Brevet FR2765422A1 — publié le 19981231

AMPLIFICATEUR A FIBRE OPTIQUE MUNI D'UN ABSORBEUR DESCRIPTION La présente invention concerne un amplificateur à fibre optique muni d'un absorbeur et plus particulièrement un amplificateur à fibre optique ayant un absorbeur pour absorber une lumière de signal ayant une gamme de longueurs d'onde prédéterminée. Un amplificateur à fibre dopée à l'erbium, appelé EDFA, amplifie périodiquement un signal optique affaibli pour compenser l'atténuation du signal optique due à une transmission sur une longue distance, lorsqu'une grande quantité de données est transmise sur une longue distance par l'intermédiaire d'une fibre optique. L'EDFA amplifie directement la lumière sans transformer la lumière temporairement en électricité pour qu'elle soit amplifiée. Ainsi, l'EDFA est efficace et économique pour assurer l'amplification. La figure 1 représente la structure d'un EDFA classique. L'EDFA représenté sur la figure 1 est constitué d'un premier isolateur 100, d'une première source de lumière de pompage 102, d'un premier coupleur sélectif en longueur d'onde, appelé WSC, 104, d'une Fibre Dopée à l'Erbium, appelée EDF, 106, d'un deuxième WSC 108, d'une deuxième source de lumière de pompage et d'un deuxième isolateur 112. Le fonctionnement de l'EDFA de la figure 1 va maintenant être décrit. Tout d'abord, les première et deuxième sources de lumière de pompage 102 et 110 injectent une lumière de pompage ayant une longueur d'onde centrale de 980 nm. Les premier et deuxième WSC 104 et 108 couplent la lumière de pompage à une lumière de signal ayant une bande de 1500 nm qui est entrée par l'intermédiaire de leurs voies d'entrée respectives. La lumière de pompage excite les ions de l'erbium ayant un état fondamental existant dans l'EDF 106. Une lumière de signal est amplifiée par l'émission stimulée de l'erbium excité. La lumière de signal amplifiée est sortie, en direction du deuxième isolateur 112, par l'intermédiaire du deuxième WSC 108. Le premier isolateur 100 empêche l'efficacité de l'amplification de la lumière de signal d'être dégradée par une émission spontanée amplifiée, appelée ASE provenant de l'EDF 106 et réfléchie par un dispositif optique tel qu'un connecteur d'entrée de signal et entre à nouveau dans l'EDF 106. De même, le deuxième isolateur 112 empêche l'efficacité de l'amplification d'être dégradée par l'ASE qui est réfléchie par un dispositif optique tel qu'un connecteur de sortie de signal et entre à nouveau dans l'EDF 106. Toutefois, l'EDFA présente différents gains d'amplification en fonction de la longueur d'onde. En particulier, l'ASE dans la bande de 1530 nm est forte, et un gain à l'intérieur de cette gamme est élevé. Il en résulte que le gain dans la bande de longueurs d'onde de 1550 nm, qui est souvent utilisée pour les transmissions, est réduit, et que la valeur du bruit augmente, ce qui agrandit la différence de gain de l'EDFA entre les longueurs d'onde. De même, lorsque des EDFA sont connectés au milieu d'un système pour amplifier un signal optique affaibli au cours de la transmission, le gain est considérablement plus élevé dans la bande de longueurs d'onde de 1530 nm que dans d'autres gammes de longueurs d'onde. Par conséquent, des pics de gain se produisent dans la bande de longueurs d'onde de 1530 nm. Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, un objectif de la présente invention consiste à fournir un amplificateur à fibre optique muni d'un absorbeur, qui comporte une fibre dopée à l'erbium (EDF) agissant comme absorbeur entre les EDF qui agissent comme milieu amplificateur de lumière, et augmente le gain dans une gamme de longueurs d'onde habituellement utilisée dans les communications optiques et réduit la valeur du bruit, en réduisant le gain d'une lumière de signal ayant une bande de longueurs d'onde de 1530 nm puis en amplifiant la lumière de signal. En conséquence, pour atteindre l'objectif mentionné ci- dessus, on fournit un amplificateur à fibre optique muni d'un absorbeur, caractérisé en ce qu'il comprend: une première unité d'amplification pour amplifier une lumière de signal d'entrée, en utilisant une première lumière de pompage; une unité d'absorption pour séparer la lumière de signal et la lumière de pompage de la lumière de sortie de la première unité d'amplification et absorber un signal lumineux ayant une gamme de longueurs d'onde prédéterminée; et une deuxième unité d'amplification pour amplifier la lumière de signal de sortie de l'unité d'absorption, en utilisant une deuxième lumière de pompage. 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 illustre la structure d'un amplificateur à fibre optique classique; la figure 2 illustre la structure d'un amplificateur à fibre optique muni d'un absorbeur selon la présente invention; la figure 3 est un graphique du gain par rapport à la longueur d'onde de l'amplificateur de la figure 2 ; et la figure 4 est un graphique du bruit par rapport à la longueur d'onde de l'amplificateur de la figure 2. En référence à la figure 2, un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA) selon la présente invention inclut un premier isolateur 200, une première unité d'amplification 210, une unité d'absorption 220, une deuxième unité d'amplification 230, et un deuxième isolateur 240. La première unité d'amplification 210 amplifie une lumière de signal d'entrée en utilisant une première lumière de pompage, et est constituée d'une première source de lumière de pompage 211, d'un premier coupleur sélectif en longueur d'onde (WSC) 212, et d'une première fibre dopée à l'erbium (EDF) 213. L'unité d'absorption 220 sépare une lumière de signal et une lumière de pompage de la lumière de sortie de la première unité d'amplification 210 et absorbe une lumière de signal ayant une gamme de longueurs d'onde prédéterminée, et est constituée d'un deuxième WSC 221, d'une deuxième EDF 222, d'une fibre de transmission 223 et d'un troisième WSC 224. La deuxième unité d'amplification 230 amplifie la lumière de signal de sortie de l'unité d'absorption 220, et est constituée d'une deuxième source de lumière de pompage 231, d'un quatrième WSC 232 et d'une troisième EDF 233. La première source de lumière de pompage 211 génère une lumière de pompage ayant une longueur d'onde centrale de 980 nm. Le premier WSC 212 couple cette lumière de pompage à une lumière de signal ayant une bande de longueurs d'onde de 1500 nm entrée par l'intermédiaire de sa voie d'entrée, et transmet le résultat à travers une fibre optique. La première EDF 213 amplifie la lumière de signal grâce à une émission stimulée d'ions d'erbium excités par la lumière de pompage. Le deuxième WSC 221 sépare la lumière de signal amplifiée provenant de la lumière de pompage restant dans la première EDF 213. La deuxième EDF 222 absorbe la lumière de signal amplifiée dans une gamme de longueurs d'onde prédéterminée. La fibre de transmission 223 transmet la lumière de pompage séparée. Le troisième WSC 224 couple le signal lumineux ayant traversé la deuxième EDF 222 à la lumière de pompage ayant traversé la fibre de transmission 223. La deuxième source de lumière de pompage 231 génère une lumière de pompage ayant une longueur d'onde centrale de 980 nm. La lumière de pompage générée est incidente sur la troisième EDF 233 par l'intermédiaire du quatrième WSC 232. La lumière de pompage incidente et la lumière de pompage ayant traversé le troisième WSC 224 excitent les ions erbium de la troisième EDF 233. La troisième EDF 233 amplifie une lumière de signal ayant traversé le troisième WSC 224 grâce à une émission stimulée des ions d'erbium excités. Dans ce cas, les deuxième et troisième WSC 221 et 224 peuvent fonctionner dans un sens opposé au sens décrit ci-dessus. C'est-à-dire