Brevet FR2737788A1 — publié le 19970214

La présente invention a pour objet la réalisation d'un amplificateur optique bidirectionnel pour les systèmes optiques à multiplexage en longueur d'onde. Elle trouve une application dans les télécommunications optiques. L'introduction du multiplexage en longueur d'onde (technique multicolore), dans les réseaux optiques, permet d'une part une augmentation de la capacité des liens de transmission et d'autre part un routage optique dans les noeuds. Ce routage optique implique, pour une implantation physique des noeuds donnée, un allongement des distances entre les émetteurs et les récepteurs, qui impose l'utilisation d'amplificateurs optiques. Aujourd'hui, la plupart des amplificateurs sont par conception unidirectionnels : des isolateurs sont placés à l'entrée et à la sortie. Cependant, afin de tenter d'économiser l'infrastructure utilisée (fibre) et de réduire le nombre d'amplificateurs nécessaires, différentes structures d'amplificateurs optiques bidirectionnels, adaptées pour amplifier simultanément les signaux des deux sens de transmission, ont été proposées. On trouvera des exemples de tels amplificateurs optiques bidirectionnels dans le document EP-A-O 535 590. La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les amplificateurs optiques bidirectionnels connus. Ce but est atteint selon la présente invention, grace à un amplificateur optique comprenant: - deux circulateurs à quatre ports, adaptés pour assurer une circulation d'un premier port vers le second, du second vers le troisième, et du troisième vers le quatrième port, - deux entrées/sorties reliées respectivement aux seconds ports des circulateurs, - un ensemble comprenant au moins un élement amplificateur associé à un élément réflecteur, relié aux troisièmes ports des circulateurs, et - deux fibres optiques reliant respectivement le quatrième port d'un premier circulateur au premier port du deuxième circulateur, et le quatrième port du deuxième circulateur au premier port du premier circulateur. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention, apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un amplificateur optique bidirectionnel pour liaison multicolore conforme à la présente invention, - la figure 2 représente schématiquement un amplificateur optique bidirectionnel conforme à une variante de la présente invention, et - la figure 3 représente un schéma d'application à une liaison bidirectionnelle point à point multicolore, d'amplificateurs optiques conformes à la présente invention. On aperçoit sur la figure 1 annexée, un amplificateur optique bidirectionnel 10 conforme à la présente invention, comprenant - deux circulateurs 12, 14, à quatre ports, - deux entrées/sorties 11, 13, - un ensemble 15 comprenant au moins un élement amplificateur 16 associé à un élément réflecteur 17, et - deux fibres optiques 18, 19. Les quatre ports des circulateurs 12, 14, sont référencés respectivement 1, 2, 3 et 4. Ces circulateurs 12, 14 sont adaptés pour assurer une circulation d'un premier port 1 vers le second 2, du second port 2 vers le troisième 3, et du troisième 3 vers le quatrième port 4. Les circulateurs 12 et 14 sont constitués de systèmes de couplage fibrés à faible perte d'insertion (1 dB) à base d'isolateurs optiques. Ainsi, les circulateurs 12 et 14 assurent l'isolation de l'élément amplificateur 16. La structure de tels circulateurs optiques étant connue en elle même on ne décrira pas celle-ci par la suite. De tels circulateurs sont par exemple disponibles auprés de la Société OFR. Les deux entrées/sorties 11 et 13 sont reliées respectivement aux seconds ports 2 des circulateurs 12 et 14. L'ensemble 15 comprenant au moins un élement amplificateur 16 associé à un élément réflecteur 17, est relié aux troisièmes ports 3 des circulateurs 12 et 14. Plus précisément, selon le premier mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 1, l'ensemble 15 relie entre eux les troisièmes ports 3. Par ailleurs cet ensemble 15 comprend un amplificateur optique unique 16 placé entre deux filtres à réseaux de Bragg 17a et 17b. Le filtre 17a est placé entre l'amplificateur 16 et le troisième port 3 du second circulateur 14. Ce filtre 1 7a est conçu pour être réflecteur à l'égard du multiplex (xl...AN) introduit sur l'entrée 1 1 du premier circulateur 12. Le filtre 17b est placé entre l'amplificateur 16 et le troisième port 3 du premier circulateur 12. Ce filtre 17b est conçu