Brevet FR2738430A1 — publié le 19970307

Procédé et dispositif de transmission d'information sur fibre optique avec détection et/ou localisation d'intrusion. La présente invention concerne la transmission d'informations sur fibres optiques. Elle trouve application lorsque des informations à transmettre doivent être protégées contre les tentatives de prélevement et/ou d'altération. La transmission de telles informations est souvent réalisée grâce à une liaison optique dans le cadre de laquelle une onde lumineuse porteuse d'information est guidée sur une distance important par une fibre optique. Cette dernière sera appelée ci-après fibre de liaison. Quoique la protection de l'information à transmettre soit plus facile lorsque la transmission est faite par une telle liaison que par d'autres moyens de transmission, elle pose cependant aux techniciens, même dans ce cas, un problème difficile. On sait en effet qu'il n'est pas nécessaire de couper la fibre de liaison pour prélever une petite fraction de la lumière de l'onde porteuse d'information. Ce prélèvement peut être notamment fait grâce à une courbure que l'on applique à cette fibre et qui fait fuir la fraction de lumière à prélever. Cette fraction permet de prendre connaissance de l'information transmise sans qu'il soit nécessaire pour cela d'affecter de manière repérable l'onde qui est reçue en sortie de fibre. Ceci constitue une intrusion passive. Mais on comprendra qu'il est possible de réaliser de la même manière une intrusion active en introduisant de la lumière dans le coeur de la fibre de liaison pour altérer l'information transmise. A défaut de pouvoir empêcher de telles intrusions on a cherché à les détecter et à les localiser. Il a notamment été proposé pour réaliser une telle détection d'injecter dans la fibre de liaison, outre une onde optique principale portant l'information et se propageant dans un coeur de cette fibre, une onde auxiliaire se propageant dans un guide annulaire formé dans cette fibre et entourant ce coeur. En cas de35 tentative d'intrusion par courbure de cette fibre, il est possible -2- de détecter une atténuation de l'onde auxiliaire reçue avant qu'un prélèvement ou qu'une altération de l'information portée par l'onde principale soit possible. De tels procédés de détection sont notamment décrits dans les documents suivants: - EP-A-0083843 (Corning) - US-A-4134 642 (Kapron) - Demande de brevet français FR-A 2635 876 et sa correspondante américaine US-SN 400 172 (Augé). La présente invention peut permettre de détecter rapidement et sûrement une intrusion du genre ci-dessus. Elle a surtout les buts suivants: - assurer une localisation précise et rapide d'une telle intrusion, - permettre une telle détection et/ou localisation à l'aide d'un dispositif simple et peu coûteux. Et elle a notamment pour objet un procédé de transmission d'information sur fibre optique avec détection et/ou localisation d'intrusion dans lequel on injecte sur une fibre de liaison une onde principale porteuse d'information et une onde auxiliaire choisie pour se coupler plus facilement avec l'extérieur que cette onde principale, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on applique à cette onde auxiliaire une modulation de test dont on mesure la phase sur l'onde rétrodiffusée par la fibre. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente une vue d'ensemble d'une liaison optique mettant en oeuvre le procédé selon la présente invention. La figure 2 représente trois diagrammes représentant la variation de la phase d'un signal de réception de test, en ordonnées, en fonction d'une distance d'intervention, en abscisses. Conformément à la Figure 1, un dispositif de transmission d'information sur fibre optique avec détection d'intrusion comporte -3- les éléments suivants qui sont connus quant à leurs fonctions indiquées: - Un laser principal 2 pour recevoir un signal d'information à transmettre SI et pour émettre en réponse une onde principale OP modulée par ce signal d'information. - Une fibre optique constituant une fibre de liaison 14. - Un système de couplage 10 pour injecter l'onde principale OP dans cette fibre de liaison. - Un récepteur principal 16 pour recevoir l'onde principale qui a été guidée par cette fibre de liaison. L'ensemble de ces éléments 2, 14, 10 et 16 constitue une liaison optique. A cette liaison il est connu d'associer des moyens de surveillance pour détecter et localiser une intrusion éventuelle. Conformément à la présente invention ces moyens de surveillance comportent par exemple les éléments suivants: - un générateur de test 4 pour fournir un signal d'émission de test