Brevet FR2765752A1 — publié le 19990108

DESCRIPTION AMPLIFICATEUR A FIBRE OPTIQUE POUR ATTEINDRE UN GAIN ELEVE D'UN PETIT SIGNAL La présente invention concerne un amplificateur à fibre optique et plus particulièrement un amplificateur à fibre optique pour améliorer le gain d'un petit signal ayant une faible intensité lumineuse en connectant un coupleur optique sous la forme d'un miroir à boucle. Dans un répéteur général pour des communications à grande distance, une répétition de communications optiques classique est effectuée de telle manière qu'un signal lumineux affaibli est transformé en un signal électrique, le signal électrique est amplifié, et ensuite ce signal électrique amplifié est transformé, en retour, en un signal lumineux. Un tel procédé de répétition augmente de manière excessive la taille d'un système amplificateur de répétition et dépend fortement de la vitesse de transmission. Un amplificateur à fibre optique pour amplifier un signal optique est nécessaire comme répéteur pour surmonter le problème ci-dessus et amplifier, de manière effective, un signal optique. Un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA) étant un tel répéteur à amplification à fibre attire l'attention en tant que répéteur optique de la prochaine génération pour les communications optiques. L'EDFA amplifie périodiquement un signal optique pour empêcher l'atténuation du signal optique due à une transmission à grande distance, lorsqu'une grande quantité de données est transmise sur une longue distance par l'intermédiaire d'une fibre optique. La figure 1 est un schéma fonctionnel représentant la configuration d'un EDFA vers l'avant, unique, normal, comprenant une fibre dopée à l'erbium (EDF) 130 comme milieu amplificateur de signal optique, une diode laser (LD) de pompe 120, un multiplexeur en longueur d'onde (WDM) 110, et des isolateurs 100 et 140. Dans ce cas, la LD de pompe 120 sert de source de lumière pour exciter l'ion erbium d'un état fondamental dans l'EDF 130. Le WDM 110 couple une lumière de signal et une lumière de pompe dans une fibre et transmet celle-ci à une ligne unique. Les isolateurs 100 et 140 empêchent un signal optique de progresser vers l'arrière. Le WDM 110 couple une lumière de signal et une lumière de pompe dans une fibre et transmet la fibre à l'EDF 130. L'isolateur optique 100 situé avant le WDM empêche le signal optique d'être amplifié de manière inefficace par émission spontanée amplifiée (ASE), générée par l'EDF 130, qui est réfléchie par un dispositif optique tel qu'un connecteur d'entrée de signal et entre à nouveau dans l'EDF 130. De même, l'isolateur 140 après l'EDF 130 empêche l'efficacité d'amplification de 1'EDFA d'être dégradée du fait de ASE qui est réfléchie par un dispositif optique tel qu'un connecteur de sortie de signal et tombe à nouveau sur l'EDF 130. La LD de pompe 120 a une longueur d'onde de 980 nm, pompe le laser vers l'avant (c'est-à-dire dans le sens de la progression de la lumière de signal), et génère une puissance fixe de 120 mW. L'EDF est une EDF dopée avec de l'aluminium à haute teneur, et la concentration en erbium est de 290 ppm. D'autre part, l'amplificateur à fibre optique transforme l'énergie de lumière de pompe en une énergie de lumière de signal en utilisant les principes d'un laser. En conséquence, lorsque l'intensité de la lumière de signal est suffisamment faible, l'amplificateur à fibre optique normal ne peut changer, de manière efficace, l'erbium suffisamment excité par une lumière de pompe de forte intensité en un état fondamental, étant donné que la lumière de signal traverse une fois l'EDF. Ainsi, l'efficacité d'amplification de l'amplificateur à fibre optique général n'est pas élevée. C'est-à-dire que l'énergie de la lumière de pompe ne peut être transformée, de manière efficace, en l'énergie de la lumière de signal. Par conséquent, il existe une limite à l'augmentation du gain d'un petit signal, et la différence de gain entre les longueurs d'onde de la lumière de signal est, en comparaison, importante. Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, un objectif de la présente invention consiste à fournir un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA) pour atteindre un gain élevé d'un petit signal, comportant un coupleur optique situé derrière une EDF sous la forme d'un miroir à boucle, pour amplifier à nouveau une sortie de lumière de signal par l'intermédiaire du miroir à boucle, en utilisant l'EDF et pour sortir, finalement, la lumière de signal amplifiée en utilisant un circulateur optique, afin d'augmenter le gain d'un petit signal dans l'ensemble de la gamme de longueurs d'onde de l'EDFA et de réduire la différence de gain entre les longueurs d'onde de la lumière de signal. En conséquence, pour atteindre l'objectif mentionné ci-dessus, on fournit un amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal, qui amplifie une lumière de signal incidente faible, comprenant: une diode laser (LD) de pompe pour appliquer une lumière de pompage pour amplifier la lumière de signal incidente; un multiplexeur en longueur d'onde (WDM) pour coupler le signal de lumière incidente et la lumière de pompage qui sort de la LD de pompe dans une fibre optique; un milieu d'amplification à fibre pour amplifier la lumière de signal incidente qui sort du WDM en utilisant la lumière de pompage de la LD de pompe, et également une lumière de signal de contre-réaction qui entre à nouveau dans le milieu d'amplification à fibre à partir d'un coupleur; un coupleur fixé sous la forme d'un miroir à boucle, pour réfléchir la lumière de signal incidente, qui a déjà été amplifiée par le milieu d'amplification à fibre, en une forme de boucle et pour renvoyer la lumière de signal réfléchie dans le milieu d'amplification à fibre; et un circulateur placé devant le WDM, pour recevoir la lumière de signal incidente faible et transmettre la lumière de signal incidente faible au WDM, et fournir en sortie la lumière de signal de contre-réaction, qui a été amplifiée par le milieu d'amplification à fibre et qui a traversé le WDM. Il est préférable que l'amplificateur à fibre optique comprenne en outre un filtre installé dans le coupleur qui fonctionne comme un miroir à boucle ou entre le milieu d'amplification à fibre et le coupleur, afin d'empêcher l'émission spontanée amplifiée (ASE) pour obtenir un gain plus élevé d'un petit signal. De même, il est préférable que l'amplificateur à fibre optique comprenne en outre un égaliseur de gain installé dans le coupleur qui fonctionne comme un miroir à boucle ou entre le milieu d'amplification à fibre et le coupleur, afin d'égaliser les gains de l'amplificateur à fibre optique. Les objectifs et avantages mentionnés ci-dessus de la présente invention deviendront plus évidents d'après la description détaillée d'un mode de réalisation préféré de celle-ci en référence aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant la configuration d'un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium (EDFA) vers l'avant, unique, classique; la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant la configuration d'un amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal, selon un mode de réalisation de la présente invention; et la figure 3 est un graphique illustrant les gains par rapport aux longueurs d'onde pour la comparaison des gains de petit signal de deux types d'EDFA. En faisant référence à la figure 2, un amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal selon un mode de réalisation de la présente invention comprend une diode laser (LD) de pompe 210, un multiplexeur en longueur d'onde (WDM) 220, une fibre dopée à l'erbium (EDF) 230, un coupleur 240 et un circulateur 200. La LD de pompe 210 applique une lumière de pompage, étant une source de lumière pour exciter l'ion erbium d'un état de base dans l'EDF formant un milieu d'amplification, afin d'amplifier une lumière