Brevet FR2776152A1 — publié le 19990917

CONTRÈLE A DISTANCE DE L'EXCURSION DE GAIN DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION À FIBRE OPTIQUE ET À MULTIPLEXAGE DE LONGUEUR D'ONDES La présente invention concerne un système de transmission à fibres optiques à multiplexage de longueur d'ondes. Elle concerne aussi un procédé d'adaptation d'un tel système, permettant de compenser les effets du vieillissement. L'invention concerne les amplificateurs optiques, et plus particulièrement les amplificateurs optiques destinés à être utilisés pour les systèmes de transmission par fibre optique à multiplexage de longueur d'onde. De tels amplificateurs sont utilisés pour compenser à intervalles réguliers la perte de ligne. Ces amplificateurs sont associés à des filtres de sorte à présenter un gain aussi plat que possible sur toute la plage de longueur d'onde utilisée dans le système de transmission. La platitude du gain, ou encore la limitation de l'excursion de gain est obtenue lors de l'installation de la ligne par une optimisation adéquate des amplificateurs et des filtres associés. Un des problèmes rencontrés pour de tels systèmes de transmission par fibres optiques est le vieillissement des composants. L'atténuation des fibres de ligne ou des amplificateurs augmente de telle sorte à diminuer la puissance appliquée en entrée de chaque amplificateur. Cette diminution provoque une augmentation du gain de l'amplificateur, et les longueurs d'onde les plus faibles sont alors plus amplifiées. Ce décalage du pic de gain vers les basses longueurs d'ondes provoque une variation du gain sur la plage de longueurs d'onde du multiplex; la variation de gain en fonction de la longueur d'onde a ainsi l'allure d'une droite de pente décroissante. Cette variation du gain dans le temps provoque un déséquilibre d'amplification entre les différents canaux du multiplex en longueurs d'onde. Ce problème est mentionné dans O. Gautheron et autres, Robustness of WDM submarine transmission to degraded conditions, OFC'97 Technical Digest, p. 61. Cette présentation propose une solution consistant à réajuster la préaccentuation de puissance dans le terminal d'émission, de sorte à compenser le décalage du gain vers les faibles longueurs d'ondes; en d'autres termes, il est proposé d'augmenter à l'émission la puissance des canaux de longueur d'onde plus importante, par rapport aux canaux de longueurs d'onde plus faible, de sorte à compenser l'augmentation relative du gain pour les canaux de longueur d'onde plus faible; ceci permet d'ajuster le rapport signal sur bruit pour les différents canaux. Cette solution induit des problèmes nouveaux. On ne peut pas augmenter indéfiniment la puissance relative des différents canaux: le réajustement de la préaccentuation est limité; en effet le rapport signal sur bruit en sortie de la liaison est une fonction décroissante de la préaccentuation; une préaccentuation de 7 dB induit ainsi une perte de l'ordre de 0,5 dB dans le rapport signal sur bruit en sortie de liaison, la perte étant de l'ordre de 1,2 dB pour une préaccentuation de 10 dB; dans la pratique la préaccentuation est donc le plus souvent limitée à 7 dB. L'augmentation de la préaccentuation est aussi d'autant plus difficile que les canaux sont nombreux et les liaisons longues. Limiter la préaccentuation en fin de vie d'une liaison à 7 dB conduit à des spécifications des amplificateurs et des filtres associés qui rendent leur fabrication difficile et onéreuse. L'invention a donc pour objet de fournir une solution à ce problème nouveau. Elle propose un procédé qui permet de compenser plus facilement le vieillissement du système de transmission, tout en maintenant une préaccentuation limitée. Elle assure même en fin de vie des liaisons une performance correcte en terme de rapport signal sur bruit. La demande française déposée par la demanderesse sous le numéro 9800120 le 08.01.98 et ayant pour titre Amplificateur optique à excursion de gain optimale pour différentes puissances d'entrée (référence interne F 100360) propose d'utiliser des filtres en cloche accordables pour régler l'excursion de gain d'amplificateurs dans un système de transmission à fibre optique en multiplex de longueur d'onde, afin d'adapter l'excursion de gain de chaque amplificateur lors de l'installation de la liaison, en fonction des pertes des différentes sections de fibre de ligne. Plus précisément, l'invention propose un système de transmission à fibre optique à multiplexage de longueurs d'ondes, comprenant au moins un amplificateur et caractérisé par au moins un filtre réglable à distance. Avantageusement, le filtre est réglable de sorte à compenser dans la plage de longueur d'onde du multiplex les variations provoquées par le vieillissement du système de transmission. Dans un mode de réalisation, le filtre est réglable de sorte à présenter dans la plage de longueur d'onde du multiplex une fonction de transfert sensiblement horizontale ou une fonction de transfert décroissante. Dans ce cas, le système