que le troisième WSC 224 sépare la lumière de pompage résiduelle de la lumière de signal qui sort de la deuxième unité d'amplification 220. Le deuxième WSC 221 couple une lumière de signal qui traverse la deuxième EDF 222 à la lumière de pompage qui traverse la fibre de transmission 223. Le premier isolateur 200 empêche l'émission stimulée amplifiée (ASE) d'entrer à nouveau dans la voie d'entrée. Le deuxième isolateur 240 empêche le signal de sortie d'être réfléchi, d'entrer à nouveau dans sa voie de sortie, et d'affecter l'amplification de signal. Par conséquent, le signal lumineux incident est premièrement amplifié par la première unité d'amplification 210. L'ASE est plus réduite dans la bande de longueurs d'onde de 1530 nm qu'à d'autres longueurs d'onde. Ensuite, le résultat est deuxièmement amplifié par la deuxième unité d'amplification 230. La lumière de pompage qui reste dans les première et troisième EDF 213 et 233 traverse les deuxième et troisième WSC 221 et 224, et saute la deuxième EDF 222, qui est un absorbeur. Le coefficient d'absorption de la deuxième EDF 222 est de 12 dB/m à une longueur d'onde de 1530 nm et d'environ 4 dB/m à une longueur d'onde de 1550 nm. En conséquence, l'absorption à 1550 nm est égale à environ 15 % de celle à 1530 nm. Ainsi, la deuxième EDF 222 enlève l'ASE ayant une bande de longueurs d'onde de 1530 nm avant la deuxième amplification, et l'erbium excité est utilisé pour amplifier les signaux dans d'autres gammes de longueurs d'onde. Lorsque l'ASE dans la bande de longueurs d'onde de 1530 nm, obtenue en traversant la première unité d'amplification 210, est absorbée, les ions erbium excités par la deuxième unité d'amplification 230 amplifient les signaux ayant des longueurs d'onde comprises entre 1540 nm et 1560 nm, avec un gain qui accru et un bruit inférieur. Une concentration préférée d'erbium des première et troisième EDF 213 et 233, utilisée dans la présente invention, est de 165 ppm, et les longueurs de celles- ci sont de 20 m et 13 m, respectivement. La deuxième EDF 222, utilisée comme absorbeur, présente une concentration d'erbium de 200 ppm et a une longueur de 4 m. La puissance de sortie de chaque source de lumière de pompage est de 90 mW. Les figures 3 et 4 sont des graphiques qui représentent respectivement les valeurs du gain et du bruit par rapport à la longueur d'onde, pour un EDFA classique, et pour 1'EDFA selon la présente invention. Une ligne en pointillés indique les caractéristiques de l'EDFA classique, et une ligne pleine indique les caractéristiques de l'EDFA selon la présente invention. Si l'on se réfère aux figures 3 et 4, le gain de l'EDFA selon la présente invention est inférieur d'environ 2 dB aux longueurs d'onde inférieures à 1540 nm, et supérieur d'environ 2 dB aux longueurs d'onde supérieures ou égales à 1540 nm, par rapport à l'EDFA classique. La valeur du bruit est réduite sur toute la gamme de longueurs d'onde. Selon la présente invention, l'EDFA peut être fabriqué facilement en ajoutant un absorbeur, formé du même matériau que la fibre dopée à l'erbium, à l'EDFA classique. De même, les caractéristiques de l'EDFA peuvent être facilement modifiées en agissant sur la longueur de l'absorbeur. En outre, le gain dans une gamme de longueurs d'onde utilisée habituellement pour la transmission peut être augmenté, et la valeur du bruit peut être réduite. REVEND I CATIONS 1. Amplificateur à fibre optique muni d'un absorbeur, caractérisé en ce qu'il comprend: une première unité d'amplification (210) pour amplifier une lumière de signal d'entrée, en utilisant une première lumière de pompage; une unité d'absorption (220) pour séparer la lumière de signal et la lumière de pompage de la lumière de sortie de la première unité d'amplification et absorber un signal lumineux ayant une gamme de longueurs d'onde prédéterminée; et une deuxième unité d'amplification (230) pour amplifier la lumière de signal de sortie de l'unité d'absorption, en utilisant une deuxième lumière de pompage. 