SM sinusoïdal à une fréquence de test située dans le domaine des basses fréquences. - Un laser auxiliaire 6 pour recevoir ce signal d'émission de test et pour émettre en réponse, sur une longueur d'onde supérieure à celle de l'onde principale OP, une onde auxiliaire OA portant une modulation constituée par ce signal. - Un récepteur auxiliaire 8 pour recevoir une onde lumineuse de même longueur d'onde que cette onde auxiliaire et pour fournir un signal de réception de test SR représentatif d'une modulation de cette onde lumineuse à ladite fréquence de test. - Ledit système de couplage 10 pour coupler non seulement le laser principal 2, mais aussi le laser auxiliaire 6 et le récepteur auxiliaire 16 à une extrémité 13 de la fibre de liaison 14. - Et un organe de mesure de phase 12 pour mesurer la phase de ce signal de réception de test par rapport au signal d'émission de test, cet organe étant avantageusement constitué à l'aide d'un détecteur synchrone.35 La fibre 14 est de préférence monomodale aux deux longueurs -4- d'ondes utilisées. De manière générale le procédé mis en oeuvre grâce à ce dispositif comporte, de manière connue en soi, les opérations suivantes: - Injection d'une onde principale OP dans une première extrémité de la fibre de liaison 14 pour que cette onde soit guidée jusqu'à une deuxième extrémité 15 de cette fibre. Cette onde principale porte une modulation SI représentative d'une information pour réaliser une liaison optique transmettant cette information entre ces deux extrémités. - Injection d'une onde auxiliaire OA dans une extrémité d'injection auxiliaire 13 qui est de préférence, comme dans l'exemple donné, la première des deux extrémités de la fibre de liaison. Cette onde est guidée par cette fibre jusqu'à l'autre extrémité 15 de cette dernière. Elle est constituée d'une lumière auxiliaire et présente "une caractéristique de couplage" différente "d'une caractéristique de couplage" correspondante de l'onde principale OP. La signification de cette expression est la suivante: Ces caractéristiques de couplage représentent les possibilités de couplage de ces ondes avec l'extérieur de la fibre de liaison dans le cas o une intervention serait faite sur la fibre 14 et risquerait de faire apparaître un tel couplage en un point d'intervention 17. Elles sont choisie, par exemple comme il sera indiqué ci-après, de manière à obtenir les effets suivants: Dans un premier cas o seule une détection d'intrusion serait recherchée, l'effet à obtenir est que toute intervention à détecter arrête la propagation d'une fraction substantielle de l'onde auxiliaire, de préférence supérieure à 20 % de son énergie. Dans le deuxième cas o toute intrusion doit être localisée, l'effet à obtenir est qu'une intervention empêche certainement l'onde auxiliaire OA de se propager dans la fibre de liaison 14 au-delà du point d'intervention 17 si cette intervention affecte suffisamment cette fibre pour permettre de coupler l'onde principale OP avec un système extérieur 18 étranger à la liaison optique. On comprend qu'une telle intervention réaliserait une intrusion sur cette -5- liaison. - Et surveillance d'une fraction de la lumière auxiliaire parvenant à une extrémité de la fibre de liaison 14 pour détecter et localiser éventuellement cette intrusion. Une telle localisation prend la forme d'une mesure d'une distance d'intervention inconnue x, qui est celle du point d'intervention 17 à partir de l'extrémité d'injection auxiliaire 13. Selon la présente invention, lors de l'opération d'injection de onde auxiliaire OA, cette dernière est injectée dans la fibre de liaison 14 de manière prolongée et porte une modulation. Cette dernière est constituée au moins par un signal d'émission de test SM qui est périodique à une fréquence de test. Quant à l'opération de surveillance, elle comporte la réception d'une onde rétrodiffusée OR qui est constituée par une fraction de la lumière auxiliaire qui a été rétrodiffusée par la fibre de liaison 14 vers l'extrémité d'injection auxiliaire 13. Elle comporte en outre une mesure de la phase A d'un signal de réception de test SR qui module l'onde rétrodiffusée à la fréquence de test. Cette phase est mesurée par rapport au signal d'émission de test SM. En l'absence d'intrusion cette phase présente une valeur sensiblement constante ou très lentement variable. En cas d'intrusion elle diminue beaucoup plus rapidement au fur et à mesure qu'une courbure ou altération équivalente de plus en plus importante est appliquée à la fibre. La constatation de cette diminution constitue la détection d'une intrusion. La valeur finale de la diminution de phase