Brevet FR2767996A1 — publié le 19990305

AMPLIFICATEUR D'IMPULSIONS OPTIQUES DESCRIPTION La présente invention concerne un amplificateur d'impulsions optiques et plus particulièrement, un amplificateur d'impulsions optiques utilisant un réseau chirpé (" chirped grating "). Un amplificateur à fibre dopée à l'erbium a une énergie de saturation d'environ 1 pJ, à laquelle la puissance du signal de sortie n'augmente plus, même si la puissance du signal d'entrée est augmentée. La puissance de crête d'une impulsion extrêmement courte t amplifiée à cette énergie est très élevée, par exemple de 1 MW pour une impulsion de 1 picoseconde, de sorte que son intensité augmente fortement si l'énergie est confinée dans le coeur d'une fibre optique, provoquant ainsi des effets non-linéaires et déformant l'impulsion. Un effet de saturation spectralement sélective apparaît également, dans lequel l'amplification n'est pas obtenue en raison d'une diminution du gain d'émission stimulée. Pour résoudre ces problèmes, l'impulsion extrêmement courte est étendue en utilisant un dispositif d'extension à réseau de diffraction massif pour diminuer la valeur de crête de la puissance à l'intérieur d'un amplificateur. Toutefois, un problème du procédé classique utilisant le dispositif d'extension à réseau de diffraction massif est que l'agencement de réseau de diffraction est sensible à la polarisation et n'est pas résistant. Le procédé classique provoque également des pertes de diffraction importantes et déforme le profil du faisceau de sortie. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, un but de la présente invention consiste à fournir un amplificateur d'impulsions optiques qui procure une puissance élevée et une déformation moindre en utilisant un réseau chirpé et un coupleur. Pour atteindre le but de la présente invention, il est fourni un amplificateur d'impulsions optiques, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier coupleur optique ayant des premier, deuxième, troisième et quatrième accès, pour délivrer en sortie une impulsion optique incidente sur le premier accès, aux deuxième et troisième accès et l'impulsion optique de nouveau incidente provenant des deuxième et troisième accès au quatrième accès; un premier réseau connecté au deuxième accès du premier coupleur optique, pour réfléchir l'impulsion optique incidente pour chaque longueur d'onde à une position satisfaisant à la condition de Bragg; un deuxième réseau connecté au troisième accès du premier coupleur optique et ayant les mêmes caractéristiques optiques que le premier réseau, pour réfléchir l'impulsion optique incidente pour chaque longueur d'onde à une position satisfaisant à la condition de Bragg; une portion d'amplification optique connectée au quatrième accès du premier coupleur optique, pour amplifier l'impulsion optique réfléchie par les premier et deuxième réseaux et délivrée en sortie par le quatrième accès du premier coupleur optique; et un deuxième coupleur optique ayant des premier, deuxième, troisième et quatrième accès, pour délivrer en sortie l'impulsion optique incidente provenant de la portion d'amplification optique connectée au premier accès, aux deuxième et troisième accès respectivement connectés au premier et deuxième réseaux, et l'impulsion optique de nouveau incidente après avoir été réfléchie par les premier et deuxième réseaux, au quatrième accès. Le but et les avantages ci-dessus de la présente invention deviendront plus évidents en décrivant en détail un mode de réalisation préféré de celle-ci en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant la structure d'un amplificateur d'impulsions optiques selon la présente invention; la figure 2 est un schéma détaillé d'un réseau chirpé représenté sur la figure 1; la figure 3 est une forme d'onde d'entrée/sortie d'un premier coupleur optique représenté sur la figure 1; la figure 4 est une forme d'onde d'entrée/sortie d'un deuxième coupleur optique représenté sur la figure 1; et la figure 5A montre la structure d'un séparateur de faisceau de polarisation et la figure 5B montre la structure d'un séparateur de polarisation à fibre. En se référant à la figure 1, un amplificateur d'impulsion optique selon la présente invention comporte un premier coupleur optique 100 ayant quatre accès, des premier et deuxième réseaux chirpés 110 et , un deuxième coupleur optique 120 