comprend de préférence au moins un filtre compensant la forme du gain des amplificateurs. Ce filtre peut comprendre deux filtres complémentaires dont l'un est accordable à distance, par exemple deux filtres complémentaires sont formés de deux réseaux de Bragg identiques utilisés respectivement en transmission et en réflexion. Dans un mode de réalisation, le filtre comprend des moyens de commutation entre au moins deux filtres distincts et les moyens de commutation sont commandables à distance. Dans un autre mode de réalisation, le ou les filtres réglables à distance compensent la forme de gain du ou des amplificateurs. Dans ce cas, le filtre est avantageusement un filtre en cloche inversée, par exemple un filtre photoréfractif, couplé à un composant de température réglable à distance, tel un élément à effet Pelletier. Dans un mode de réalisation, le filtre réglable à distance comprend un filtre de longueur d'onde accordable. L'invention propose encore un procédé d'adaptation d'un système de transmission à fibre optique à multiplexage de longueurs d'ondes, comprenant au moins un amplificateur et au moins un filtre réglable à distance, comprenant le réglage à distance du ou des dits filtres de sorte à compenser l'excursion de gain sur la plage du multiplex provoquée par le vieillissement du système. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référencé aux dessins annexés qui montrent: - figure 1 une représentation schématique d'un système de transmission selon l'invention; - figure 2 une représentation d'un mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1; - figure 3 une représentation d'un autre mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1; - figure 4 une représentation d'encore un mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1. - figure 5 une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un système de transmission selon l'invention; - figure 6 une représentation de la fonction de transfert d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1. L'invention propose, pour compenser le vieillissement d'un système de transmission à fibres optiques à multiplexage de longueur d'onde, de disposer dans le système un ou plusieurs filtres réglables à distance. Ce ou ces filtres peuvent permettre à tout moment de compenser, depuis une extrémité du système, le décalage du pic de gain des amplificateurs, et fournissent ainsi une solution alternative ou cumulative aux variations de préaccentuation à l'émission. En d'autres termes, les filtres réglables à distance permettent de corriger les variations de l'excursion du gain dans le système de transmission provoquées par le vieillissement. Dans un premier mode de réalisation, décrit en référence aux figures I à 4, le système de transmission présente des amplificateurs associés à des filtres permettant de compenser la forme de gain des amplificateurs. L'invention propose alors de prévoir en outre un ou plusieurs filtres permettant de compenser les variations de gains des amplificateurs provoquées par le vieillissement. Dans un second mode de réalisation, décrit en référence aux figures 5 et 6, le système de transmission ne présente pas de filtre associé à chaque amplificateur. Le ou les filtres de l'invention ont alors pour fonction de compenser la forme de gain des amplificateurs, et en outre de compenser les variations de gains des amplificateurs provoquées par le vieillissement. La figure 1 montre une représentation schématique d'un système de transmission selon avec un dispositif d'amplification selon l'invention; on a représenté sur la figure un émetteur Tx 1, un récepteur Rx 2 relié à un tronçon de fibre 3, et n tronçons 4i, i= 1 à n. L'émetteur 1 émet vers le premier tronçon i = 1 les signaux des différents canaux du multiplex. Le dernier tronçon i = n est relié à la fibre 3 qui transmet les impulsions au récepteur 2. Chaque tronçon 4i comprend une longueur de fibre 5i, dont la sortie est reliée à un amplificateur 6i; la sortie de l'amplificateur est reliée à un filtre 7i. La sortie de celui ci est reliée- à la fibre 5i+l du tronçon suivant, ou pour le tronçon n, à la fibre 3. Ces différents éléments du système de transmission ne sont donnés qu'à titre d'exemple, et les positions relatives ainsi que le nombre relatif de filtres et d'amplificateurs peuvent varier, comme cela apparaîtra à l'homme du métier. Selon l'invention, le système de transmission comprend en outre au moins un filtre cammandable à distance, qui permet de compenser les effets du vieillissement sur l'excursion de gain dans le système de transmission. Dans l'exemple de la figure 3, sont prévus trois filtres commandables à distance 9, 10 et 1l 1, par exemple espacés régulièrement le long du système de transmission. La commande à distance des filtres permet à tout moment de compenser les variations de l'excursion de gain dues au vieillissement du système de transmission. Selon l'invention, les pertes introduites par ces filtres sont avantageusement prises en compte dans la définition du système