Brevet FR2755771A1 — publié le 19980515

AMPLIFICATEUR À GUIDE D'ONDE OPTIQUE DOPÉ PAR DES IONS FLUORESCENTS, À GAIN RÉGULÉ PAR FLUORESCENCE TRANSVERSE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un amplificateur à guide d'onde optique dopé par des ions fluorescents. L'invention s'applique notamment au domaine des télécommunications optiques. Actuellement, les amplificateurs optiques à fibre dopée par une Terre Rare, généralement l'erbium, sont couramment utilisés dans les réseaux de télécommunications. I1 est nécessaire de pouvoir maîtriser tous les éléments de tels réseaux. En particulier, il est nécessaire de pouvoir réguler le gain de l'amplificateur. De plus, lorsqu'il y a plusieurs longueurs d'onde, il faut même stabiliser ce gain. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On connaît deux techniques de stabilisation du gain d'un amplificateur à fibre dopée par une Terre Rare. La première de ces deux techniques connues est passive et consiste à stabiliser la population des ions excités de Terre Rare en créant une cavité laser dans l'amplificateur au moyen de réseaux de Bragg photoinscrits dans le coeur de la fibre à une longueur d'onde ne gênant pas la bande d'amplification. A ce sujet, on consultera le document suivant Gain control in erbium-doped fibre amplifiers by lasing at 1480 nm with photoinduced Bragg gratings written on fibre ends , E. Delevaque et al., Electronics letters, 10 juin 1993, vol.29, n012, p.1112 et 1113. La deuxième de ces techniques connues est active et utilise la fluorescence amplifiée rétrodiffusée. Celle-ci est envoyée sur une photodiode par l'intermédiaire d'un coupleur optique qui est placé à l'entrée de l'amplificateur, entre l'isolateur optique que comprend l'amplificateur et la fibre dopée, pour mesurer le gain et réaliser un asservissement en agissant sur le pompage optique de cette fibre dopée. A ce sujet, au consultera le document suivant FR-A-2 714 982, Amplificateur optique régulé (Alcatel N.V.). Ces deux techniques connues présentent un inconvénient. En effet, elles obligent à intervenir sur le passage du signal que l'on veut amplifier dans l'amplificateur soit en créant des réseaux de Bragg par photoinscription ultraviolette transverse soit en insérant un coupleur optique. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention résout le problème de la régulation du gain d'un amplificateur à guide d'onde optique dopé par des ions fluorescents, sans intervenir sur le passage du signal que l'on veut amplifier. Ce problème est résolu en utilisant la fluorescence transverse émise par ces ions fluorescents. Cette fluorescence est récupérée sur un côté du guide d'onde dopé puis convertie sous forme électrique. On obtient ainsi une information électrique en relation univoque avec le gain de l'amplificateur (dans une bande de fluorescence déterminée). De façon précise, la présente invention a pour objet un amplificateur optique comprenant - un guide d'onde optique qui est dopé par des ions fluorescents ayant une bande de fluorescence déterminée dans laquelle on veut réguler le gain de l'amplificateur, et - au moins un moyen de pompage optique du guide d'onde optique, cet amplificateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un moyen de détection de la fluorescence transverse émise par les ions dans la bande de fluorescence déterminée, ce moyen de détection étant apte à fournir un signal qui est fonction du gain de l'amplificateur dans cette bande de fluorescence, et - un moyen de régulation destiné à commander chaque moyen de pompage optique en fonction de ce signal de manière à réguler le gain de l'amplificateur dans la bande de fluorescence déterminée. Selon un mode de réalisation préféré de l'amplificateur optique objet de la présente invention, les moyens de détection comprennent un photodétecteur qui est sensible dans la bande de fluorescence déterminée et prévu pour observer au moins un point du guide d'onde optique. Le photodétecteur peut être placé en contact avec au moins un point du guide d'onde optique. En variante, l'amplificateur peut comprendre en outre un moyen optique apte à former l'image d'au moins un point du guide d'onde optique sur le photodétecteur. Le photodétecteur peut être avantageusement prévu pour observer une pluralité de points du guide d'onde optique, de manière à obtenir une information électrique plus proche du gain intégré le long de ce guide d'onde optique. Le guide d'onde optique peut être par