ayant quatre accès et une portion d'amplification optique 130. Le premier coupleur optique 100 comporte des premier, deuxième, troisième et quatrième accès 102, 104, 106 et 108, divise une impulsion optique d'entrée avec un rapport de 50:50 et déphase l'impulsion optique de 7/2 à chaque fois que le couplage s'effectue une fois. Les premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 ont les mêmes caractéristiques optiques, leurs premières extrémités étant connectées aux deuxième et troisième accès 104 et 106 du premier coupleur 100 et leurs autres extrémités étant connectées au deuxième coupleur optique 120. Les premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 réfléchissent la lumière incidente à des positions différentes, en fonction des longueurs d'ondes. La portion d'amplification optique 130 est connectée au quatrième accès 108 du premier coupleur optique 100 et amplifie l'impulsion optique appliquée en entrée, provenant du quatrième accès 108. La portion amplificatrice optique 130 comporte un premier isolateur 131, une source de lumière de pompage 132, un coupleur de multiplexage en longueur d'onde (WDM) 133, pour multiplexer l'impulsion optique ayant des longueurs d'ondes différentes et la lumière de pompage générée par la source de lumière de pompage 132, une fibre dopée à l'erbium (EDF) 134 et un deuxième isolateur 135. Le deuxième coupleur optique 120 comporte des premier, deuxième, troisième et quatrième accès 122, 124, 126 et 128. Les deuxième et troisième accès 124 et 126 sont connectés aux premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115, le premier accès 122 est connecté à la portion d'amplification optique 130 et le quatrième accès 128 est un accès de sortie. Le deuxième coupleur optique 120 divise l'impulsion optique, qui est appliquée en entrée après avoir été amplifiée par la portion d'amplification optique 130, avec un rapport de :50, et délivre en sortie les impulsions optiques divisées. La phase de l'impulsion optique de sortie est décalée de n/2, à chaque fois que le couplage s'effectue une fois. Le fonctionnement de l'amplificateur d'impulsions optiques ayant la structure ci-dessus va être décrit. Premièrement, lorsqu'une impulsion optique est appliquée en entrée par l'intermédiaire du premier accès 102 du premier coupleur optique 100, l'impulsion optique ayant la moitié de la puissance sans déphasage est délivrée en sortie au deuxième accès 104 et l'impulsion optique ayant la moitié de la puissance, dont la phase est décalée de n/2, en raison du couplage une fois, est délivrée en sortie au troisième accès 106. Les deuxième et troisième accès 104 et 106 sont connectés aux premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 ayant les mêmes caractéristiques optiques et les impulsions optiques appliquées à l'entrée de ceux-ci sont réfléchies à des positions différentes des premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 pour chaque longueur d'onde. La réflexion par les premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 s'effectue comme suit. Comme représenté sur la figure 2, la période de réseau du réseau chirpé varie selon la longueur de celui-ci. En supposant qu'il y ait des longueurs d'ondes différentes X1, X2,..., X et que les longueurs d'ondes satisfassent à la condition kl > X2 >... > X, le réseau chirpé réfléchit l'impulsion optique pour chaque longueur d'onde à une position qui satisfait à la condition de Bragg. La condition de Bragg produisant la réflexion à l'intérieur du coeur du réseau à fibre optique est déterminée par l'équation (1) suivante: A = 2.n*fff.d... (1) Dans l'équation (1), X, est la longueur d'onde de la lumière incidente, neff est l'indice de réfraction effectif et d, est la période du réseau. C'est-à-dire que, au fur et à mesure que la période du réseau devient plus longue, la longueur d'onde satisfaisant à l'équation ci-dessus augmente. En conséquence, l'impulsion optique ayant une grande longueur d'onde est réfléchie dans une portion ayant une période de réseau longue et l'impulsion optique ayant une courte longueur d'onde est réfléchie dans une portion ayant une période de réseau plus courte que l'impulsion optique ayant la grande longueur d'onde. C'est-à-dire que l'impulsion optique est dispersée de manière croissante par l'intermédiaire des réseaux chirpés au fur et à mesure que le temps s'écoule, élargissant