de signal d'entrée de faible intensité. Le WDM 220 couple la lumière de signal d'entrée et la sortie de lumière de pompage provenant de la LD de pompe 210 dans une fibre optique, et applique la lumière de signal d'entrée couplée à l'EDF 230. L'EDF 230 amplifie la lumière de signal d'entrée provenant du WDM 220 en utilisant la lumière de pompage de la LD de pompe 210, et amplifie aussi une lumière de signal de contre-réaction qui rentre dans l'EDF 230 en provenance du coupleur 240. Le coupleur 240, en tant que coupleur 50:50 à 1550 runm, est fixé sous la forme d'un miroir à boucle et réfléchit la lumière de signal incidente, qui a déjà été amplifiée en traversant l'EDF 230, vers l'EDF 230 sous la forme d'une boucle. Le circulateur 200 est placé en face du WDM 220 et reàoit la lumière de signal incidente de faible intensité et la transmet au WDM 220, et fournit finalement en sortie la lumière de signal de contre- réaction amplifiée par l'EDF 230 et ayant traversé le WDM 220. Les ports 1 et 2 du circulateur 200 transmettent la lumière de signal d'entrée, et les ports 2 et 3 transmettent la lumière du signal de sortie. Les pertes d'insertion des premiers et des derniers sont respectivement de 1,2 dB et 1,73 dB. Les ports 2-+1 et ports 3-+2 ont chacun une isolation supérieure ou égale à 40 dB et servent d'isolateurs utilisés en tant que ports d'entrée et de sortie dans un EDFA classique. En conséquence, il n'y a pas besoin d'utiliser un isolateur supplémentaire. Afin de comparer le résultat de la présente invention à un EDFA vers l'avant, unique, classique, représenté sur la figure 1, la LD de pompe 210 a une longueur d'onde de 980 nm, règle la puissance pour être égale à 120 mW, comme dans l'EDFA classique, et pompe le laser vers l'avant, c'est-à-dire dans le sens de propagation de la lumière de signal. Le WDM 220 est de type fusionné ("fused") et l'EDF utilisée est une EDF dopée avec Al à haute teneur, ayant une concentration en erbium de 290 ppm, de 5 m de long. Le fonctionnement de la présente invention va maintenant être décrit en se basant sur la configuration décrite ci-dessus. Tout d'abord une lumière de signal incidente traverse les ports 1 et 2 du circulateur 200, est couplée à une lumière de pompe par le WDM 220, et est principalement amplifiée par l'EDF 230. La lumière de signal amplifiée est séparée dans un rapport de 50 sur 50, et les lumières séparées font un tour et sont couplées l'une à l'autre dans le coupleur 240. La lumière de signal renvoyée par l'intermédiaire d'un miroir à boucle est amplifiée à nouveau par l'EDF 230, et la lumière de signal amplifiée est finalement fournie en sortie par l'intermédiaire des ports 2 et 3 du circulateur 200. Dans la présente invention, l'intensité de la lumière de signal d'entrée utilisée pour mesurer les propriétés de l'EDFA est établie à -30 dBm, et la longueur d'onde et l'intensité de la lumière de pompe sont, respectivement, établies à 980 nm et 120 mW. Un dispositif optique tel que le WDM, et l'EDF de la présente invention sont les mêmes que ceux utilisés dans l'EDFA classique, et les deux EDF ont la même longueur. Le gain a été mesuré à des intervalles de 5 nm dans les longueurs d'onde de la lumière de signal d'entrée entre 1530 nm et 1560 nm, et le résultat de la mesure est représenté sur la figure 3, ainsi que les gains mesurés I de l'EDFA classique. Comme le montre la figure 3, l'EDFA utilisant le procédé du miroir à boucle a un gain II de petit signal qui est supérieur dans les longueurs d'onde comprises entre 1530 nm et 1560 nm à celui de l'EDFA vers l'avant, unique, classique, et la différence de gain selon les longueurs d'onde est faible, c'est-à-dire entre 6 dB et 13 dB. L'EDFA selon la présente invention atteint un gain de petit signal qui est supérieur de 7 dB ou plus, particulièrement à la longueur d'onde de 1560 nm. D'autre part, un filtre (non représenté) est placé dans le coupleur 240 qui sert de miroir à boucle ou entre