décroit lorsque la distance d'intrusion croît. Sa mesure permet donc la localisation de l'intrusion. Cette possibilité de localisation constitue un avantage essentiel de la présente invention, la détection de30 l'intrusion pouvant éventuellement être réalisée par des moyens connus. Dans le cadre de ce procédé, on adopte de plus, de préférence, les dispositions suivantes: - Lesdites caractéristiques de couplage différentes des ondes principale OP et auxiliaire OA sont leurs longueurs d'ondes -6- optiques qui constituent respectivement une longueur d'onde principale et une longueur d'onde auxiliaire. Cette longueur d'onde auxiliaire est choisie pour que le produit lk soit inférieur à deux. Dans ce produit 1 représente la longueur de la fibre de liaison 14 ou tout au moins la valeur maximale envisagée de la distance d'intervention x. k représente le coefficient d'atténuation linéique d'une lumière ayant cette longueur d'onde dans cette fibre. Il doit cependant être compris que, selon une variante, des caractéristiques de couplage d'un genre différent pourraient aussi être constituées par des modes de propagation différents des deux ondes. Ces dernières pourraient avoir la même longueur d'onde, l'onde auxiliaire pouvant par exemple se propager dans un guide annulaire qui serait formé dans la fibre de liaison autour et à distance d'un guide axial parcouru par l'onde principale. - Dans le cas o les deux ondes se propagent selon un même mode, la longueur d'onde auxiliaire est supérieure à la longueur d'onde principale. Ces longueurs d'onde sont par exemple voisines de 1500 et de 1300 nm dans le cas des fibres monomodales généralement20 utilisées actuellement. - Une fréquence de test est comprise entre 20 % et 90 % d'une fréquence limite valant V/41, V étant la vitesse de propagation de la lumière auxiliaire dans la fibre de liaison 14 et 1 étant la longueur de cette fibre. Cette fréquence de test est celle dudit25 signal d'émission de test si celui-ci est unique. Si plusieurs signaux d'émission de test sont utilisés c'est la fréquence de test la plus basse qui est comprise dans les limites indiquées. - Ladite mesure de phase est une détection synchrone du signal de réception de test SR de l'intensité optique de l'onde rétrodiffusée. - L'injection de l'onde auxiliaire OA et le signal d'émission de test SM modulant cette onde sont prolongés pendant une durée d'injection d'au moins un centième de seconde, étant entendu que des durées plus grandes et même une injection continue sont35 généralement préférées. -7- Le procédé qui vient d'être décrit par ses dispositions principales utilise la diffusion Rayleigh arrière qui accompagne la propagation de l'onde auxiliaire OA et qui crée l'onde rétrodiffusée OR. Cette dernière onde est formée par la superposition des ondes élémentaires qui sont rétrodiffusées par chacun des tronçons successifs de la fibre de liaison. Par rapport à l'onde élémentaire rétrodiffusée par un tronçon adjacent à l'extrémité d'injection auxiliaire 13, l'onde élémentaire qui est rétrodiffusée par un tronçon de même longueur situé à une distance z de cette extrémité est atténuée d'un facteur e-2kz et présente un retard temporel 2z/V, V étant la vitesse de propagation de la lumière auxiliaire dans la fibre de liaison. Si le signal d'émission de test est de la forme cos(wt), le signal de réception de test sera proportionnel à cos (wt + A), A étant la phase à mesurer. Quand la fibre de liaison 14 subira, dans le cadre d'une intrusion, une forte courbure au point d'intervention 17 situé à une distance x de l'extrémité 13, cette courbure fera fuir la lumière auxiliaire à l'extérieur de cette fibre. Aucune rétrodiffusion de cette lumière ne sera donc possible à partir des tronçons de cette fibre qui sont situés au delà de ce point. Le signal de réception de test SR sera donné, à un coefficient près, par l'expression suivante: rx -2kz SR = cos (w(t-2z/v))e 2dz La figure 2 indique en ordonnées la tangente tgA de la phase A de ce signal, ceci en fonction de la distance d'intervention x à déterminer qui est portée en abscisses en kilomètres. Les diagrammes 20, 22, et 24 de cette figure ont été obtenus par le calcul pour les valeurs suivantes du coefficient k, respectivement: 0,5 dB/km, 0,3dB/km, et 0,2 dB/km. Une mesure de l'intensité rétrodiffusée peut compléter la localisation. Cette dernière peut n'être effectuée que lorsqu'une -8- intrusion à été détectée ou soupçonnée par d'autres moyens. Quant à la précision de la localisation, le paramètre principal est le rapport de la portée de la mesure, c'est-à-dire en général de la longueur 1 de la fibre de