exemple une fibre optique ou un guide optique plan. Dans le cas d'une fibre optique, on peut faire en sorte que cette fibre forme une pluralité de spires et mettre le photodétecteur en contact avec une pluralité de points appartenant respectivement à cette pluralité de spires. Les ions fluorescents peuvent être par exemple des ions de Terre Rare (erbium, thulium, praséodyme ...) ou des ions métalliques. Dans l'invention, on peut par exemple utiliser une fibre en silice et dopée à l'erbium. Il n'y a alors qu'une bande de fluorescence. On peut aussi utiliser une fibre en verre fluoré et dopée à l'erbium. Dans ce cas, il y a plusieurs bandes de fluorescence. De manière générale, lorsqu'il y a d'autres bandes de fluorescence en plus de la bande de fluorescence déterminée, on munit l'amplificateur d'un moyen de filtrage optique prévu pour empêcher les rayonnements de ces autres bandes de fluorescence d'atteindre le moyen de détection. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de la présente invention, comprenant une fibre dopée dont une spire est en contact avec un photodétecteur, la figure 2 est une vue schématique et partielle d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel un filtre optique est interposé entre la spire et le photodétecteur, la figure 3 est une vue schématique et partielle d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel l'image d'un point de la spire est formée sur le photodétecteur, la figure 4 est une vue schématique et partielle d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel une pluralité de spires de la fibre sont en contact avec le photodétecteur, et la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel on effectue deux pompages optiques contradirectionnels. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de l'invention. L'amplificateur schématiquement représenté sur la figure 1 comprend une fibre optique 2 qui est dopée par une Terre Rare. De façon classique, les deux extrémités de la fibre optique 2 sont respectivement couplées à deux isolateurs optiques 4 et 6 qui définissent le sens du parcours d'un signal lumineux à amplifier dans l'amplificateur. Cet amplificateur est inséré dans une ligne optique dont on voit les deux parties 8 et 9 sur la figure 1. L'isolateur 4 est optiquement couplé à la partie 8 de cette ligne par où arrive le signal lumineux à amplifier. L' isolateur optique 6 est optiquement couplé à l'autre partie 9 de cette ligne qui reçoit le signal lumineux amplifié. Ainsi, les isolateurs optiques 4 et 6 définissent respectivement l'entrée et la sortie de l'amplificateur optique de la figure 1. Ce dernier comprend aussi un moyen de pompage optique de la fibre 2. Ce moyen de pompage optique comprend une diode-laser appropriée 10 destinée à émettre une lumière d'excitation des ions de Terre Rare du coeur de la fibre 2. Un coupleur optique 12 est inséré dans la fibre 2 et optiquement relié à la diode laser 10 par une fibre optique 14 de manière que la lumière de pompage optique émise par cette diode laser 10 puisse être injectée dans la fibre 2 par l'intermédiaire de la fibre 14 et du coupleur optique 12. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la lumière de pompage optique se propage dans le même sens que le signal optique à amplifier, le coupleur optique 12 étant placé du côté de l'isolateur optique 4. Ainsi, le signal lumineux que l'on veut amplifier traverse successivement l'isolateur optique 4, le coupleur optique 12, la fibre dopée 2 et l'isolateur optique 6 d'où il sort amplifié. Conformément à l'invention, on utilise la lumière émise autour de la fibre dopée 2 pour la régulation du gain de l'amplificateur. Lorsqu'un ion de Terre Rare est excité par la lumière de pompage optique, il se désexcite en rayonnant de la lumière dans tout l'espace. Dans la fibre optique 2, la lumière émise par cet ion dans un angle, dont la valeur est inférieure à un certain angle-limite, reste dans le coeur de la fibre. La lumière émise au-delà de cet anglelimite sort de la fibre. C'est ce qu'on appelle la fluorescence transverse. Le confinement des ions excités dans le coeur de la fibre permet d'obtenir un gain avec une puissance de pompage optique raisonnable. La puissance de la lumière de fluorescence émise dans tout l'espace est proportionnelle au nombre d'ions excités. Ce nombre d'ions excités est lui-même une fonction linéaire du gain dans la fibre 2. Conformément à l'invention, on récupère une partie de la lumière de fluorescence transverse dans une bande de fluorescence déterminée pour réguler le gain de l'amplificateur dans cette bande de fluorescence. Pour ce faire, l'amplificateur conforme à l'invention, schématiquement représenté sur la figure 1, comprend aussi un moyen de détection de lumière, comme par exemple une photodiode 16, qui est sensible dans la bande de fluorescence de l'amplificateur. La face d'entrée de cette diode 16 est placée contre la fibre optique 2. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la fibre 2 fait une seule boucle ou spire 18 et la face d'entrée de la photodiode 16 est maintenue par des moyens non représentés contre cette spire 18 de sorte que la face d'entrée de la photodiode 16 est en contact avec un point A de cette spire 18. L'amplificateur optique de la figure 1 comprend aussi un amplificateur électronique 20 dont l'entrée est reliée à la sortie de la photodiode 16. L'amplificateur 20 reçoit ainsi le signal électrique fourni par cette photodiode 16 lorsque celle-ci reçoit la lumière de fluorescence transverse et amplifie ce signal pour fournir en sortie un signal de commande. L'amplificateur de la figure 1 comprend aussi un moyen de régulation 22 dont une entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur électronique 20 tandis qu'une autre entrée reçoit un signal de consigne de gain S, et dont la sortie commande la diode laser 10 de manière à augmenter (respectivement diminuer) le courant dans celle-ci lorsque la fluorescence diminue (respectivement augmente). Ce moyen de régulation 22 est prévu pour que le gain de l'amplificateur varie d'une manière imposée grâce au signal S. En particulier, ce signal S peut être d'amplitude constante au cours du temps d'où un gain constant au cours du temps c'est-à-dire un gain stabilisé. Le signal de commande fourni par l'amplificateur électronique 20 peut également être envoyé à des moyens 24 de surveillance du réseau de télécommunication dont fait partie la ligne optique dans laquelle est inséré l'amplificateur optique de la figure 1. On précise que, pour que l'amplificateur optique de la figure 1 fonctionne correctement c'est-à- dire pour que la valeur mesurée par la photodiode 16 soit en relation univoque avec le gain de cet amplificateur optique dans une bande de fluorescence déterminée, il faut que la photodiode 16 observe toujours le ou les mêmes points de la fibre optique dopée 2 et ne voie que cette bande de fluorescence déterminée. Dans le cas où la fibre 2 est une fibre en silice dopée à l'erbium, il n'y a qu'une bande de fluorescence et les pertes par diffusion et microcourbures sont négligeables. Il suffit alors de maintenir rigidement la photodiode 16 (par exemple une photodiode en Ge ou InGaAs) contre la spire de la fibre. Un filtre optique n'est pas nécessaire dans ce cas. La fibre optique 2 peut aussi être une fibre en verre fluoré dopé à l'erbium. Il y a alors plusieurs bandes de fluorescence et parfois plusieurs points diffusants dans le coeur de la fibre. Il faut alors utiliser un filtre optique pour supprimer les bandes de fluorescence gênantes. Ceci est schématiquement illustré par la figure 2. Dans le cas de la figure 2, la fibre 2 est en verre fluoré dopé à l'erbium et l'on dispose entre la boucle 18 de cette fibre 2 et la face d'entrée de la photodiode 16 un filtre optique 26 qui ne laisse passer, en direction de cette face d'entrée de la photodiode 16, que la lumière appartenant à la bande de fluorescence dont le gain correspondant est à réguler. De plus, dans le cas d'une fibre en verre fluoré dopé à l'erbium, il convient de placer judicieusement la photodiode 16 pour que celle-ci ne reçoive que cette lumière de fluorescence et pas la lumière émise par les défauts que la fibre en verre fluoré est susceptible de comporter. La figure 3 illustre de façon schématique et partielle un autre mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de l'invention. L'amplificateur de la figure 3 diffère simplement de celui la figure 1 par le fait que, au lieu de placer la face d'entrée de la photodiode 16 contre la boucle 18 de la fibre 2, on forme l'image du point A de cette boucle sur cette face d'entrée par l'intermédiaire d'un système optique approprié 28. La figure 4 illustre schématiquement un autre mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de l'invention. L'amplificateur de la figure 4 diffère simplement de celui de la figure 1 par le fait que, au lieu faire une seule boucle, la fibre 