contraints. Afin de réduire les réflexions de l'onde d'entrée par le convertisseur auxiliaire, on prévoira avantageusement que ce dernier est constitué d'un laser semiconducteur du type à contre-réaction distribuée DFB dont la couche active est délimitée par deux faces traitées antireflet, lesdites ondes d'entrée et auxiliaire étant respectivement introduites dans et extraites de ladite couche active par une desdites faces antireflet. En variante, le convertisseur auxiliaire pourra être constitué d'un laser semiconducteur de type DBR à deux réflecteurs de Bragg distribués délimité par deux faces traitées antireflet, lesdites ondes d'entrée et auxiliaire étant respectivement introduites dans et extraites de ladite couche active par une desdites faces antireflet. Le choix d'un laser DBR présente l'avantage que la longueur d'onde auxiliaire peut être réglée électriquement, ce qui permet de l'accorder avec la cavité résonnante de l'oscillateur synchronisé. Selon encore une autre possibilité, le convertisseur auxiliaire est constitué d'un amplificateur optique semiconducteur comportant une couche active délimitée par deux faces traitées antireflet, ladite onde d'entrée étant appliquée à l'une desdites faces, l'autre desdites faces recevant une onde monomode fournie par un oscillateur laser auxiliaire accordé à ladite longueur d'onde auxiliaire. D'autres aspects de réalisation et avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de la description en référence aux figures. - la figure 1 représente un schéma de réalisation du convertisseur selon l'invention. - les figures 2 et 3 représentent des exemples de réalisation du convertisseur auxiliaire. La figure 1 représente schématiquement une réalisation possible du convertisseur selon l'invention. Le convertisseur est organisé autour d'un circulateur C à quatre bornes reliées respectivement à une fibre optique d'entrée LO, à un convertisseur de longueur d'onde auxiliaire 1 par l'intermédiaire de la fibre L1, à un oscillateur synchronisé 2 par l'intermédiaire de la fibre L2 et à un filtre de sortie F par l'intermédiaire de la fibre optique L3. Le convertisseur auxiliaire 1 est du type comportant un milieu amplificateur optique saturable et insensible à la polarisation des ondes qu'il reçoit. Pour cela, on peut utiliser la technique des puits quantiques contraints ou plus simplement donner à la couche active formant le milieu amplificateur une section sensiblement carrée. Deux exemples de réalisation seront décrits plus en détails en référence aux figures 2 et 3. Les faces opposées Al, A2 du convertisseur auxiliaire sont traitées antireflet de façon à limiter la réflexion des ondes d'entrée vers le circulateur C. L'oscillateur synchronisé 2 est conçu pour pouvoir osciller avec une longueur d'onde propre lorsqu'il reçoit une onde d'entrée ayant une puissance inférieure à une valeur de seuil déterminée. I1 est également conçu pour pouvoir osciller avec une autre longueur d'onde lorsqu'il reçoit un signal d'entrée ayant cette même longueur d'onde avec une puissance supérieure à cette valeur de seuil. L'oscillateur synchronisé peut être réalisé au moyen d'un oscillateur laser semiconducteur comportant un réseau de Bragg gravé à proximité de son milieu amplificateur qui est lui-même délimité par deux faces réfléchissantes R1, R2 de façon à former une cavité résonnante de type Fabry-Perot qui définit la seconde longueur d'onde d'oscillation. Le filtre de sortie F est accordé sur la longueur d'onde propre Xs de l'oscillateur synchronisé 2. Le dispositif décrit à la figure 1 fonctionne de la façon suivante. La fibre optique d'entrée LO reçoit un signal d'entrée E ayant la forme d'une modulation d'amplitude d'une onde d'entrée ayant une longueur d'onde d'entrée ke et une polarisation quelconque. En supposant que l'état haut du signal E corresponde à une puissance optique suffisante pour saturer le milieu amplificateur du convertisseur auxiliaire 1, ce dernier fournira en sortie une onde optique modulée M en opposition de phase par rapport au signal d'entrée E. La longueur d'onde auxiliaire Xm portant la modulation du signal M est choisie en dehors de la gamme des longueurs d'ondes susceptibles de porter le signal d'entrée E. Elle doit par contre être égale à la longueur d'onde d'accord de la cavité Fabry-Perot de l'oscillateur synchronisé 2. Grâce au circulateur C et aux faces antireflets A1, A2, seul le signal M est reçu par l'oscillateur synchronisé 2 qui présentera des oscillations soit avec la longueur d'onde Xm soit avec la longueur d'onde Xs selon que le signal M est respectivement à l'état haut ou à l'état bas. L'onde sortant de l'oscillateur 2 est ensuite reçue par le filtre F par l'intermédiaire du circulateur C. Le filtre F étant accordé à la longueur d'onde Xs, il fournit en sortie un signal S porté par Xs et en opposition de phase par rapport au signal M. Le circulateur C joue le rôle d'un isolateur qui limite la réception par le convertisseur 1 de l'onde émise par l'oscillateur 2. Si on souhaite rendre compatible l'état de polarisation de l'onde auxiliaire M avec l'oscillateur 2, les fibres L1 et L2 seront avantageusement des fibres à maintien de polarisation. La figure 2 représente un premier exemple de réalisation du convertisseur auxiliaire 1. I1 est constitué d'un amplificateur optique semiconducteur 3 comportant une couche active saturable de section sensiblement carrée et délimitée par deux faces Al, A2 traitées antireflet. L'une des faces Al est reliée au circulateur