liaison 14, à la longueur d'atténuation 1/k de cette fibre pour la lumière auxiliaire. Au delà d'une longueur limite 1= 2/k la phase A n'est pratiquement plus sensible à l'intrusion et sa mesure ne permet donc plus la localisation. Cette longueur limite vaut 18 km pour une atténuation de 0,5 dB/km et atteindrait 45 km pour une atténuation de 0,2dB/km. Par ailleurs la précision de la localisation croit comme w2 c'est-à-dire comme le carré de la fréquence de test, ce qui pousse à choisir une fréquence élevée. Mais la localisation devient ambigUe si cette fréquence dépasse une limite qui vaut V/41. C'est pourquoi, sauf si une mesure complémentaire permet de lever l'ambiguité, cette fréquence semble de préférence devoir être située aux environs de 50 à 75 % de la fréquence limite. C'est-à-dire que la longueur d'onde de la modulation formée par le signal d'émission de test dans la fibre de liaison doit être voisine de six à huit fois la longueur de cette fibre. L'intensité de l'onde rétrodiffusée est de l'ordre du millième de celle de l'onde auxiliaire. C'est pourquoi le laser auxiliaire 6 et le système de couplage 10 sont choisis pour émettre une forte puissance et pour minorer les pertes de couplage. Des mesures de distance complémentaires peuvent être réalisées en modulant l'onde auxiliaire par plusieurs signaux d'émission de test simultanément ou successivement, ces signaux présentant un petit nombre de fréquences de test différentes. Ce nombre semble devoir être limité à trois. De telles mesures complémentaires peuvent permettre de localiser une intrusion même dans le cas o l'onde auxiliaire se30 propagerait encore, quoique beaucoup plus faiblement, au-delà du point d'intervention. On peut signaler à ce sujet le document suivant: H.GHAFOORI - SHIRA et T.OKOSCHI. Optical Frequency Domain Reflectometry Optical and Quantum Electronics 18, p.265 (1986) Ce document décrit une mesure en amplitude et en phase de la rétrodiffusion d'un signal optique modulé selon la méthode de réflectométrie résolue en fréquence (OFDR: Optical Frequency Domain Réflectometry). Par cette méthode, l'analyse sur une grand plage de fréquence du signal rétrodiffusé permet, par transformation de Fourier, d'obtenir la caractéristique de transmission locale d'une fibre optique. Le dispositif utilisé pour cela peut être réalisé en laboratoire mais est trop complexe pour pouvoir l'être dans un contexte industriel. Le procédé de localisation de courbure selon la présente invention exploite lui aussi la diffusion Rayleigh arrière. Mais il comporte une mesure de rétrodiffusion à une fréquence de test unique ou à un petit nombre de telles fréquences. Il peut grâce à cela être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif beaucoup plus simple. -10- REVENDICATIONS 1) Procédé de transmission d'information sur fibre optique avec détection et/ou localisation d'intrusion, dans lequel on injecte sur une fibre de liaison (14) une onde principale (OP) porteuse d'information et une onde auxiliaire (OA) choisie pour se coupler plus facilement avec l'extérieur que cette onde principale, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on applique à cette onde auxiliaire au moins une modulation de test (SM) dont on mesure la phase (A) sur l'onde (OR) rétrodiffusée par cette fibre (14). 2) Procédé selon la revendication 1, ce procédé comportant les opérations suivantes: - injection d'une onde principale (OP) dans une première extrémité (13) d'une fibre optique constituant une fibre de liaison (14) pour que cette onde soit guidée par cette fibre jusqu'à une deuxième extrémité (15) de cette fibre, cette onde principale portant une modulation (SI) représentative d'une information pour réaliser une liaison optique transmettant cette information entre les deux dites extrémités, injection d'une onde auxiliaire (OA) dans une extrémité d'injection auxiliaire (13) qui est l'une des deux dites extrémités de ladite fibre de liaison pour que cette onde soit guidée par cette fibre jusqu'à l'autre dite extrémité (15) de cette dernière, cette onde auxiliaire étant constituée d'une lumière auxiliaire et présentant une caractéristique de couplage différente d'une caractéristique de couplage correspondante de ladite onde principale, ces caractéristiques de couplage étant choisies pour qu'une telle intervention empêche au moins partiellement ladite fibre de liaison (14) de guider ladite onde auxiliaire (OA) au-delà d'un point d'intervention (17), ce qui réaliserait une intrusion sur cette liaison, et surveillance d'une fraction de ladite lumière auxiliaire parvenant à une dite extrémité de ladite fibre de'liaison pour