Brevet FR2767975A1 — publié le 19990305

DISPOSITIF PREAMPLIFICATEUR OPTIQUE L'invention concerne un dispositif préamplificateur optique. Elle s'applique aux télécommunications optiques et notamment aux récepteurs à haut débit et à grande sensibilité. On utilise la préamplification optique, notamment dans les récepteurs à hauts débits pour amplifier le signal dans le domaine optique plutôt que de l'amplifier dans le domaine10 électrique. Ceci a pour avantage principal d'avoir un amplificateur très faible bruit car. l'amplification optique repose sur des mouvements photoniques procurant du bruit quantique alors que l'amplification électrique repose sur des mouvements15 d'électrons procurant du bruit thermique plus important. Le schéma d'un dispositif préamplificateur optique pour récepteur selon l'état de la technique est représenté sur la figure 1. Il comporte une entrée E pour le signal incident optique SE et une sortie S délivrant le signal détecté et amplifié. L'entrée E est reliée à un premier amplificateur optique 1 qui est soit un amplificateur optique semi- conducteur (Semi-conductor Optical Amplifier (SOA) en terminologie anglo- saxonne), soit un amplificateur à fibre25 dopée à l'erbium (Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA) en terminologie anglo-saxonne). Cet amplificateur est suivi d'un filtre passe-bande 2. Le filtre est accordé par une boucle d'accord B à la longueur d'onde ki du signal incident SE.30 Ce filtre 2 est un filtre accordable et accordé par la boucle en fonction de la longueur d'onde ki pour laisser passer le signal amplifié SA sans le bruit large bande généré par l'amplificateur 1 (EDFA). Le signal amplifié filtré SF est détecté par une photodiode 3 puis éventuellement amplifié électriquement 4 dans le récepteur. Le problème rencontré par un tel dispositif d'amplification réside dans le fait que le filtre passe- bande doit être accordé à la longueur d'onde Xi du signal. En pratique, il est donc nécessaire d'avoir un filtre accordable. L'utilisation de tels filtres soulève de nombreuses difficultés: complexité de réalisation, coût10 élevé, mais aussi les nombreux problèmes que peut entraîner une mauvaise stabilité de l'accord. En effet, on utilise pour cela des filtres complexes possédant des boucles de contre-réaction qui permettent auxdits filtres de rester calés sur la longueur d'onde du15 signal incident, mais ces filtres sont coûteux et difficiles à réaliser techniquement. Afin de résoudre ce problème il est proposé un dispositif préamplificateur optique pour photorécepteur comportant un premier amplificateur optique et20 principalement caractérisé en ce que ledit premier amplificateur optique est couplé à une entrée d'un filtre optique centré autour d'une longueur d'onde fixe X0, à travers un dispositif à conversion de longueur d'onde à la longueur d'onde k0 fixe du filtre.25 Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif à conversion de longueur d'onde comprend un amplificateur optique semi-conducteur à gain stabilisé, la longueur d'onde de conversion ko étant la longueur d'onde d'oscillation X0 générée par ledit amplificateur à gain30 stabilisé, l'entrée de cet amplificateur étant reliée à la sortie du premier amplificateur optique à travers un filtre optique réjecteur pour ladite longueur d'onde d'oscillation. Selon une autre caractéristique de l'invention le filtre réjecteur est un filtre à réseau incliné. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier amplificateur optique est également un amplificateur optique semi-conducteur. L'utilisation d'amplificateurs optiques semi- conducteurs permet de réduire l'encombrement du dispositif préamplificateur puisqu'un amplificateur optique à semi- conducteur est plus compact qu'un amplificateur à fibre optique dopé à l'erbium (EDFA). Ce choix permet en outre de réduire la consommation énergétique du dispositif.10 D'autre caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et qui est faite en regard des dessins sur lesquels:15 - la figure 1, représente le schéma d'un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 2, représente un schéma général de l'invention, - la figure 3, représente le schéma d'un mode préféré de réalisation. Le dispositif préamplificateur optique selon l'invention comporte un premier amplificateur 10 dont l'entrée E reçoit un signal incident SE de longueur d'onde25 ki quelconque dans la bande de transmission des télécommunications optiques. La sortie de l'amplificateur 10 est reliée à l'entrée d'un dispositif convertisseur de longueur d'onde 20. Ce dispositif est apte à convertir le signal incident amplifié30 SA à une longueur d'onde auxiliaire ko prédéfinie. Le signal à la longueur d'onde auxiliaire k0 est appliqué à l'entrée d'un filtre optique 30 passe-bande centré autour d'une longueur d'onde fixe qui est la longueur d'onde o0. Le signal converti à la longueur d'onde k0 est filtré par le filtre optique 30 à longueur d'onde fixe puis détecté par une photodiode 40. La conversion en longueur d'onde du signal incident permet de rendre le dispositif préamplificateur optique indépendant de la longueur d'onde du signal incident, et par conséquent permet d'utiliser un filtre optique à longueur 5 d'onde fixe. Un mode préféré de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 3. Il permet l'intégration des différentes fonctions du dispositif préamplificateur et par conséquent la réalisation d'un composant de faible10 encombrement par rapport aux solutions de l'état de la technique, un composant de quelques cm cube (2cm3) au lieu d'une carte électronique d'une dizaine de cm2. