Brevet FR2764998A1 — publié le 19981224

SYSTEME D'AMPLIFICATION OPTIQUE BIDIRECTIONNEL L'invention concerne un système d'amplification optique bidirectionnel et notamment un système permettant de transmettre par un même guide optique des ondes optiques dans les deux sens et de les amplifier. Ce système s'applique notamment aux transmission sur fibres optiques monomodes utilisant des amplificateurs à fibre dopée. Il permet de rendre un amplificateur optique intrinsèquement monodirectionnel en un amplificateur bidirectionnel. Toute transmission optique existante monodirectionnelle pourra ainsi être transformée simplement, rapidement et à peu de frais en transmission bidirectionnelle multicanaux. Le dispositif fait appel à des technologies existantes; il est monobloc et aisément insérable, par simple déconnexion et reconnexion des amplificateurs optiques, dans une transmission optique. Les domaines d'application sont principalement les 1 5 télécommunications et les réseaux de distribution par fibres optiques. Les transmissions par fibres optiques font de plus en plus appel aux amplificateurs optiques à fibre dopée en remplacement des répéteurs antérieurement utilisés et au multiplexage en longueur d'onde pour multiplier le nombre de canaux véhiculables dans une même fibre (voir brevet français n 2 258 751). Les figures 1 et 2 montrent les schémas des transmissions optiques actuellement utilisés dans les domaines des télécommunications et des réseaux de distribution. Les transmissions en sens inverse se font habituellement en doublant les lignes de transmission. Les amplificateurs-optiques à fibre dopée usuellement utilisés, tel que celui représenté sur la figure 3, sont monodirectionnels du fait de leur conception et de la présence d'isolateurs optiques; ils ne permettent donc pas la réalisation de transmissions bidirectionnelles basées sur le multiplexage optique. L'invention concerne un système réalisant une telle transmission bidirectionnelle. L'invention concerne donc un système d'amplification optique bidirectionnel comprenant un amplificateur optique possédant une entrée et une sortie et permettant d'amplifier des longueurs d'ondes comprises dans une première gamme de longueurs d'ondes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de couplage optique possédant: - un premier accès prévu pour recevoir une première onde optique dans une deuxième gamme de longueurs d'ondes comprise dans la première gamme de longueurs d'ondes; - un deuxième accès prévu pour recevoir une deuxième onde optique dans une troisième gamme de longueurs d'ondes également comprise dans la première gamme de longueurs d'ondes; - une sortie couplée à l'entrée de l'amplificateur optique; - une entrée couplée à la sortie de l'amplificateur optique; ledit dispositif permettant: - de diriger la première onde optique (sk1) du premier accès à la sortie du dispositif; de diriger l'onde optique amplifiée résultant de l'amplification de la première onde optique, de l'entrée du dispositif de couplage au deuxième accès; - de diriger la deuxième onde optique du deuxième accès à la sortie du dispositif de couplage; - de diriger l'onde optique amplifiée résultant de l'amplification de la deuxième onde optique, de l'entrée du dispositif de couplage au première accès. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - les figures 1 à 3, des systèmes connus dans la technique et décrits précédemment; - la figure 4, un spectre de transmission en longueurs d'ondes du système de l'invention; - les figures 5a et 5b, un schéma général du système de l'invention; - les figures 6, 7a et 7b, des exemples de réalisation détaillés selon l'invention. En se reportant à la figure 5, on va donc décrire tout d'abord un schéma général du système de l'invention. On note tout d'abord que les amplificateurs optiques à fibre dopée présentent une certaine largeur spectrale d'amplification optique qui permet d'amplifier simultanément plusieurs canaux copropagatifs portés par des longueurs d'onde différentes entrant dans cette largeur spectrale et préalablement multiplexés optiquement dans la même fibre. Selon l'invention, on alloue une partie du spectre de l'amplificateur pour transmettre des signaux se propageant dans le sens de l0 l'amplificateur optique et l'autre partie pour transmettre des signaux contrapropagatifs comme cela est représenté en figure 4. Le système de l'invention comporte un amplificateur optique AO, tel que celui de la figure 5a, qui possède un gain G et qui transforme un signal entrant de longueur d'onde X, s(X) en un signal sortant amplifié S (X). L'amplificateur AO possède une fibre optique amorce