pour être réflecteur à l'égard du multiplex (x'l...k'N) introduit sur l'entrée 13 du second circulateur 14. L'amplificateur optique 16 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Il peut s'agir d'un amplificateur à semiconducteur, ou d'un amplificateur à fibre optique, tel qu'un amplificateur à fibre optique dopé erbium, ou encore de tout moyen équivalent. De tels amplificateurs sont bien connus des spécialistes. Ils ne seront donc pas décrits par la suite. Les réseaux de Bragg 17 sont de préférence des réseaux photoinscrits dans la fibre 20 assurant la liaison entre les ports 3 des circulateurs 12 et 14. Là encore de tels réseaux de Bragg photoinscrits dans des fibres optiques ne seront pas décrits par la suite dans la mesure ou ils sont bien connus de l'homme de l'art. De tels réseaux photoinscrits sont par exemple disponibles auprès de la Société Northern Photonics. Le nombre de réseaux de Bragg de chaque réflecteur 17 est égal au nombre de longueurs d'onde à amplifier, dans un sens donné. L'utilisation de filtres à réseaux de Bragg 17 permet de disposer de filtres réflecteurs sélectifs et par conséquent d'une meilleure efficacité du gain. Les deux fibres optiques 18 et 19 relient respectivement le quatrième port 4 du premier circulateur 12 au premier port 1 du deuxième circulateur 14, et le quatrième port 4 du deuxième circulateur 14 au premier port 1 du premier circulateur 12. Le fonctionnement de l'amplificateur optique représenté sur la figure 1 est le suivant. Un multiplex en longueur d'onde (Al...AN), transmis du port 2 au port 3 du premier circulateur 12, traverse le filtre 17b et l'amplificateur optique 16. Après passage dans cet amplificateur 16, il est réfléchit par la série de N réseaux 17a photoinscrits dans la fibre 20, lesquels réseaux 17a sont positionnés sur les longueurs d'onde du multiplex (Al...N). Le multiplex précité est ainsi amplifié une deuxième fois avant de revenir sur le port 3 du premier circulateur 12. Aprés cette double amplification, le multiplex est ensuite transmis vers le port 4 du premier circulateur 12. De là il est transmis au port 1 du second circulateur 14, par la fibre 18. Le circulateur 14 assure sa transmission vers le port 2 et la sortie 13 qui lui est reliée. Le multiplex ('i...'N) du sens de transmission opposé arrivant sur l'entrée 13 reliée au port 2 du second circulateur 14 suit un cheminement symétrique. Il est amplifié par l'amplificateur 16, réfléchi par N réseaux ('i...X'N) 17b, amplifié une deuxième fois dans l'amplificateur 16 et transmis vers le port 2 du premier circulateur 12, soit vers la sortie 11. On a représenté sur la figure 2 une variante de réalisation conforme à la présente invention comprenant - deux circulateurs 12, 14 à quatre ports 1, 2, 3 et 4, adaptés pour assurer une circulation d'un premier port 1 vers le second 2, du second 2 vers le troisième 3, et du troisième 3 vers le quatrième port 4, - deux entrées/sorties 1 1 et 13 reliées respectivement aux seconds ports 2 des circulateurs 12 et 14, - un ensemble 15 comprenant au moins un élement amplificateur 16 associé à un élément réflecteur 17, relié aux troisièmes ports 3 des circulateurs 12 et 14, et - deux fibres optiques 18 et 19 reliant respectivement le quatrième port 4 d'un premier circulateur 12 au premier port 1 du deuxième circulateur 14, et le quatrième port 4 du deuxième circulateur 14 au premier port 1 du premier circulateur 12. Cependant selon la variante de réalisation représenté sur la figure 2, l'ensemble 15 comprend deux amplificateurs 16a et 16b et deux réflecteurs 17a et 17b respectivement associés. Le premier amplificateur 16a est placé entre le port 3 du premier circulateur 12 et le filtre 17a. Ce dernier est adapté pour être réflecteur à l'égard du multiplex introduit sur l'entrée 1 1 du premier circulateur 12. Le second amplificateur 16b est placé entre le port 3 du second circulateur 12 et le filtre 17b. Ce dernier est adapté pour être réflecteur à l'égard du multiplex introduit sur l'entrée 13 du second circulateur 14. L'utilisation de deux amplificateurs 16a et 16b, respectivement pour chaque multiplex, permet d'augmenter le gain de l'amplificateur bidirectionnel. Les amplificateurs 16a et 16b, ainsi que les filtres 17a et 17b de la figure 2 peuvent faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Les amplificateurs 16a et 16b peuvent etre formés par exemple d'amplificateurs à semiconducteurs ou d'amplificateurs à fibre optique. Les