Brevet FR2745395A1 — publié le 19970829

Amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium La présente invention concerne, d'une manière générale, un amplificateur optique pour un système de transmission optique et, plus particulièrement, un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium et à pompage à distance. Des amplificateurs optiques à pompage à distance ont été proposés pour des systèmes de transmission optiques sous-marins, en raison du fait que la source de pompage qui doit être utilisée pour le système n'a pas à être posée sur le fond marin. Bien que des bandes de 980 nm et 1480 nm soient largement utilisées pour une lumière de pompage destinée à des amplificateurs à fibre optique dopée à l'erbium, une source de pompage présentant la seconde bande, c'est-à-dire la bande de 1480 nm, est d'une manière caractéristique utilisée pour un système amplificateur à pompage à distance en raison de son faible taux de perte sur le trajet de transmission optique. Un amplificateur optique à pompage à distance a comme avantage que la source de pompage n'a pas à être posée sur le fond marin, et comme inconvénient que l'intensité de la lumière de pompage est réduite avant de parvenir à la fibre optique dopée à l'erbium, en raison de la perte de la lumière de pompage lorsqu'elle parcourt le trajet de transmission optique. Ainsi, la distance entre la fibre optique dopée à l'erbium et la source de pompage doit être conçue pour être aussi courte que possible afin de garantir l'intensité de la lumière de pompage qui parvient à la fibre optique dopée à l'erbium. En d'autres termes, le trajet de transmission est soumis à une longueur limite relativement courte. I1 est possible de remédier en partie à cet inconvénient du système amplificateur à pompage à distance en augmentant l'intensité de la lumière de pompage à l'aide d'un multiplexeur/démultiplexeur à combinaison de polarisation et division de longueurs d'onde, pour ainsi augmenter la distance limite entre la source de pompage et la fibre optique dopée à l'erbium. Actuellement, toutefois, un multiplexage de longueurs d'onde et en polarisation n'est possible que jusqu'à quatre lasers à semi-conducteurs et il existe donc une forte demande en faveur de moyens capables de garantir une plus grande intensité de la lumière de pompage. Compte tenu des conditions ci-dessus, la présente invention a par conséquent pour but de proposer un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium, adapté pour accroître la longueur du trajet de transmission en augmentant l'intensité de la lumière pompée. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium, destiné à amplifier un signal lumineux, utilisant une source de pompage présentant une bande de 1530 nm, caractérisé en ce qu'une lumière ayant une bande de 1530 nm, provenant de la source de pompage, est soumise à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière présentant une bande de 1430 nm à 1450 nm pour permettre une amplification Raman sur le trajet de transmission de la fibre optique afin d'amplifier le signal lumineux servant de lumière de pompage. De préférence, dans l'amplificateur optique selon l'invention, la lumière pompée présentant une bande de 1530 nm est soumise à une amplification Raman à l'aide de la source de lumière qui a une bande de 1430 nm à 1450 nm pour permettre une amplification Raman sur le trajet de transmission d'une fibre optique à décalage par dispersion. De préférence également, dans l'amplificateur optique selon l'invention, le signal lumineux a une longueur d'onde ayant une bande de 1550 nm à 1570 nm. De préférence aussi, dans l'amplificateur optique selon l'invention, un signal lumineux est soumis à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière présentant une bande de 1460 nm à 1480 nm pour permettre une amplification Raman sur le trajet de transmission d'une fibre optique à décalage par dispersion. Conformément à l'invention, la distance de propagation d'une lumière de pompage jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium peut être augmentée étant donné qu'une source de lumière ayant une bande de 1530 nm et présentant une perte de transmission relativement faible comparativement à une source de lumière ayant une bande de 1480 nm, est utilisée comme source de pompage, et que la diminution de l'intensité de la lumière de pompage, qui se produit sur le trajet de transmission de la fibre optique, est compensée du fait que la lumière de pompage qui a une bande de 1530 nm est soumise à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière présentant une bande de 1430 nm à 1450 nm pour permettre une amplification Raman, ce qui permet d'augmenter davantage la distance de propagation de la lumière de pompage jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium. L'effet d'amplification Raman d'un amplificateur optique selon l'invention peut être amélioré pour augmenter encore la distance de propagation d'une lumière de pompage jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium, si une fibre optique à décalage par dispersion, adaptée pour une amplification Raman, est utilisée comme fibre optique en vue d'une amplification Raman d'une lumière de pompage présentant une bande de 1530 nm. Outre les bandes de 980 nm et 1480 nm, la bande de 1530 nm est connue en tant que bande de longueurs d'onde d'absorption d'une fibre optique dopée à l'erbium. La figure 5 des dessins annexés représente la relation gain/longueur d'onde de signal