de sorte à assurer une puissance de sortie constante. On peut par exemple raccourcir la portée des tronçons dans lesquels le ou les filtres sont inscrits, de sorte à prendre en compte les pertes induites par les filtres. A titre d'exemple, on donne des valeurs typiques des effets du vieillissement, pour un système de transmission transocéanique de 7 Mm, destiné à durer 25 ans, et fonctionnant en multiplex de longueur d'onde sur une plage de 7 nm, avec une distance de 60 entre les amplificateurs. On évalue les pertes dues au vieillissement à /1000 dB/km au bout de 25 ans. Il convient d'y ajouter 3 dB par 1000 km, correspondant à l'ajout de fibre nécessaire pour une réparation en profondeur, supposée intervenir tous les 1000 km. On évalue à 5 dB la perte de puissance en sortie pour I répéteur sur 20, et à 15 dB sur chaque côté de la liaison les pertes pour les réparations en eaux peu profondes. La moyenne des pertes dues au vieillissement est alors de 12/1000 dB/km, ce qui produit pour chaque amplificateur induit un déplacement de 0,3 nm environ vers les basses longueurs d'ondes du pic de gain et donc une augmentation du gain de l'amplificateur de l'ordre de 0,8 dB; cette augmentation induit une variation d'excursion de gain sur la largeur du multiplex, qui est de 15 dB pour l'ensemble de la liaison. Une telle variation de l'excursion de gain peut être corrigée grâce à des filtres réglables à distance, sans impliquer d'interventions sur la liaison. En disposant trois filtres pouvant chacun induire une variation de l'excursion de gain de 5 dB, en sens inverse, on arrive à corriger quasiment l'ensemble des effets dus au vieillissement, au fur et à mesure du vieillissement. Ceci signifie que les filtres réglables à distance sont susceptibles d'induire sur la plage de longueur d'onde du multiplex, une augmentation relative du gain pour les canaux des longueurs d'ondes les plus élevées. L'invention peut être mise en oeuvre de la façon suivante. Lors de l'installation du système de transmission, on introduit sur la fibre de ligne le ou les filtres commandables à distance. La présence de ces filtres est prise en compte dans la définition de la ligne. Lors du vieillissement du système, on peut corriger les effets du vieillissement sur l'excursion de gain un réglant à distance les filtres. On arrive ainsi à préserver les performances du système de transmission, sans pour autant devoir introduire une préaccentuation importante. Le réglage des filtres s'effectue à distance, sans nécessiter d'intervention sur le système de transmission. Dans l'exemple de la figure 1, les filtres réglables à distance sont distincts des filtres utilisés pour l'adaptation des amplificateurs lors de la conception du système de transmission. Il est clair que l'on peut aussi remplacer un ou plusieurs des filtres associés aux. amplificateurs par des filtres réglables à distance permettant de compenser les variations de gains du ou des amplificateurs au cours du temps, comme expliqué par exemple en référence aux figures 5 et 6. On peut pour la mise en oeuvre de l'invention utiliser divers types de filtres réglables à distance. On peut ainsi utiliser des filtres dont la fonction de transfert est effectivement réglable à distance, pour s'adapter aux compensations nécessaires. On peut aussi utiliser une pluralité de filtres reliés à un commutateur permettant de sélectionner un filtre parmi la pluralité. On peut encore utiliser des filtres présentant une longueur d'onde accordable à distance. La figure 2 montre une représentation d'un mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1. Le filtre de la figure 2 est formé de deux filtres 33 et 34; l'un présente une fonction de transfert en forme de cloche inversée, et l'autre présente une fonction de transfert en forme de cloche. Le filtre présentant une fonction de transfert en forme de cloche - le filtre 34 dans l'exemple de la figure 2, est un filtre fixe. Le filtre présentant une fonction de transfert en forme de cloche inversée - le filtre 33 dans l'exemple de la figure 2, est un filtre accordable à distance, qui permet de compenser les variations de gains des amplificateurs dues au vieillissement. Le filtre 33 est accordable à distance de sorte à permettre de compenser à tout instant les variations des amplificateurs. Dans l'exemple de la figure 2, les filtres 33 et 34 présentent des fonctions de transfert sensiblement complémentaires; ainsi, lorsque les filtres sont accordés, le filtre de la figure 2 présente une fonction de transfert sensiblement plane. En revanche, lorsque l'on change à distance la longueur d'onde centrale du filtre accordable 33, la fonction de transfert du filtre de la figure 2 présente sensiblement une forme de droite, décroissante pour un accord de la longueur d'onde centrale vers les faibles longueurs d'onde. Ceci permet de compenser les variations du gain des amplificateurs provoquées par le vieillissement. Le filtre 33 de la figure 2 est par exemple un filtre photoréfractif, monté sur un élément dont