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas de l'utilisation de plusieurs dispositifs comme celui-ci dans les applications15 de réception de signaux multiplexés en longueur d'onde (Wavelength Division Multiplexing WDM). Ce mode de réalisation consiste à utiliser comme convertisseur de longueur d'onde, un amplificateur optique semi-conducteur à gain stabilisé (Clamped Gain Semi-20 conductor Optical Amplifier en terminologie anglo-saxonne GC-SOA) et à placer en entrée de cet amplificateur un isolateur 22 pour rejeter l'oscillation retour générée par l'amplificateur 21. Comme cela est précisé dans la suite, l'isolateur 22 peut être réalisé par un filtre réjecteur qui lui-même, selon un mode préféré de réalisation permettant l'intégration, est réalisé par un réseau incliné. En effet, on rappelle qu'un amplificateur optique semi- conducteur à gain stabilisé est un amplificateur dans lequel on crée une rétroaction de façon à ce qu'une cavité laser se mette en place autour du milieu amplificateur pour qu'une oscillation se produise à l'intérieur de cette cavité à une longueur d'onde prédéfinie. La longueur d'onde d'oscillation est prédéfinie par construction lors de la réalisation de35 l'amplificateur. On trouvera une description plus détaillée d'un tel amplificateur par exemple dans les demandes de brevet EP-A-0 639 876 et EP-A-0 762 580. Pour supprimer la propagation de l'oscillation retour vers l'amplificateur 10, évitant ainsi la saturation de cet amplificateur, il est prévu que l'isolateur placé entre l'amplificateur 10 et l'amplificateur à gain stabilisé soit réalisé par un filtre optique réjecteur pour la longueur d'onde d'oscillation k0. Toujours dans le but de rendre le dispositif intégrable, on choisit de réaliser le filtre réjecteur au moyen d'un réseau incliné. La technologie de réalisation d'un tel réseau est bien connue et permet d'obtenir par construction, un affaiblissement du signal à la longueur d'onde désirée.15 Ainsi selon ce mode préféré de réalisation le dispositif préamplificateur pour récepteur comporte deux étages préamplificateurs optiques semi-conducteurs intégrés, un filtre optique à longueur d'onde fixe, et une photodiode. Les deux étages d'amplification sont l'un réalisé par20 l'amplificateur optique semi-conducteur faible bruit (SOA), l'autre par un amplificateur optique semi-conducteur à gain stabilisé (GC-SOA) avec une réjection de l'oscillation retour de cette amplificateur évitant toute saturation du premier amplificateur optique.25 Le signal SE est fortement amplifié par l'amplificateur (SOA) 10 faible bruit et à grand gain. Puis, il est converti à la longueur d'onde d'oscillation k0, de l'amplificateur à gain stabilisé 21 (GC-SOA), laquelle est choisie de manière à être inférieure aux longueurs d'ondes de la fenêtre de transmission de la ligne (par exemple 1510 nm). Le signal converti est ensuite filtré par un filtre à longueur d'onde fixe puis détecté par une photodiode. Cette solution permet donc une intégration des deux étages d'amplification sur substrat en phosphure d'indium (InP, référence A sur la figure 3). Cette solution présente également comme autres avantages de procurer un taux d'extinction amélioré et d'améliorer le rapport signal à bruit optique (de 15 dB à un rapport signal à bruit supérieur à 30 dB).5 On rappelle que le rapport signal à bruit et le taux d'extinction sont des paramètres permettant de définir la qualité d'un signal optique. En outre, l'amplificateur optique semi-conducteur à gain stabilisé du dispositif peut être utilisé en tant que porte optique, commandée soit électriquement, soit optiquement, pour réaliser un démultiplexage ou un échantillonnage temporel des signaux optiques. A cette fin, un circuit CDE de commande du gain de l'amplificateur sera relié à l'amplificateur pour piloter son gain. Ce circuit pourra par exemple être un circuit de modulation du courant de gain de l'amplificateur. Revendications 1. Dispositif préamplificateur optique pour photorécepteur comportant un premier amplificateur optique (10) caractérisé en ce que ledit premier 5 amplificateur optique (10) est couplé à une entrée d'un filtre optique (30) centré autour d'une longueur d'onde fixe X0 à travers un dispositif à conversion de longueur d'onde (20) à la longueur d'onde X0 fixe du filtre. 2. Dispositif préamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce le dispositif optique à conversion de longueur d'onde (20) comprend un amplificateur optique semi- conducteur à gain stabilisé (21), la longueur d'onde de conversion 10 étant la longueur d'onde d'oscillation 1015 généré par ledit amplificateur (21), l'entrée de cet amplificateur étant reliée à la sortie du premier amplificateur optique (10) à travers un filtre optique réjecteur (22) pour ladite longueur d'onde d'oscillation. 3. Dispositif préamplificateur selon la revendication 2, caractérisée en ce que le filtre réjecteur (22) est un filtre à réseau incliné. 4. Dispositif préamplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier amplificateur optique (10) est également un amplificateur optique semi-conducteur. 5. Dispositif préamplificateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amplificateur optique semi- conducteur du dispositif de conversion est commandé électriquement ou optiquement (CDE) de manière à réaliser un porte optique.