correspondant à une fibre optique dopée à l'erbium lorsqu'une source de pompage présentant une bande de 1530 nm est utilisée, et que l'intensité d'un signal lumineux incident et celle d'une lumière pompée sont respectivement moins 35 dBm et 40 mW. La présente invention utilise une lumière ayant une longueur d'onde proche de la bande de 1530 nm, permettant une perte de transmission minimale entre la source de pompage et la fibre optique dopée à l'erbium, dans la lumière ayant une bande de longueurs d'onde capable d'exciter une fibre optique dopée à l'erbium. Une lumière de pompage ayant une longueur d'onde proche de la bande de 1530 nm est ensuite soumise à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière ayant une bande de 1430 nm à 1450 nm afin de compenser la perte de transmission de la lumière de pompage qui a une bande de 1530 nm, entre la source de pompage et la fibre optique dopée à l'erbium. Les performances en termes de gain d'un amplificateur optique selon l'invention peuvent être encore améliorées si le signal lumineux a une longueur d'onde ayant une bande de 1550 nm à 1570 nm, car ce signal lumineux qui a une longueur d'onde ayant une bande de 1550 nm à 1570 nm est soumis à une amplification Raman à l'aide d'une lumière ayant une longueur d'onde de 1450 nm, en plus du fait qu'une lumière de pompage ayant une longueur d'onde proche d'une bande de 1530 nm est soumise à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière de 1430 nm à 1450 nm. Les performances en termes de gain d'un amplificateur optique selon l'invention peuvent également être améliorées si le signal lumineux est soumis à une amplification Raman à l'aide d'une source de lumière présentant une bande de 1460 à 1480 nm pour permettre une amplification Raman sur le trajet de transmission. Ces buts, avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique de la configuration d'un mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention la figure 2 montre des graphiques des formes d'onde spectrales d'une lumière de pompage du mode de réalisation de la figure 1, illustrant l'effet d'une amplification Raman la figure 3 est une représentation schématique de la configuration d'une combinaison d'une source de pompage et d'une source de lumière en vue d'une amplification Raman, pouvant être utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1 la figure 4 est une représentation schématique de la configuration d'une autre combinaison d'une source de pompage et d'une source de lumière en vue d'une amplification Raman, pouvant être utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1 ; et la figure 5 est un graphique montrant la relation entre le gain et la longueur d'onde d'un signal, d'une fibre optique dopée à l'erbium lorsqu'une lumière de pompage ayant une longueur d'onde de 1530 nm est utilisée. En se référant maintenant à la figure 1, on peut voir la configuration de base du mode de réalisation de l'amplificateur optique 1 qui comprend une fibre optique d'entrée de signal lumineux 2, un premier multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 3, un second multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 4, une fibre optique à décalage par dispersion (DSF) 5, un filtre passe-bande (BPF) 6 et une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) 7 disposés et reliés dans l'ordre indiqué ci-dessus. Le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 3 comporte un accès d'entrée 3b relié à une source de pompage 8, tandis que le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 4 possède un accès d'entrée 4b relié à une source de lumière 9 en vue d'une amplification Raman. Le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 3 possède un accès d'entrée 3a permettant le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1550 nm, un second accès d'entrée 3b permettant le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm, et un accès de sortie 3c permettant à la fois le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1550 nm et le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm. D'autre part, le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 4 comporte un accès d'entrée 4a permettant le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1550 nm, un second accès d'entrée 4b permettant le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1430 nm, et un accès de sortie 4c permettant à la fois le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1550 nm et le passage d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1430 nm. La lumière ayant une longueur d'onde de 1530 nm sert à exciter la fibre optique dopée à l'erbium, et la lumière ayant une longueur d'onde de 1430 nm sert à augmenter la lumière dotée d'une longueur d'onde de 1530 nm par une amplification Raman. La fibre optique à décalage par dispersion 5 qui relie le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 4 et la fibre optique 7 dopée à l'erbium a un diamètre de coeur inférieur à celui d'une fibre optique monomode standard de sorte qu'elle est davantage soumise à une amplification Raman. La figure 2 représente des graphiques des formes d'onde spectrales d'une lumière pompée du mode de réalisation de la figure 1, représentant un état dans lequel une lumière issue de la source de pompage 8 et ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm est soumise à une amplification Raman à l'aide d'une lumière ayant une longueur d'onde de 1430 nm, provenant de la source de lumière 9, et un