Brevet FR2740285A1 — publié le 19970425

DISPOSMITF DE MODULATION DAMPLITUDEA MODULATEUR A ELECTRO-ABSORPT1ON La présente invention concerne de manière générale un modulateur pour moduler en amplitude un signal optique par un signal électrique à transmettre. Plus précisément, l'invention concerne un tel dispositif fonctionnant en modulation d'amplitude à N états, N 2 2, dite modulation ASK en littérature anglo-saxonne pour Amplitude Shift Keying Modulation. Un tel dispositif utilise typiquement un modulateur à électro- absorption recevant, sur une première entrée, un signal optique produit par une source laser, et, sur une seconde entrée, un signal électrique de modulation à N états. Il produit en sortie un signal optique modulé en amplitude. Lorsque le signal électrique de modulation est un signal binaire, l'amplitude A(t) du signal optique modulé SM(t), noté SM(t)=A(t).cos( l'oeil 01, du signal électrique de modulation. Il apparaît, dans l'étude de ce diagramme, que pour des éléments binaires du signal électrique de modulation formant un diagramme de l'oeil symétrique par rapport à un niveau de tension moyen Xl, le diagramme de l'oeil 02 de l'enveloppe du signal optique modulé est dissymétrique, les "fronts" montants et descendants de l'enveloppe ne s'entrecoupant pas à un niveau médian des niveaux maximal Pmax et minimal Pmin de puissance. Cette dissymétrie limite, pour un taux d'erreur donné en réception, la distance maximale pouvant être parcourue par le signal optique modulé. L'invention vise donc à remédier & l'inconvénient précité en fournissant un dispositif particulièrement avantageux de modulation en amplitude d'un signal optique par un signal électrique binaire. A cette fin, un dispositif pour moduler en amplitude un signal optique par un signal électrique à N états, N étant supérieur ou égal à 2, comprenant: - un modulateur pour recevoir ledit signal optique à moduler sur une première entrée, et un signal électrique modulant sur une seconde entrée, est caractérisé, selon l'invention, en ce qu'il comprend, en amont de la seconde entrée, des moyens de mise en forme dont une entrée reçoit ledit signal électrique à N30 états, et dont une sortie bascule de l'un desdits N états vers un autre de ces N états en réponse à un niveau dudit signal électrique à N états supérieur à un seuil prédéterminé, et bascule dudit autre état vers ledit un des N états en réponse à un niveau dudit signal électrique à N35 états inférieur audit seuil prédéterminé, ledit seuil prédéterminé étant associé au couple desdits un et autre états et ayant un niveau compris entre et différent des niveaux respectifs pris par ces deux états. Selon une réalisation, le signal électrique à N états est un signal électrique binaire à 2 états, dits premier et second états, et la sortie desdits moyens de mise en forme bascule du premier état vers le second état en réponse à un niveau du signal électrique binaire supérieur à un seuil prédéterminé, et bascule du second état vers le premier état en réponse à un niveau du signal électrique binaire inférieur au seuil prédéterminé. Pour cette réalisation, les moyens de mise en forme peuvent être sous la forme d'une porte OU à deux entrées dont l'une des entrées reçoit le signal électrique binaire et dont l'autre des entrées est mise audit premier état, le15 seuil prédéterminé correspondant à une tension de référence de ladite porte OU. Ces moyens de mise en forme peuvent aussi être sous la forme d'un comparateur recevant le signal électrique binaire sur une entrée non-inverseuse et recevant la tension de20 référence sur une entrée inverseuse. Typiquement, le signal optique est produit par une source laser. En outre, la sortie des moyens de mise en forme peut être appliquée à la seconde entrée du modulateur, du type modulateur à électro-absorption, a travers un amplificateur et un té de polarisation disposé en série. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels: - la figure 1, déjà commentée, est un diagramme cartésien pour illustrer le caractère non-linéaire de la fonction de transfert d'un modulateur à électro-absorption; - la figure 2 montre, selon une première variante de l'invention, un dispositif pour moduler en amplitude un signal optique par un signal électrique binaire; - la figure 3 montre, selon une seconde variante de l'invention, un dispositif pour moduler en amplitude un signal optique par un signal électrique binaire; et - les figures 4A, 4B et 4C sont des diagrammes temporels respectifs d'un signal électrique binaire entrant, de ce signal électrique binaire transformé selon l'invention en un signal électrique binaire de modulation et de l'enveloppe du signal optique modulé obtenu, selon la présente invention, en sortie du modulateur à électro- absorption. La description qui suit se limite a considérer la modulation d'un signal optique par un signal électrique binaire qui est un signal électrique à N = 2 états. Néanmoins l'homme du métier conviendra que l'invention peut être étendue à une modulation par un signal électrique définissant un nombre N quelconque d'états, N étant supérieur ou égal à 2. En référence à la figure 2, un dispositif selon l'invention pour moduler en amplitude un signal optique par un signal électrique binaire comprend un circuit de mise en25 forme 1 constituant l'invention, un modulateur à électro- absorption 4, par exemple de type MACH-ZEHNDER, une source laser 5 et, de préférence, un amplificateur 2 et un té de polarisation 3. Une première entrée du modulateur à électro- absorption 4 reçoit un signal optique L fourni par la source30 laser 5. Une seconde entrée du modulateur 4 reçoit un signal modulant M. Un signal électrique binaire entrant S est appliquée à cette seconde entrée à travers le circuit de mise en forme 1, et, éventuellement, l'amplificateur 2 et le té de polarisation 3 disposés en série avec le circuit de35 mise en forme. Le té 3 permet une polarisation du modulateur 4 dans une zone de fonctionnement appropriée. Le circuit de mise en forme 1, qui est donc disposé en amont de la seconde entrée, comprend en cascade un additionneur 10 et une porte OU à deux entrées 11 dont la sortie est reliée & l'entrée de l'amplificateur 2. Le signal électrique binaire entrant S est appliquée à une première entrée de l'additionneur 10 dont une seconde entrée reçoit une tension de référence Vref. Une sortie de cet additionneur 10 est connectée à une première entrée de la porte OU 11. Une seconde entrée de cette porte 11 reçoit l'état "O". En sortie de l'additionneur 10, est produit un signal S' défini par S' = S + Vref. Si l'on note Vmax la tension correspondant à l'état n"1" du signal binaire S, la sortie de la porte OU 11 bascule: - de l'état "nO"n vers l'état "1" si S' 2 Vmax/2, soit S + Vref k Vmax/2, soit encore S 2 Vref' en notant Vref' = Vmax/2 - Vref; - de l'état "1" vers l'état "0"o si S' 5 Vmax/2, soit S + Vref 5 Vmax/2, soit encore S 5 Vref'. Il est maintenant fait référence aux figures 4A et 4B pour expliquer la fonction du circuit de mise en forme 1. Dans ces figures, les éléments binaires aux états "1" et n"0" sont superposés. La sortie ST du circuit de mise en forme 1 bascule de l'état "0" vers l'état "1" lorsque le niveau du front montant 6 du signal binaire entrant S est supérieur à Vref. Parallèlement, la sortie ST du circuit de mise en forme 1 bascule de l'état "1" vers l'état "0"o lorsque le niveau du front descendant 7 du signal binaire entrant S est inférieur à Vref. Les fronts montants 6' et descendants 7' du signal ST ont alors la propriété de posséder, dans un diagramme du type diagramme de l'oeil, un point d'intersection à un niveau non médian 8' alors que le signal binaire entrant S possède un point d'intersection 8 entre fronts montants 6 et descendants 7 qui est médian par rapport aux niveaux35 respectifs correspondant aux états "0" et "1". Ainsi, le signal électrique binaire ST destiné à moduler le signal optique L, après éventuelles amplification 2 et translation 3, possède un diagramme de l'oeil modifié & point d'intersection translaté entre front montant et descendant, qui vient compenser la caractéristique nonlinéaire du modulateur à électro-absorption 4 (FIG.1). Comme montré à la figure 4C, en sortie du modulateur à électro- absorption 4, est obtenu un diagramme de l'oeil de l'enveloppe du signal optique modulé sensiblement symétrique qui offre, pour un taux d'erreur donné en réception, une distance maximale pouvant être parcourue par le signal optique modulé. En pratique, la tension de référence Vref' doit être réglée de sorte à obtenir un diagramme de l'oeil de l'enveloppe du signal optique modulé sensiblement symétrique. Cette tension Vref' est naturellement comprise