filtres 17a et 17b sont de préférence formés de réseaux de Bragg photoinscrits dans une fibre optique 20. Plus précisément les deux filtres 17a et 17b peuvent être photoinscrits dans une fibre optique unique 20, comme illustré sur la figure 2, ou encore être inscrits dans des fibres optiques séparées, c'est à dire que selon une variante non représentée sur les figures annexées, on peut prévoir de séparer la fibre 20 entre les deux filtres 17a et 17b. Le fonctionnement de l'amplificateur optique illustré sur la figure 2 reste globalement le même que décrit précédemment pour la figure 1. Un multiplex en longueur d'onde (k1...AN), transmis du port 2 au port 3 du premier circulateur 12, traverse l'amplificateur optique 16a. Après passage dans cet amplificateur 16a, il est réfléchit par la série de N réseaux 17a photoinscrits dans la fibre 20, lesquels réseaux 17a sont positionnés sur les longueurs d'onde du multiplex (k N)- Le multiplex précité est ainsi amplifié une deuxième fois dans l'amplificateur 1 6a avant de revenir sur le port 3 du premier circulateur 12. Aprés cette double amplification, le multiplex est ensuite transmis vers le port 4 du premier circulateur 12. De là il est transmis au port 1 du second circulateur 14, par la fibre 18. Le circulateur 14 assure sa transmission vers le port 2 et la sortie 13 qui lui est reliée. Le multiplex (X't...'N) du sens de transmission opposé arrivant sur l'entrée 13 reliée au port 2 du second circulateur 14 suit un cheminement symétrique. Il est amplifié par l'amplificateur 16b, réfléchi par N réseaux (A'1...x'N) 17b, amplifié une deuxième fois dans l'amplificateur 16b et transmis vers le port 2 du premier circulateur 12, soit vers la sortie 11. On a illustré sur la figure 3 une application des amplificateurs optiques 10 bidirectionnels conformes à la présente invention, à une liaison point à point multicolore. On aperçoit sur cette figure 3 - un émetteur 30 de multiplex (k1---k - un émetteur 32 de multiplex ('1--i'N)s - un récepteur 31 du multiplex (k1...kN), - un récepteur 33 du multiplex ('1..XN), - une fibre optique 34 comprenant au moins un amplificateur optique 10 conforme à la présente invention, et - deux systèmes de couplage 36 et 38 assurant un couplage entre d'une part une première extrémité de la fibre 34 et la sortie de l'émetteur 30 ainsi que l'entrée du récepteur 33 et d'autre part la seconde extrémité de la fibre 34 et la sortie de l'émetteur 32 ainsi que l'entrée du récepteur 31. Selon la figure 3, la fibre 34 est équipée de deux amplificateurs 10. Cependant cette disposition n'est aucunement limitative. On peut ainsi prévoir un amplificateur unique 10 ou encore, un nombre d'amplificateurs 10 supérieur à deux. Les systèmes de couplage 36 et 38 peuvent être formés de coupleurs standards ou encore de circulateurs à trois ports, comme représenté sur la figure 3. Les circulateurs sont préférés dans la mesure ou ils conduistent à des pertes (de l'ordre de ldB) généralement plus faibles que les coupleurs simples (de l'ordre de 3 dB). Dans ce dernier cas la première entrée 1 des circulateurs 36 et 38 est reliée respectivement à la sortie d'un émetteur 30 ou 32, le second port 2 des circulateurs 36 et 38 est relié respectivement aux extrémités de la fibre 34 et les troisièmes ports 3 des circulateurs 36 et 38 sont reliés respectivement à l'entrée d'un récepteur 31 ou 33. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. On notera par ailleurs que si le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 requiert que le multiplex (k .. XN) introduit sur l'entrée 2 du premier circulateur 12, soit différent du multiplex (X'1 ... 'N) introduit sur l'entrée 2 du second circulateur 13, en revanche le second mode de réalisation illustré sur la figure 2 admet que ces deux multiplex (x .... kN) et (X'1 ... 'N) soient identiques. Dans ce dernier cas par ailleurs, les deux réflecteurs 17a et 17b peuvent être confondus sous forme d'un réflecteur unique. REVENDICATIONS 1. Amplificateur optique bidirectionnel comprenant - deux circulateurs (12, 14) à quatre ports (1, 2, 3, 4), adaptés pour assurer une circulation d'un premier port (1) vers le second (2), du second (2) vers le troisième (3), et du troisième (3) vers le quatrième port (4), - deux entrées/sorties (11, 13) reliées respectivement aux seconds ports (2) des circulateurs (12, 14), - un ensemble (15) comprenant au moins un élement amplificateur (16 16a, 16b) associé à un élément réflecteur (17a, 17b), relié aux troisièmes ports (3) des circulateurs (12, 14), et - deux fibres optiques (18, 19) reliant respectivement le quatrième port (4) d'un premier circulateur (12) au premier port (1) du deuxième circulateur (14), et le quatrième port (4) du deuxième circulateur (14) au premier port (1) du premier circulateur (12). 