l'EDF 230 et le coupleur 240, et peut atteindre un gain plus élevé d'un petit signal en empêchant l'ASE. De même, un égaliseur de gain (non représenté) peut être installé dans le coupleur 240 fonctionnant en tant que miroir à boucle ou entre le milieu d'amplification à fibre et le coupleur pour égaliser les gain de l'amplificateur à fibre optique. Selon la présente invention, un gain élevé d'un petit signal peut être atteint dans l'intégralité de la gamme de longueurs d'onde comprises entre 1530 nm et 1560 nm en utilisant le coupleur 50:50 d'utilisation à 1550 nm comme miroir à boucle. La différence de gain entre les longueurs d'onde peut être beaucoup plus mince dans l'EDFA selon la présente invention que l'EDFA classique utilisant une EDF ayant la même longueur que celle de l'EDF de la présente invention. Le procédé du miroir à boucle qui constitue la structure de l'EDFA utilisé dans la présente invention est un procédé à double passage, ce qui permet la réduction de la longueur de l'EDF par rapport aux procédés existant à passage unique étant donné qu'une lumière de signal traverse l'EDF deux fois. En outre, étant donné que l'intervalle qui sépare les amplificateurs s'élargit avec une augmentation du gain de l'EDFA dans les transmissions à grande distance, on peut utiliser moins d'amplificateurs pour une distance donnée. Ainsi, le procédé de miroir à boucle selon la présente invention est économique et peut réduire la probabilité d'erreurs générées dans les amplificateurs. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal qui amplifie une lumière de signal incidente faible, caractérisé en ce qu'il comprend: une diode laser de pompe (210) pour appliquer une lumière de pompage pour amplifier la lumière de signal incidente; un multiplexeur en longueur d'onde (220) pour coupler la lumière de signal incidente et la lumière de pompage qui sort de la diode laser de pompe dans une fibre optique; un milieu d'amplification à fibre (230) pour amplifier le signal de lumière incidente qui sort du multiplexeur en longueur d'onde en utilisant la lumière de pompage de la diode laser de pompe, et également une lumière de signal de contre-réaction qui entre à nouveau dans le milieu d'amplification à fibre à partir d'un coupleur; un coupleur (240) fixé sous la forme d'un miroir à boucle, pour réfléchir la lumière de signal incidente, qui a déjà été amplifiée par le milieu d'amplification à fibre, en une forme de boucle et pour renvoyer la lumière de signal réfléchie au milieu d'amplification à fibre; et un circulateur (200) placé devant le multiplexeur en longueur d'onde, pour recevoir la lumière de signal incidente faible et transmettre la lumière de signal incidente au multiplexeur en longueur d'onde, et fournir en sortie la lumière de signal de contre- réaction, qui a été amplifiée par le milieu d'amplification à fibre et qui a traversé le multiplexeur en longueur d'onde. 2. Amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal selon la revendication 1, comprenant en outre: un filtre installé dans le coupleur (240) qui fonctionne comme un miroir à boucle ou entre le milieu d'amplification à fibre (230) et le coupleur (240), afin empêcher l'émission spontanée amplifiée pour obtenir un gain plus élevé d'un petit signal. 3. Amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal selon la revendication 1, comprenant en outre: un égaliseur de gain installé dans le coupleur (240) qui fonctionne comme un miroir à boucle ou entre le milieu d'amplification à fibre (230) et le coupleur (240), pour égaliser les gains de l'amplificateur à fibre optique. 4. Amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal selon la revendication 1, dans lequel le milieu d'amplification à fibre (230) est une fibre dopée à l'erbium. 5. Amplificateur à fibre optique pour atteindre un gain élevé d'un petit signal selon la revendication 1, dans lequel le coupleur (240) est un coupleur 50:50 d'utilisation à 1550 nm.