détecter et/ou localiser éventuellement une dite intrusion, - ledit procédé étant caractérisé par le fait que lors de ladite opération d'injection de ladite onde auxiliaire (OA), cette - 11- dernière est injectée dans ladite fibre de liaison (14) de manière prolongée et porte une modulation constituée au moins par un signal d'émission de test (SM) qui est périodique à une fréquence de test. - ladite opération de surveillance comportant la réception d'une onde rétrodiffusée (OR) qui est constituée par une fraction de ladite lumière auxiliaire qui a été rétrodiffusée par ladite fibre de liaison (14) vers ladite extrémité d'injection auxiliaire (13), cette opération comportant en outre une mesure de la phase (A) d'un signal de réception de test (SR) qui module ladite onde rétrodiffusée à ladite fréquence de test, cette phase étant mesurée par rapport audit signal d'émission de test (SM). 3) Procédé selon la revendication 2 dans lequel lesdites caractéristiques de couplage différentes desdites ondes prinipale (OP) et auxiliaire (OA) sont leurs longueurs d'ondes optiques qui constituent respectivement une longueur d'onde principale et une longueur d'onde auxiliaire, cette longueur d'onde auxiliaire étant telle que le produit lk soit inférieur à deux, 1 étant une longueur surveillée de ladite fibre de liaison (14) et k étant le coefficient d'atténuation linéique d'une lumière ayant cette longueur d'onde dans cette fibre. 4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ladite longueur d'onde auxiliaire est supérieure à ladite longueur d'onde principale. 5) Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite fréquence de test est comprise entre 20 % et 90 % d'une fréquence limite valant V/41, V étant la vitesse de propagation de ladite lumière auxiliaire dans ladite fibre de liaison (14) et 1 étant une longueur surveillé de cette fibre. 6) Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite mesure de phase est une détection synchrone dudit signal de réception de test (SR). 7) Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite injection de ladite onde auxiliaire (OA) et ledit signal d'émission de test (SM) modulant cette onde sont prolongés pendant35 une durée d'injection d'au moins un centième de seconde. -12- 8) Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite extrémité d'injection auxiliaire de ladite fibre de liaison est constituée par sa dite première extrémité (13). 9) Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite onde auxiliaire (OA) est modulée par un nombre de dits signaux d'émission de test égal au plus à trois. ) Dispositif de transmission d'information sur fibre optique avec détection et/ou localisation d'intrusion comportant: - un laser principal (2) pour recevoir un signal d'information à transmettre (SI) et pour émettre en réponse une onde principale (OP) modulée par ce signal d'information, - une fibre optique pour constituer une fibre de liaison (14), - un système de couplage (10) pour injecter ladite onde principale (OP) dans ladite fibre de liaison (14), - un récepteur principal (16) pour recevoir ladite onde principale en sortie de ladite fibre de liaison grâce à quoi on constitue une liaison optique, - et des moyens de surveillance pour détecter et/ou localiser une intrusion éventuelle sur ladite liaison optique, - ledit dispositif étant caractérisé par le fait que lesdits moyens de surveillance comportent: - un générateur de test (4) pour fournir au moins un signal d'émission de test (SM) périodique à une fréquence de test située dans le domaine des basses fréquences, - un laser auxiliaire (6) pour recevoir ledit signal d'émission de test et pour émettre une onde auxiliaire (OA) portant une modulation constituée par ledit signal d'émission de test, - un récepteur auxiliaire (8) pour recevoir une onde lumineuse de même longueur d'onde que ladite onde auxiliaire et pour fournir un signal de réception de test (SR) représentatif d'une modulation de cette onde lumineuse à ladite fréquence de test, - ledit système de couplage (10) pour coupler ledit laser principal, ledit laser auxiliaire, et ledit récepteur auxiliaire à une extrémité (13) de ladite fibre de liaison (14),35 - et un organe de mesure de phase (12) pour mesurer la phase dudit -13- signal de réception de test par rapport audit signal d'émission de test. 11) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait que ladite onde auxiliaire (OA) présente une longueur d'onde supérieure à celle de ladite onde principale (OP). 12) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait que ledit organe de mesure de phase (12) est un détecteur synchrone.