2. Amplificateur selon la revendication 1, dans lequel la première unité d'amplification comprend: une première source de lumière de pompage (211) pour sortir une lumière ayant une longueur d'onde centrale prédéterminée; un premier coupleur sélectif en longueur d'onde (212) présentant une première voie d'entrée pour recevoir la lumière de signal d'entrée, une deuxième voie d'entrée connectée à la première source de lumière de pompage, et une voie de sortie pour coupler, l'une avec l'autre, les entrées de signal par l'intermédiaire des première et deuxième voies d'entrée et sortir le résultat à travers la voie de sortie; et une première fibre optique dopée à l'erbium (213) connectée au premier coupleur sélectif en longueur d'onde, pour amplifier la lumière de signal d'entrée en utilisant une émission stimulée provoquée par la première source de lumière de pompage. 3. Amplificateur selon la revendication 2, dans lequel l'unité d'absorption comprend: un deuxième coupleur sélectif en longueur d'onde présentant une voie d'entrée connectée à la première unité d'amplification, et des première et deuxième voies de sortie, pour sortir de manière sélective une lumière de signal, parmi la lumière reçue par l'intermédiaire de la voie d'entrée, à travers la première voie de sortie, et une lumière de pompage à travers la deuxième voie de sortie; un absorbeur dont une extrémité est connectée à la première voie de sortie du deuxième coupleur sélectif en longueur d'onde, pour absorber une lumière de signal présentant une gamme de longueurs d'onde o le gain d'amplification est relativement élevé, à partir d'une sortie de lumière de signal à partir de la première voie de sortie; une fibre optique de transmission connectée à la deuxième voie de sortie du deuxième coupleur sélectif en longueur d'onde, pour transmettre la lumière de pompage qui entre par l'intermédiaire de la deuxième voie de sortie; et un troisième coupleur sélectif en longueur d'onde présentant une première voie d'entrée connectée à l'absorbeur, une deuxième voie d'entrée connectée à la fibre optique de transmission, et une première voie de sortie, pour coupler les signaux qui entrent par l'intermédiaire des première et deuxième voies d'entrée et transmettre les signaux couplés à travers la voie de sortie. 4. Amplificateur selon la revendication 3, dans lequel l'absorbeur est une fibre dopée à l'erbium. 5. Amplificateur selon la revendication 3, dans lequel la deuxième unité d'amplification (230) comprend: une deuxième source de lumière de pompage (231) pour sortir une lumière ayant une longueur d'onde centrale prédéterminée; une deuxième fibre optique dopée à l'erbium (233) connectée à unité d'absorption, pour amplifier la lumière de signal de sortie de l'unité d'absorption par une émission stimulée provoquée par une lumière de pompage de la deuxième source de lumière de pompage; et un quatrième coupleur sélectif en longueur d'onde (232) présentant une première voie d'entrée connectée à la deuxième fibre optique dopée à l'erbium, une deuxième voie d'entrée connectée à la deuxième source de lumière de pompage, et une voie de sortie pour sortir un signal amplifié par la deuxième fibre optique dopée à l'erbium. 6. Amplificateur selon la revendication 1, comprenant en outre: un premier isolateur (200) placé devant la première unité d'amplification, pour transmettre le signal d'entrée à la première unité d'amplification et empêcher le signal de sortie de la première unité d'amplification d'être réfléchi; et un deuxième isolateur (240) placé derrière la deuxième unité d'amplification, pour transmettre le signal de sortie de la deuxième unité d'amplification et empêcher le signal de sortie de la deuxième unité d'amplification d'être réfléchi.