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les circulateurs (12, 14) sont constitués de systèmes de couplage fibrés à faible perte d'insertion à base d'isolateurs optiques. 3. Amplificateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'élément réflecteur (17) est formé d'une série de réseaux de Bragg. 4. Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les réseaux de Bragg (17) sont photoinscrits dans une fibre optique (20). 5. Amplificateur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le nombre de réseaux de Bragg de chaque réflecteur (17) est égal au nombre de longueurs d'onde à amplifier, dans un sens donné. 6. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'ensemble (15) relie entre eux les troisièmes ports (3) des circulateurs (12, 14). 7. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'élément (15) comprend un amplificateur optique unique (16) placé entre deux filtres à réseaux de Bragg (17a, 17b). 8. Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'ensemble (15) comprend un premier filtre (17a) placé entre un amplificateur (16) et le troisième port (3) du second circulateur (14), et conçu pour être réflecteur à l'égard du multiplex (k1...AN) introduit sur l'entrée (11) du premier circulateur (12), et un second filtre (17b) placé entre l'amplificateur (16) et le troisième port (3) du premier circulateur (12), et conçu pour être réflecteur à l'égard du multiplex ( A'1...k'N) introduit sur l'entrée (13) du second circulateur (14). 9. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'ensemble (15) comprend deux amplificateurs (16a, 16b) et au moins un réflecteur (17a, 17b). 10. Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'ensemble (15) comprend un premier amplificateur (16a) placé entre le troisième port (3) du premier circulateur (12) et un filtre (17a) adapté pour être réflecteur à l'égard du multiplex introduit sur l'entrée (11) du premier circulateur (12) et un second amplificateur (16b) placé entre le troisième port (3) du second circulateur (12) et un filtre (17b) adapté pour être réflecteur à l'égard du multiplex introduit sur l'entrée (13) du second circulateur (14). 11. Amplificateur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un filtre (17a, 17b) unique entre les deux amplificateurs (16a, 16b). 12. Amplificateur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend deux filtres (17a, 17b) entre les deux amplificateurs (16a, 16b). 13. Amplificateur selon l'une des revendications 9, 10 ou 12, caractérisé par le fait que les deux filtres (17a, 17b) sont photoinscrits dans une fibre optique unique (20). 14. Amplificateur selon l'une des revendications 9, 10 ou 12, caractérisé par le fait que les deux filtres (17a, 17b) sont inscrits dans des fibres optiques séparées. 15. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que l'élément amplificateur (16) est un amplificateur à semiconducteur. 16. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que l'élément amplificateur (16) est un amplificateur à fibre optique, tel qu'un amplificateur à fibre optique dopé erbium. 17. Dispositif de liaison point à point multicolore comprenant - un émetteur (30) d'un premier multiplex (A1...AN), - un émetteur (32) d'un second multiplex (k'1...A'N), - un récepteur (31) du premier multiplex (X1...#N), - un récepteur (33) du second multiplex (k'1---k'N), - une fibre optique (34) comprenant au moins un amplificateur optique (10) conforme à l'une des revendications 1 à 16, et - deux systèmes de couplage (36, 38) assurant un couplage entre d'une part une première extrémité de la fibre (34) et la sortie du premier émetteur (30) ainsi que l'entrée du second récepteur (33) et d'autre part la seconde extrémité de la fibre (34) et la sortie du second émetteur (32) ainsi que l'entrée du premier récepteur (31). 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que les systèmes de couplage (36, 38) sont formés de coupleurs standards ou de circulateurs à trois ports. 19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait que les circulateurs (12, 14) assurent l'isolation de l'élément amplificateur (16).