la température est commandable à distance, tel qu'un composant à effet Pelletier ou une résistance chauffante. Un tel filtre photoréfractif, tel que celui commercialisé par la société Bragg Photonic sous la référence Long period grating a une longueur d'onde centrale pouvant varier de 50 pm/ C, ce qui assure une variation de 0,5 nm pour une variation de températures de 10 C. De telles variations de températures peuvent être obtenues à distance grâce à un composant à effet Pelletier ou une résLstance chauffante. La figure 3 est une représentation d'un autre mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1. Le filtre de la figure 3 est un mode de réalisation particulier du filtre de la figure 2, dans lequel les deux filtres complémentaires sont formés de deux réseaux de Bragg identiques utilisés respectivement en transmission et en réflexion. Le filtre de la figure 3 comprend un circulateur à trois entrées. La première entrée 35 du circulateur reçoit le signal à filtrer. Sur la deuxième entrée 36 est monté un réseau de Bragg 37; sur la troisième entrée 38 est monté un autre réseau de Bragg 39, identique, sont la sortie fournit le signal filtré. Le réseau 39 utilisé en transmission est accordable à distance. Le fonctionnement du filtre de la figure 3 est le suivant. Le signal à filtrer est reçu, et transmis à travers le circulateur jusqu'au premier réseau de Bragg 37, o il est réfléchi. Le signal réfléchi traverse le circulateur et ensuite le deuxième réseau de Bragg 38, en transmission. Lorsque les deux réseaux sont accordés, par un réglage approprié du réseau utilisé en transmission réglable à distance, la fonction de transfert du filtre est plate. Toutefois, lorsque les deux réseaux ne sont pas accordés, le filtre peut présenter une fonction de transfert décroissante. On arrive ainsi à insérer dans le système de télécommunications, lors de son installation, un filtre qui présente une fonction de transfert sensiblement plane. Si le système vieillit, on peut accorder l'un des filtres, de sorte à compenser le décalage vers la gauche du pic de gain, comme expliqué dans les exemples précédents. La figure 4 montre une représentation d'encore un autre mode de réalisation d'un filtre réglable à distance utilisable dans le montage de la figure 1. Le filtre de la figure I comprend un commutateur actionnable à distance 20, qui est relié à au moins deux filtre distincts 21 et.22; les sorties des deux filtres sont reliées à un coupleur 24. Les filtres distincts 21 et 22 présentent, dans la plage de longueur d'onde du multiplex, des fonctions de transfert différentes; le passage de l'un des filtres à l'autre permet de compenser les variations d'excursion de gain dues au vieillissement. Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est le suivant. Lors de l'installation du système de transmission, le coupleur 20 est commandé de sorte à faire passer le signal dans l'un des filtres, par exemple le filtre 21; ce filtre est spécifié en fonction des caractéristiques initiales du système de transmission. Lorsque le système vieillit et que ses caractéristiques se modifient, on peut à distance commander la commutation du commutateur de sorte à faire passer le signal à travers un autre filtre, ici le filtre 22. Les caractéristiques du filtre 22 sont déterminées de sorte à assurer la compensation des variations de gain sur la plage du multiplex. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, les pertes moyennes induites par les deux filtres sont identiques ou proches, de sorte à ne pas faire varier la puissance de sortie de la liaison. Le mode de réalisation de la figure 4 permet de mettre en oeuvre une compensation des variations par un nombre discret de filtres; par rapport au mode de réalisation des figures 2 ou 3, le mode de réalisation de la figure 4 permet un nombre de réglage plus restreint, mais rend possible une adaptation plus simple de chacun des filtres. La figure 5 montre une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un système de transmission selon l'invention. Le système de la figure 5 comprend un émetteur Tx 25, un récepteur Rx 26 relié à un tronçon de fibre 27, et n tronçons 28i, i= 1 à n. L'émetteur 25 émet vers le premier tronçon i = I les signaux des différents canaux du multiplex. Le dernier tronçon i = n est relié à la fibre 27 qui transmet les impulsions au récepteur 26. Chaque tronçon 28i comprend une longueur de fibre 29i, dont la sortie est reliée à un amplificateur 30i; la sortie de l'amplificateur est reliée à la fibre 29i+1 du tronçon suivant, ou pour le tronçon n, à la fibre 27. Dans ce mode de réalisation, le système de transmission comprend en outre au moins un filtre commandable à distance, qui permet de compenser les effets du vieillissement sur l'excursion de gain dans le système de transmission, et qui permet en même temps de compenser l'allures des amplificateurs. Dans l'exemple de la figure, sont prévus m filtres commandables à distance 3 l i, par exemple espacés régulièrement le long du système de