entre les niveaux respectifs associés aux états "o0" et "1" en étant différente de ces états. Comme montré dans la figure 3, selon une autre variante de l'invention, le circuit de mise en forme i peut être sous la forme d'une unique porte OU 12 dont une tension de polarisation est ajusté à Vref'. La porte OU reçoit sur une première entrée le signal électrique binaire entrant S et sur une seconde entrée l'état "0". Elle bascule:25 - de l'état "0" vers l'état "1" si S 2 Vref'; - de l'état "1" vers l'état "0" si S Vref'. Selon encore une autre variante, le circuit de mise en forme peut être sous la forme d'un comparateur recevant le signal électrique binaire entrant sur une entrée non-30 inverseuse et recevant la tension de référence sur une entrée inverseuse. En pratique, l'invention s'avère particulièrement avantageuse pour des fréquences élevés du signal électrique binaire entrant S, par exemple égales à 2,5 GHz. Elle reste35 néanmoins applicable à toute fréquence. L'invention pourrait être étendue à la modulation par un signal électrique binaire à N états. Il est alors nécessaire de prévoir des moyens de mise en forme dont une sortie bascule de l'un des N états vers un autre de ces N 5 états en réponse à un niveau du signal électrique supérieur à un seuil prédéterminé, et bascule de cet autre état vers ledit un des états en réponse à un niveau du signal électrique inférieur au seuil prédéterminé. Un seuil respectif est alors associé à chaque couple d'états entre lesquels une transition est possible dans le signal à N états. Ce seuil possède un niveau qui est compris entre et différent des niveaux respectifs pris par les deux états considérés. REVENDICATIONS i - Dispositif pour moduler en amplitude un signal optique (L) par un signal électrique (S) & N états, N étant supérieur ou égal à 2, comprenant: - un modulateur (4) pour recevoir ledit signal optique à moduler (L) sur une première entrée, et un signal électrique modulant (M) sur une seconde entrée, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend, en amont de la seconde entrée, des moyens de mise en forme (1) dont une entrée reçoit ledit signal électrique (S) à N états, et dont une sortie bascule de l'un desdits N états vers un autre de ces N états en réponse à un niveau dudit signal électrique à N états supérieur à un seuil prédéterminé (Vref'), et bascule dudit autre état vers ledit un des N états en réponse à un niveau dudit signal électrique à N états inférieur audit seuil prédéterminé, ledit seuil prédéterminé étant associé au couple desdits un et autre états et ayant un niveau compris entre et différent20 des niveaux respectifs pris par ces deux états. 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal électrique (S) à N états est un signal électrique binaire à 2 états, dits premier et second états, et en ce que la sortie desdits moyens de mise25 en forme (1) bascule du premier état ("0") vers le second état ("1") en réponse à un niveau dudit signal électrique binaire (S) supérieur à un seuil prédéterminé (Vref'), et bascule dudit second état ("1") vers ledit premier état ("0") en réponse à un niveau dudit signal électrique binaire inférieur audit seuil prédéterminé (Vref'). 3 - Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en forme sont sous la forme d'une porte OU (12) à deux entrées dont l'une desdites deux entrées reçoit ledit signal électrique binaire35 (S) et dont l'autre desdites deux entrées est mise audit premier état (n0"), ledit seuil prédéterminé correspondant & une tension de référence de ladite porte OU. 4 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en forme sont sous la forme d'un comparateur recevant ledit signal électrique binaire sur une entrée non-inverseuse et recevant la tension de référence sur une entrée inverseuse. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit signal optique est produite par une source laser (5). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie desdits moyens de mise en forme est appliquée à ladite seconde entrée du modulateur à travers un amplificateur (2).15 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie desdits moyens de mise en forme est appliquée à ladite seconde entrée du modulateur & travers un té de polarisation (3). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modulateur (4) est un modulateur à électro-absorption.