ainsi la largeur d'impulsion. L'impulsion optique qui est de nouveau incidente sur les deuxième et troisième accès 104 et 106 du premier coupleur optique 110, après avoir été réfléchie par les premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115, est délivrée en sortie vers les premier et quatrième accès 102 et 108, avec un rapport de 50:50. L'impulsion optique sans le déphasage, de nouveau incidente depuis le deuxième accès 104 et l'impulsion optique ayant un déphasage de 7r, de nouveau incidente depuis le troisième accès 106, sont délivrées en sortie vers le premier accès 102, de sorte que ces impulsions optiques sont annulées. En conséquence, le premier accès 102 ne délivre en sortie aucune impulsion optique. L'impulsion optique qui est de nouveau incidente en provenance du deuxième accès 104 et qui a un déphasage de 7/2, en raison du couplage une fois et l'impulsion optique qui est de nouveau incidente en provenance du troisième accès 108 et qui conserve un déphasage de n/2, en raison de l'absence de couplage, sont délivrées en sortie vers le quatrième accès 108. C'est-à-dire que l'impulsion optique délivrée en sortie vers le quatrième accès 108 est une impulsion optique intensifiée. La figure 3 montre l'impulsion qui est délivrée en sortie au quatrième accès 108, après avoir été élargie par l'intermédiaire des premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115. Sur la figure 3, "A" représente une impulsion d'entrée et "B" représente une impulsion de sortie. L'impulsion optique délivrée en sortie depuis le quatrième accès 108 est amplifiée par la portion d'amplification optique 130 comme suit. Premièrement, la lumière de pompage générée par la source de lumière de pompage 132, telle qu'une diode laser, est multiplexée par le coupleur WDM 133 avec l'impulsion optique incidente, par l'intermédiaire du quatrième accès 108. La lumière de pompage d'entrée excite les ions erbium Er3' dans un état de base, contenus dans l'EDF 134, en tant que milieu d'amplification, produisant une inversion de population. L'EDF 134 amplifie l'impulsion optique par émission stimulée de l'Er à population inversée. Le premier isolateur 131 empêche une émission spontanée amplifiée générée par l'EDF 134 d'être de nouveau incidente après avoir été réfléchie depuis le quatrième accès 108 du premier coupleur optique 100. Le deuxième isolateur 135 empêche une émission spontanée amplifiée générée par l'EDF 134 d'être de nouveau incidente après avoir été réfléchie depuis le premier accès 122 du deuxième coupleur optique 120 connecté à la portion d'amplification optique 130. Cette impulsion optique amplifiée est appliquée en entrée au premier accès 122 du deuxième coupleur optique et délivrée en sortie aux deuxième et troisième accès 124 et 126 avec un rapport de 50:50 comme dans le premier coupleur optique 100. Chaque impulsion optique de sortie est de nouveau incidente dans les premier et deuxième réseaux chirpés 110 et 115 en sens inverse du sens incident depuis le premier coupleur optique 100. Ainsi, l'impulsion optique ayant une courte longueur d'onde est réfléchie plus tôt et l'impulsion optique ayant une grande longueur d'onde est réfléchie plus tard, produisant une compression d'impulsion. L'impulsion comprimée est délivrée en sortie au quatrième accès 128 du deuxième coupleur optique 120 par la même opération que dans le premier coupleur optique 100. La figure 4 montre une forme d'onde d'entrée/sortie du deuxième coupleur optique 120. Sur la figure 4, "A" représente l'impulsion d'entrée amplifiée et "B" représente l'impulsion de sortie vers le quatrième accès 128. Ici, les premier et deuxième coupleurs optiques 100 et 120 peuvent être constitués d'un séparateur de faisceau de polarisation ou d'un séparateur de polarisation à fibre, différent d'un coupleur à 3 dB, pour diviser l'impulsion optique incidente dans un rapport de 50:50, qui peut déterminer un accès de sortie en fonction de l'état de polarisation et fournir l'impulsion de sortie réfléchie par le réseau chirpés vers un accès voulu en utilisant un contrôleur de polarisation. La figure 5A montre la structure du séparateur de faisceau de polarisation et la figure 5B montre la structure du séparateur de polarisation à fibre. Comme décrit ci-dessus, dans l'amplificateur d'impulsions optique selon la présente invention, un effet non-linéaire et