d'entrée d'extrémité 2 et une fibre amorce de sortie d'extrémité 3. Le système de l'invention (figure 5b) possède en outre un dispositif de commutation D qui possède quatre entrées/sorties 1', 2', 3', 4'. Les accès 1' et 4' sont reliées aux circuits de transmission extérieurs (aux fibres de transmission notamment). Les accès 2' et 3' sont reliées respectivement aux accès 2 et 3 de l'amplificateur AO. Le rôle de D est de: - diriger le signal s(X1) issu de l'accès 1 vers l'entrée 2 de I'amplificateur AO; - diriger le signal amplifié S (Xi) issu de la sortie 3 vers l'accès 4 de la fibre de transmission; - - diriger un signal contrapropagatif, de longueur d'onde X2, s(X2) issu de l'accès 4 vers l'entrée 2 de l'amplificateur AO; - diriger le signal amplifié S (X2) issu de la sortie 3 vers l'entrée 1 de la fibre de transmission. Le dispositif D permet donc d'utiliser le même amplificateur monodirectionnel AO pour amplifier 2 signaux contrapropagatifs portés respectivement par les longueurs d'onde X1 et X2. Lié à cela, le dispositif D permet d'utiliser le même amplificateur optique monodirectionnel AO pour amplifier deux ensembles de signaux contrapropagatifs portés par des longueurs d'ondes situées dans le spectre de gain de AO respectivement de part et d'autre d'une longueur d'onde:;o (voir figure 4). Une première version du dispositif est représentée sur la figure 6. Il est constitué d'un parallélépipède rectangle transparent de section carrée, réalisé par assemblage de quatre parallélépipèdes rectangles D1, D2, D3, D4 ayant chacun comme section un triangle isocèle rectangle. Les faces internes d12 à d41 sont traitées de façon à constituer des miroirs dichroïques centrés sur une longueur d'onde X0 (voir figure 4). Par exemple, sur un tel miroir, tout rayonnement de longueur d'onde inférieure à ?o sera transmis et tout rayonnement de longueur d'onde supérieure à Xo sera réfléchi. Quatre lentilles L1, L2, L3 et L4 sont disposées selon la figure 6 sur 2 faces opposées. Leur rôle est de collimater les faisceaux issus des accès 1', 2', 3' et 4' ou en sens inverse de focaliser les faisceaux collimatés sur les accès (constitués par exemple des coeurs de fibres optiques). Le rayonnement à la longueur d'onde.1 ( d12 et d23 et focalisé par la lentille 1L2 dans la fibre d'extrémité de l'accès 2'. Après amplification par AO, ce rayonnement, propagé par la fibre d'extrémité 3', est collimaté par la lentille L3, transmis par les faces dichroïques d41 et d34 et focalisé par la lentille L4 dans la fibre d'extrémité 4'. Le rayonnement de longueur d'onde X2 (>Xo) entrant sur l'accès 4', est collimaté par la lentille L4, réfléchi successivement par les faces dichroïques d34 et d23 (placées à 45" par rapport au faisceau collimaté) et focalisé par la lentille L2 dans la fibre d'extrémité 2'. Après amplification par AO, ce rayonnement propagé par la fibre d'extrémité 3' est collimaté par la lentille L3, réfléchi successivement par les faces dichroïques d41 et d12 (placées à 45 par rapport au faisceau collimaté) et focalisé dans la fibre d'extrémité de l'accès 1'. Les rayonnements de longueur d'onde;l et X2 sont donc comme prévu contrapropagatifs en amont et en aval de l'ensemble du dispositif D et de l'amplificateur AO et copropagatifs lors de la traversée de ce dernier. Une variante du dispositif D est représentée sur la figure 7. Il a la forme d'un parallélépipède rectangle de section octogonale constitué de deux blocs symétriques assemblés par la face diagonale dichroique MD centrée sur la longueur d'onde o.0. Les faces m', m", m'" et m"" sont réfléchissantes. Comme dans le cas précédent: - Le rayonnement de longueur d'onde.1 ( d'extrémité de l'accès 2'. - Après amplification par AO, ce rayonnement propagé par la fibre d'extrémité 3', est collimaté par la lentille L3, transmis à travers la face dichroique MD et est focalisé par la lentille L4 dans la fibre d'extrémité de l'accès 4'; - Le rayonnement de longueur d'onde X2 (>Xo) issu de la fibre d'extrémité de l'accès 4' est collimaté par la lentille L4 réfléchi successivement sur la face dichroïque MD, les miroirs m'" et m'"', de nouveau la face MD (toutes les réflexions se font avec un angle de 45 sur la figure 7) et focalisé par la lentille L2 dans la fibre d'extrémité de l'accès 2'; - Après amplification par AO, ce rayonnement propagé par la fibre d'extrémité 3' est collimaté par la lentille L3, réfléchi successivement par la face de MD, les miroirs m' et m", de nouveau la face MD et focalisé par la lentille L1 dans la fibre d'extrémité de l'accès 1'. Comme précédemment, les rayonnements de longueur d'onde;1 et X2 sont contrapropagatifs en