transmission, avec un filtre environ tout les E(n/m). A l'installation de la liaison, la présence des filtres permet de compenser les variations de gain dans les amplificateurs, de sorte à égaliser le gain; lors du vieillissement du système, les filtres permettent en outre de compenser le déplacement du pic de gain des amplis, vers la gauche. La commande à distance des filtres permet à tout moment de compenser les variations de l'excursion de gain dues au vieillissement du système de transmission. La figure 6 est une représentation graphique de la fonction de transfert d'un filtre accordable à distance, susceptible d'être utilisé dans le montage de la figure 5. Le filtre présente une forme en cloche inversée, et une fréquence centrale accordable. La fonction de transfert du filtre présente un flanc gauche 15 de pente négative, une partie centrale 16 de pente sensiblement nulle, et un flanc droit 17 de pente positive. Le filtre est choisi de sorte à présenter dans la plage de longueur d'ondes du multiplex une forme inveFse de la forme de gain des amplificateurs; la plage d'accord du filtre est suffisante pour suivre le décalage du pic de gain des amplificateurs provoquée par le vieillissement: une valeur d'accord possible de 0,3 nm est suffisante en pratique. On assure ainsi la correction de l'excursion de gain provoquée par le vieillissement des amplificateurs sur la plage du multiplex. Dans l'exemple de la figure 6, la longueur d'onde centrale du filtre non- accordé est de 1558 nm, et le domaine d'accord est de 0,3 nm vers les courtes longueurs d'onde. Les filtres réglables distance permettent donc à tout moment de compenser la forme de gain des amplificateurs; comme les filtres sont réglables à distance, on peut suivre le pic de gain, i. e. déplacer les filtres vers les faibles longueurs d'ondes pour éviter les variations de gain provoquées par le vieillissement des amplificateurs. Le filtre de la figure 6 peut être réalisé comme le filtre 33 de la figure 2. On arrive ainsi, dans les configurations des figures I ou 4, avec ou sans filtres associés à chaque amplificateur, à assurer une égalisation du gain des amplificateurs, et à compenser les variations de gain provoquées par le vieillissement des amplificateurs. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. La forme de la fonction de transfert du filtre n'est pas limitée à celle représentée sur la figure 6. On peut aussi combiner les modes de réalisation des figures 1 à 4. Les moyens de commande à distance du filtre ne sont pas non plus limités à l'exemple du composant à effet Pelletier. On peut aussi utiliser d'autres types de filtres réglables à distance, comme par exemple des filtres Fabry Perot ou Mach Zender. REVENDICATIONS 1.- Un système de transmission à fibre optique à multiplexage de longueurs d'ondes, comprenant au moins un amplificateur (6i), caractérisé par au moins un filtre (9, 10, 11) réglable à distance. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre est réglable de sorte à compenser dans la plage de longueur d'onde du multiplex les variations provoquées par le vieillissement du système de transmission. 3.- Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit filtre est réglable de sorte à présenter dans la plage de longueur d'onde du multiplex une fonction de transfert sensiblement horizontale ou une fonction de transfert décroissante. 4.- Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un filtre (7i) compensant la forme du gain des amplificateurs. 5.- Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le filtre comprend deux filtres complémentaires (33, 34; 37, 39) dont l'un est accordable à distance. 6.- Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux filtres complémentaires sont formés de deux réseaux de Bragg identiques utilisés respectivement en transmission et en réflexion. 7.- Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le filtre comprend des moyens de commutation (20, 24) entre au moins deux filtres distincts (21, 22), et en ce que les moyens de commutation sont commandables à distance. 8.- Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou les filtres réglables à distance (31 i) compensent la forme de gain du ou des amplificateurs (31 i). 9.- Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit filtre est un filtre en cloche inversée. 10.- Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le filtre est un filtre photoréfractif, couplé à un composant de température réglable à distance, tel un élément à effet Pelletier. 1 l.- Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le filtre réglable à distance comprend un filtre de longueur d'onde accordable. 12.- Procédé d'adaptation d'un système de transmission à fibre optique à multiplexage de longueurs d'ondes, comprenant au moins un amplificateur (6i) et au moins un filtre (9, 10, 1 1) réglable à distance, comprenant le réglage à distance du ou des dits filtres de sorte à compenser l'excursion de gain sur la plage du multiplex provoquée par le vieillissement du système.