2 fait plusieurs boucles dans le cas de la figure 4. Ces boucles ou spires ont respectivement les références 30, 32, 34 et 36. La face d'entrée de la photodiode 16 est en contact avec des points référencés A, B, C et D appartenant respectivement à ces spires 30, 32, 34 et 36. Cet agencement de la figure 4 permet à la photodiode 16 d'observer plusieurs points de la fibre 2. De cette manière, la photodiode 16 fournit une valeur plus proche du gain intégré le long de la fibre 2. Dans un mode de réalisation particulier non représenté, on utilise un moyen optique approprié pour former les images des points A, B, C et D sur la face d'entrée de la photodiode 16. Si cela est nécessaire, par exemple dans le cas d'une fibre en verre fluoré dopé à l'erbium, on peut placer un filtre optique approprié entre ces points et la face d'entrée de la photodiode. La figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier de l'amplificateur optique objet de l'invention. Cet amplificateur optique de la figure 5 diffère de celui de la figure 1 par le fait qu'il comprend non pas une seule diode laser destinée au pompage optique de la fibre 2 mais deux diodes lasers de pompage optique. Ainsi, dans le cas de la figure 5, l'amplificateur optique comprend non seulement la diode laser 10 associée au coupleur optique 2 et à la fibre optique 14 mais encore une autre diode laser 38 destinée à émettre également une lumière de pompage optique ainsi qu'un coupleur optique 40 permettant d'injecter la lumière émise par cette diode laser 38 dans la fibre 2 et couplé à cette diode laser 38 par une fibre optique 42. Dans le cas de la figure 5, le coupleur optique 40 est situé du côté l'isolateur optique 6. Les pompages optiques respectivement dus aux diodes lasers 10 et 38 sont contradirectionnels c'est-à-dire que la lumière de pompage optique provenant de la diode laser 38 se propage, dans la fibre 2, dans le sens opposé à la lumière de pompage optique provenant de la diode laser 10 et donc dans le sens opposé au sens de propagation du signal optique à amplifier dans la fibre 2. REVENDICATIONS 1. Amplificateur optique comprenant - un guide d'onde optique (2) qui est dopé par des ions fluorescents ayant une bande de fluorescence déterminée dans laquelle on veut réguler le gain de l'amplificateur, et - au moins un moyen (10, 38) de pompage optique du guide d'onde optique, cet amplificateur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un moyen (16) de détection de la fluorescence transverse émise par les ions dans la bande de fluorescence déterminée, ce moyen de détection étant apte à fournir un signal qui est fonction du gain de l'amplificateur dans cette bande de fluorescence, et - un moyen de régulation (22) destiné à commander chaque moyen de pompage optique en fonction de ce signal de manière à réguler le gain de l'amplificateur dans la bande de fluorescence déterminée. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un photodétecteur (16) qui est sensible dans la bande de fluorescence déterminée et prévu pour observer au moins un point (A, B, C, D) du guide d'onde optique. 3. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le photodétecteur (16) est en contact avec au moins un point (A, B, C, D) du guide d'onde optique. 4. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen optique (28) apte à former l'image d'au moins un point (A) du guide d'onde optique sur le photodétecteur (16). 5. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le photodétecteur (16) est prévu pour observer une pluralité de points (A, B, C, D) du guide d'onde optique. 6. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ions ont d'autres bandes de fluorescence et en ce que l'amplificateur comprend en outre un moyen de filtrage optique (26) prévu pour empêcher les rayonnements de ces autres bandes de fluorescence d'atteindre le moyen de détection (16). 7. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le guide d'onde optique est une fibre optique (2) ou un guide optique plan. 8. Amplificateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le guide d'onde optique est une fibre optique (2), en ce que cette fibre forme une pluralité de spires (30, 32, 34, 36) et en ce que le photodétecteur est en contact avec une pluralité de points (A, B, C, D) appartenant respectivement à cette pluralité de spires. 9. Amplificateur selon l?une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les ions fluorescents sont des ions de Terre Rare.