amont et en aval de l'ensemble du dispositif D et de l'amplificateur AO et çopropagatifs lors de la traversée de ce dernier. Avantages du système de l'invention: La fonction transformant un amplificateur optique monodirectionnel en un amplificateur bidirectionnel est effectuée par un dispositif: - unique - monobloc - faisant appel à des technologies optiques connues (fabrication collective des prismes et des faces dichroïques, collimation des faisceaux issus de fibres optiques utilisée en connectique) Le dispositif proposé peut être inséré simplement dans des transmissions et réseaux existants et permet d'accroître, à faible coût, leur fonctionnalité. Il permet, par ailleurs, de concevoir de nouvelles architectures de réseaux nécessitant des transmissions bidirectionnelles. REVENDICATIONS 1. Système d'amplification optique bidirectionnel comprenant un amplificateur optique (AO) possédant une entrée (2) et une sortie (3) et permettant d'amplifier des longueurs d'ondes comprises dans une première gamme de longueurs d'ondes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de couplage optique (D) possédant: - un premier accès (1') prévu pour recevoir une première onde optique (sXI1) dans une deuxième gamme de longueurs d'ondes comprise dans la première gamme de longueurs d'ondes; un deuxième accès (4') prévu pour recevoir une deuxième onde optique (sX2) dans une troisième gamme de longueurs d'ondes également comprise dans la première gamme de longueurs d'ondes; - une sortie (2') couplée à l'entrée (2) de l'amplificateur optique (AO); - une entrée (3') couplée à la sortie (3) de l'amplificateur optique (AO); ledit dispositif permettant: - de diriger la première onde optique (sk1) du premier accès (1') à la sortie (2') du dispositif; - de diriger l'onde optique amplifiée (SX1I) résultant de l'amplification de la première onde optique, de l'entrée (3') du dispositif de couplage au deuxième accès (1'); - de diriger la deuxième onde optique (sX2) du deuxième accès (4') à la sortie (2') du dispositif de couplage; - de diriger l'onde optique amplifiée (sX2) résultant de l'amplification dé la deuxième onde optique, de l'entrée (3') du dispositif de couplage au première accès (1'). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de couplage comporte quatre prismes trièdres rectangles (D1, D2, D3, D4) assemblés par leurs faces formant un angle dièdre rectangle, les interfaces (d12, d23, d34, d41) entre ces faces comportant des moyens de réflexion des ondes de la troisième gamme de longueurs d'ondes; - la lumière émise par le premier accès (1') dans le dispositif de couplage traversant deux interfaces étant dirigée selon un premier trajet vers la sortie (2') couplée à l'entrée (2) de l'amplificateur (AO); - la lumière émise par le deuxième accès (4') dans le dispositif de couplage étant dirigée selon un deuxième trajet parallèle au premier trajet et étant réfléchie par un premier interface puis un deuxième interface pour être dirigée selon le premier trajet vers la sortie (2'); - la lumière émise par l'amplificateur (AO) à l'entrée (3') du dispositif de couplage est dirigée selon le deuxième trajet. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de couplage comporte: - un miroir dichroique (MD) réfléchissant la lumière de la troisième gamme de longueurs d'ondes et ne réfléchissant pas la lumière de la deuxième gamme de longueurs d'ondes le premier accès dirigeant la lumière de la deuxième gamme de longueurs d'ondes selon un troisième trajet vers ladite sortie (2') en traversant le miroir dichroïque et ladite entrée (3') dirigeant la lumière vers le deuxième accès à travers le miroir dichroiïque selon un quatrième trajet, le deuxième accès dirigeant la lumière de la troisième longueur d'onde vers le miroir dichroiïque selon le quatrième trajet; - un premier système de miroirs (m"', m"") recevant la lumière provenant du deuxième accès après réflexion par le miroir dichrofque (MD) et la réfléchissant vers le miroir dichroïque de façon que celui-ci la réfléchisse vers ladite sortie (2') selon le troisième trajet; - un deuxième système de miroirs (m', m") recevant la lumière provenant de ladite entrée (3') après réflexion par le miroir dichroïque (MD) et la réfléchissant vers le miroir dichroïque de façon que celui-ci la réfléchisse vers le premier accès (1') selon le quatrième trajet. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc en matériau transparent de forme octogonale constitué de deux blocs symétriques assemblés par une face diagonale réalisant le miroir dichroïque, les deux systèmes de miroirs (m' à m"') comportant des faces réalisant ladite forme octogonale.