état dans lequel une lumière provenant de la source de pompage 8 et ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm n'est pas soumise à une amplification Raman. Plus précisément, la figure 2(a) montre la forme d'onde spectrale d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm avant passage par le point A de la figure 1 ou par la fibre optique à décalage par dispersion 5. D'autre part, la figure 2(b) montre la forme d'onde spectrale d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm après passage par le point B de la figure 1 ou par la fibre optique à décalage par dispersion 5, lorsque la lumière de pompage qui a une longueur d'onde de 1430 nm n'est pas fournie. Finalement, la figure 2(c) montre la forme d'onde spectrale d'une lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm après passage par le point B de la figure 1 en même temps que la lumière de pompage qui a une longueur d'onde de 1430 nm. Il ressort de la figue 2 que, lorsqu'une lumière de pompage dotée d'une longueur d'onde de 1530 nm est amenée à passer par la fibre optique à décalage par dispersion 5 en même temps qu'une lumière de pompage ayant une longueur d'onde de 1430 nm, l'intensité de la lumière ayant une longueur d'onde de 1530 nm est accrue par une amplification Raman. Toujours en référence à la figure 2, lors d'une expérience au cours de laquelle l'intensité de la lumière de pompage qui avait une longueur d'onde de 1430 nm était égale à 230 mW et la longueur de la fibre optique à décalage par dispersion 5 à 40 km, l'intensité de la lumière ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm a été amplifiée d'environ 5,5 dB par amplification Raman. Autrement dit, l'amplification Raman a permis un gain d'environ 5,5 dB. En outre, un gain d'environ 10,4 dB a été obtenu pour un signal lumineux (ayant une longueur d'onde de 1554 nm) par une amplification Raman due à une lumière de pompage ayant une longueur d'onde de 1430 nm. Après passage à travers la fibre optique à décalage par dispersion 5, la lumière est amenée à traverser le filtre passe-bande qui élimine toutes les longueurs d'onde n'excédant pas 1500 nm, de sorte que la lumière qui a une longueur d'onde de 1430 nm est éliminée. La lumière dont la longueur d'onde est supérieure à 1500 nm, c'est-à-dire la longueur d'onde de la lumière de pompage soumise à une amplification Raman, est amenée à pénétrer dans la fibre optique 7 dopée à l'erbium, après quoi la lumière qui a une longueur d'onde de 1530 nm excite la fibre optique dopée à l'erbium, et le signal lumineux ayant une longueur d'onde de 1554 nm est amplifié. Ainsi, étant donné que la sortie de la source de pompage qui a une longueur d'onde de 1 530 nm est soumise à une amplification Raman selon la manière décrite précédemment, elle parvient à la fibre optique 7 dopée à l'erbium avec une intensité suffisante pour que cette dernière joue le rôle d'un amplificateur optique, lorsque la fibre optique 7 dopée à l'erbium et la source de pompage 8 sont séparées d'une distance importante, de sorte que la lumière de pompage et le signal lumineux peuvent tous deux être transmis sur une grande distance. La figure 3 est une représentation schématique de la configuration comportant une combinaison d'une source de pompage distante et d'une source de lumière en vue d'une amplification Raman, combinaison qui peut être utilisée dans le mode de réalisation ci-dessus, une émission spontanée amplifiée provenant d'une autre fibre optique dopée à l'erbium étant utilisée pour pomper une lumière ayant une bande de 1530 nm. Une source de pompage 8 ayant une longueur d'onde de 1530 nm fonctionne de telle façon qu'une émission spontanée amplifiée provenant d'une fibre optique dopée à l'erbium (EDFA) 8a est amenée à traverser un filtre passe-bande (BPF) 8b qui élimine toutes les longueurs d'onde autres que celles proches de 1530 nm, puis amplifiée par la fibre optique dopée à l'erbium (EDFA) 8c avant d'être introduite dans un multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 3 et ajoutée à un signal lumineux en vue d'un multiplexage. De plus, dans ce mode de réalisation modifié, deux sources de lumière 9a ayant une longueur d'onde optique de 1 435 nm et deux sources de lumière 9b ayant une longueur d'onde optique de 1 450 nm sont utilisées, et des rayons de lumière provenant de ces sources de lumière jumelées sont multiplexés par des circuits de combinaison de polarisation (PBS) 9c et 9d respectifs. Les rayons de lumière multiplexés par les circuits de combinaison de polarisation 9c et 9d et ayant des longueurs d'onde de 1430 nm et 1450 nm sont soumis à un nouveau multiplexage par un multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 9e et introduits dans un autre multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 4 avant d'être transmis à une fibre optique à décalage par dispersion (DSF) 5. Etant donné que l'amplificateur optique de la figure 3 fonctionne d'une manière semblable à l'amplificateur optique de la figure 1, son fonctionnement ne sera pas décrit davantage ici. La figure 4 est une représentation schématique de la configuration comprenant une autre combinaison d'une source de pompage à distance et d'une source de lumière en vue d'une amplification Raman, combinaison qui peut être utilisée pour le mode de réalisation ci-dessus, une émission spontanée amplifiée provenant d'un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium étant utilisée pour pomper une lumière ayant une bande de 