C de façon à recevoir le signal d'entrée E et à fournir le signal auxiliaire M. L'autre face reçoit l'onde monomode de longueur d'onde km fournie par un oscillateur laser 4 par l'intermédiaire d'un isolateur 5. Selon l'autre mode de réalisation représenté à la figure 3, on utilise un oscillateur laser semiconducteur de type DBR à deux réflecteurs de Bragg SB, SB' disposés de part et d'autre d'une couche active SG de section sensiblement carrée. Un segment d'accord SA assure la transition entre la largeur de la couche active SG et celle de chaque réflecteur de Bragg SB, SB'. L'ensemble est délimité par deux faces Al, A2 traitées antireflet. L'une des faces de l'oscillateur est reliée au circulateur C. En variante, le convertisseur auxiliaire pourrait être réalisé au moyen d'un laser semiconducteur à contre-réaction distribuée DFB ayant une couche active de section sensiblement carrée. Cette solution présente toutefois l'inconvénient que la longueur d'onde intermédiaire km ne pourrait pas être ajustée électriquement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, le circulateur pourrait être remplacé par un simple isolateur placé entre le convertisseur auxiliaire 1 et l'oscillateur synchronisé 2. D'autre part, le signal de sortie pourrait être extrait de l'oscillateur synchronisé par sa seconde face R2. REVENDICATIONS 1) Convertisseur de longueur d'onde pour fournir une onde optique de sortie modulée (S) en fonction d'une onde optique d'entrée modulée (E), lesdites ondes optiques de sortie (S) et d'entrée (E) ayant respectivement des longueurs d'onde de sortie (kas) et d'entrée (te), caractérisé en ce qu'il comporte - un convertisseur auxiliaire (1) prévu pour fournir en réponse à ladite onde d'entrée (E) une onde optique optique auxiliaire modulée (M) en opposition de phase par rapport à la modulation à ladite onde d'entrée (E), ladite onde auxiliaire (M) ayant une longueur d'onde (km) différente desdites longueurs d'onde d'entrée (ke) et de sortie (kas), - des moyens de couplage (C, Li, L2) reliés au convertisseur auxiliaire (1) et - un oscillateur synchronisé (2) relié auxdits moyens de couplage (C, L1, L2) pour recevoir ladite onde auxiliaire (M), ledit oscillateur synchronisé (2) étant prévu pour osciller soit avec une longueur d'onde propre, soit avec ladite longueur d'onde auxiliaire (hum) selon que la puissance du signal auxiliaire (M) appliqué est respectivement inférieure ou supérieure à une valeur de seuil déterminée, ladite longueur d'onde propre constituant ladite longueur d'onde de sortie (kas) et en ce que ledit convertisseur auxiliaire (1) comporte un milieu amplificateur optique saturable et dimensionné de façon à être insensible à la polarisation de l'onde d'entrée (E). 2) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit oscillateur synchronisé (2) est un oscillateur laser semiconducteur comportant un milieu amplificateur optique associé à un réseau de Bragg servant à imposer ladite longueur d'onde propre, ledit milieu amplificateur étant en outre délimité par deux faces réfléchissantes (R1, R2) disposées de façon à former une cavité résonnante accordée avec ladite longueur d'onde auxiliaire (ho). 3) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur synchronisé (2) a une structure du type à contre-réaction distribuée DFB. 4) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur synchronisé (2) a une structure du type à réflecteur de Bragg distribué DBR. 5) Convertisseur de longueur d'onde selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit milieu amplificateur du convertisseur auxiliaire (1) est une couche active d'un composant semiconducteur ayant une section sensiblement carrée. 6) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit convertisseur auxiliaire (1) est constitué d'un laser semiconducteur du type à contreréaction distribuée DFB dont la couche active est délimitée par deux faces (Al, A2) traitées antireflet, lesdites ondes d'entrée (E) et auxiliaire (M) étant respectivement introduites dans et extraites de ladite couche active par une desdites faces antireflet (Ai). 7) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit convertisseur auxiliaire (1) est un laser semiconducteur du type DBR à deux réflecteurs de Bragg distribués (SB, SB') délimité par deux faces (Al, A2) traitées antireflet, lesdites ondes d'entrée (E) et auxiliaire (M) étant respectivement introduites dans et extraites de ladite couche active par une desdites faces antireflet (Ai). 8) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit convertisseur auxiliaire (1) est constitué d'un amplificateur optique semiconducteur (3) comportant une couche active délimitée par deux faces (Al, A2) traitées antireflet, ladite onde d'entrée (E) étant appliquée à l'une desdites faces (Ai), l'autre desdites faces (A2) recevant une onde monomode fournie par un oscillateur laser auxiliaire (4) accordé à ladite longueur d'onde auxiliaire (barn). 9) Convertisseur de longueur d'onde selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage (C, L1, L2) comportent des moyens isolateurs (C) pour limiter la réception par ledit convertisseur auxiliaire (1) d'ondes émises par ledit oscillateur synchronisé (2). 10) Convertisseur de longueur d'onde selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage (C, L1, L2) comportent des fibres à maintien de polarisation (L1, L2) pour réaliser les liaisons optiques entre lesdits moyens isolateurs (C) et ledit oscillateur synchronisé (2) et ledit convertisseur auxiliaire (1).