un effet de saturation spectralement sélective peuvent être évités en amplifiant et en élargissant l'impulsion optique et il existe moins de pertes de diffraction et sa fabrication est facile. En outre, l'impulsion de sortie qui est la même que l'impulsion d'entrée et a une intensité amplifiée peut être obtenue par élargissement et compression. L'utilisation du coupleur optique est également plus économique que l'utilisation d'un dispositif coûteux tel qu'un circulateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amplificateur d'impulsions optiques, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier coupleur optique (100) ayant des premier, deuxième, troisième et quatrième accès (102, 104, 106, 108), pour délivrer en sortie une impulsion optique incidente sur le premier accès (102), aux deuxième et troisième accès (104, 106) et l'impulsion optique de nouveau incidente provenant des deuxième et troisième accès (104, 106) au quatrième accès (108); un premier réseau (110) connecté au deuxième accès (104) du premier coupleur optique (100), pour réfléchir l'impulsion optique incidente pour chaque longueur d'onde à une position satisfaisant à la condition de Bragg; un deuxième réseau (115) connecté au troisième accès (106) du premier coupleur optique (100) et ayant les mêmes caractéristiques optiques que le premier réseau (110), pour réfléchir l'impulsion optique incidente pour chaque longueur d'onde à une position satisfaisant à la condition de Bragg; une portion d'amplification optique (130) connectée au quatrième accès (108) du premier coupleur optique (100), pour amplifier l'impulsion optique réfléchie par les premier et deuxième réseaux (110, 115) et délivrée en sortie par le quatrième accès (108) du premier coupleur optique (100); et un deuxième coupleur optique (120) ayant des premier, deuxième, troisième et quatrième accès (122, 124, 126, 128), pour délivrer en sortie l'impulsion optique incidente provenant de la portion d'amplification optique (103) connectée au premier accès (122), aux deuxième (124) et troisième accès (126) respectivement connectés aux premier et deuxième réseaux (110, 115) et l'impulsion optique de nouveau incidente après avoir été réfléchie par les premier et deuxième réseaux (110, 115), au quatrième accès (128) 2. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième coupleurs optiques (100, 120) sont constitués d'un coupleur à 3 dB. 3. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième coupleurs optiques (100, 120) sont constitués d'un séparateur de faisceau de polarisation. 4. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième coupleurs optiques (100, 120) sont constitués d'un séparateur de polarisation à fibre. 5. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième réseaux (110, 115) sont des réseaux chirpés ayant chacun des périodes de réseau différentes en fonction de sa position. 6. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel la portion d'amplification optique (130) comprend: une source de lumière de pompage (132) pour générer une lumière de pompage; un multiplexeur en longueur d'onde (133) pour multiplexer la lumière de pompage délivrée en sortie par la source de lumière de pompage (132) et l'impulsion optique incidente provenant du premier coupleur optique (100); et une fibre dopée à l'erbium (134) pour amplifier l'impulsion optique multiplexée par le multiplexeur en longueur d'onde (133). 7. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 6, dans lequel la source de lumière de pompage (132) est une diode laser. 8. Amplificateur d'impulsions optiques selon la revendication 6, dans lequel la portion d'amplification optique (130) comprend en outre: un premier isolateur (131) situé devant le multiplexeur en longueur d'onde (133), pour empêcher une émission spontanée amplifiée générée par la fibre dopée à l'erbium (134) d'être de nouveau incidente après avoir été réfléchie par le quatrième accès (108) du premier coupleur optique (100) connecté à la portion d'amplification optique (130); et un deuxième isolateur (135) situé à l'arrière de la fibre dopée à l'erbium (134), pour empêcher une émission spontanée amplifiée générée par la fibre dopée à l'erbium (134) d'être de nouveau incidente après avoir été réfléchie par le premier accès (122) du deuxième coupleur optique (120) connecté à la portion d'amplification optique (130).