1530 nm. Une source de pompage 8 ayant une bande de 1530 nm agit de telle façon qu'une émission spontanée amplifiée provenant d'une fibre optique dopée à l'erbium (EDFA) 8a est amenée à passer à travers un filtre passe-bande (BPF) 8b qui élimine toutes les longueurs d'onde autres que celles qui sont proches de 1530 nm, puis amplifiée par l'amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium (EDFA) 8c avant d'être introduite dans un multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 3 et ajoutée à un signal lumineux en vue d'un multiplexage. En outre, dans ce mode de réalisation modifié, deux sources de lumière 9f ayant une longueur d'onde optique de 1440 nm, et deux sources de lumière 9g ayant une longueur d'onde optique de 1470 nm sont utilisées, et des rayons de lumière provenant de ces sources de lumière jumelées sont multiplexés par des circuits de combinaison de polarisation 9h et 9i respectifs. Les rayons de lumière multiplexés par les circuits de combinaison de polarisation 9h et 9i et ayant des longueurs d'onde de 1440 nm et 1470 nm sont soumis à un nouveau multiplexage par un multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 9j et introduits dans un autre multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde (WDM) 4 avant d'être transmis à une fibre optique à décalage par dispersion (DSF) 5. Les rayons de lumière ayant une longueur d'onde de 1440 nm introduits dans le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 4 sont utilisés pour une amplification Raman de la source de pompage 8 afin de compenser la perte de la lumière de pompage ayant une bande de 1530 nm sur le trajet de transmission. D'autre part, les rayons de lumière ayant une longueur d'onde de 1470 nm qui sont introduits dans le multiplexeur/démultiplexeur à division de longueurs d'onde 4 sont utilisés pour une amplification Raman d'un signal lumineux afin de compenser la perte du signal lumineux ayant une longueur d'onde de 1550 nm sur le trajet de transmission. En d'autres termes, le signal lumineux est soumis à une amplification Raman à l'aide d'une source de pompage 9g destinée à permettre une amplification Raman d'un signal lumineux, tandis qu'une lumière de pompage ayant une longueur d'onde proche de 1530 nm est soumise à une amplification Raman à l'aide d'une autre source de pompage 9f destinée à permettre une amplification Raman d'une lumière de pompage ayant des longueurs d'onde de 1430 nm à 1450 nm afin de permettre d'obtenir un niveau d'intensité élevé tant de la lumière de pompage qui a une longueur d'onde proche de 1530 nm que du signal lumineux qui a une longueur d'onde proche de 1550 nm afin qu'ils puissent parvenir jusqu'à la fibre optique 7 dopée à l'erbium. Par conséquent, les performances en termes de gain de l'amplificateur optique sont considérablement améliorées pour permettre aussi bien à la lumière de pompage qu'au signal lumineux de se propager sur une très longue distance. Comme cela a été décrit précédemment, grâce à un amplificateur optique selon l'invention, la distance de propagation d'une lumière de pompage jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium peut être augmentée grâce à l'utilisation comme source de pompage d'une source de lumière ayant une bande de 1530 nm, qui présente une perte de transmission relativement faible comparativement à des bandes de 1480 nm et 980 nm, la diminution de l'intensité de la lumière de pompage qui a lieu sur le trajet de transmission de la fibre optique étant compensée par l'amplification Raman de la lumière de pompage ayant une bande de 1530 nm par une source de lumière qui a une bande de 1430 nm à 1450 nm, destinée à une amplification Raman, de sorte que la distance de propagation de la lumière pompée jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium peut être encore augmentée. L'effet d'amplification Raman de l'amplificateur optique de l'invention peut être amélioré pour augmenter davantage la distance de propagation de la lumière pompée jusqu'à la fibre optique dopée à l'erbium, si une fibre optique à décalage par dispersion, adaptée pour permettre une amplification Raman, est utilisée comme fibre optique pour réaliser une amplification Raman d'une lumière de pompage ayant une bande de 1530 nm. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium, destiné à amplifier un signal lumineux à l'aide d'une fibre optique (7) dopée à l'erbium, utilisant une source de pompage (8) présentant une bande de 1530 nm, caractérisé en ce qu'une lumière ayant une bande de 1530 nm, provenant de la source de pompage, est soumise à une amplification Raman par une source de lumière (9) présentant une bande de 1430 nm à 1450 nm sur le trajet de transmission de la fibre optique afin d'amplifier le signal lumineux servant de lumière de pompage. 2. Amplificateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lumière ayant une bande de 1530 nm est soumise à une amplification Raman par la source de lumière présentant une bande de 1430 nm à 1450 nm sur le trajet de transmission d'une fibre optique à décalage par dispersion (5). 3. Amplificateur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal lumineux a une longueur d'onde ayant une bande de 1550 nm à 1570 nm. 4. Amplificateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal lumineux est soumis à une amplification Raman par une source de lumière présentant une bande de 1460 nm à 1480 nm sur le trajet de transmission d'une fibre optique à décalage par dispersion (5).