Brevet FR2782869A1 — publié le 20000303

SOURCE OPTIQUE MULTIFRÉQUENCES POUR LES TÉLÉCOMMUNICATIONS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une source optique multifréquences pour les télécommunications. Elle s'applique notamment au domaine des radiotélécommunications et plus particulièrement aux réseaux (" networks ") de distribution de type radio sur fibre (" radio over fiber "). L'invention s'applique aussi aux communications entre un satellite artificiel et un autre satellite artificiel ou la Terre. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un réseau de distribution connu, de type radio sur fibre, est schématiquement représenté sur la figure 1. Dans ce réseau, une fibre optique 2 est reliée, d'un côté, à une source optique connue 4, apte a engendrer deux porteuses optiques, et de l'autre côté, à deux autres fibres optiques 6 et 8 par l'intermédiaire d'un coupleur optique 10. Ces fibres 6 et 8 aboutissent respectivement à des moyens 12 et 14 qui convertissent sous forme électrique les signaux oDptiques transportés par les fibres et qui émettent ces signaux sous forme de signaux radio de haute fréquence. Ces derniers sont captés par divers abonnés. Les antennes d'émission des moyens 12 et 14 doivent être situées le plus près possible des abonnés correspondants 16 et 18. On définit ainsi une picocellule 20 comprenant le moyen 12 et les abonnés correspondants 16 et une autre picocellule 22 comprenant le moyen 14 et les abonnés correspondants a18. La source optique 4 peut être une diode laser monofréquence qui, modulée, fournit des " bandes latérales " dans un spectre d'émission. La source optique 4 peut aussi comprendre une diode laser monofréquence 24 et un modulateur d'amplitude 26 de type électro-optique, par exemple de type à électro- absorption ou de type interférométrique (Mach-Zehnder), qui engendre les deux porteuses optiques dont les fréquences respectives sont espacées de la haute fréquence (par exemple 60 GHz) que l'on veut engendrer avec les moyens 12 et 14, ce modulateur ayant, pour ce faire, une bande passante au moins égale à cette haute fréquence. Dans le modulateur 26, l'une des porteuses est modulée avec les informations I à émettre. Chacun des moyens 12 et 14 comprend une photodiode (non représentée), de large bande passante, qui détecte la lumière transportée par la fibre 6 ou 8 correspondante et engendre les signaux de haute fréquence par un effet de battement des fréquences optiques. Ces signaux sont amplifiés dans le moyen correspondant 12 ou 14 puis rayonnés dans la picocellule correspondante. JLa source optique connue 4 présente des inconvénients: la modulation de la diode laser monofréquence engendre des bandes latérales symétriques de part et d'autre de la fréquence fondamentale fournie par cette diode laser; il faut donc éliminer l'une de ces deux bandes latérales; de plus, on n'est pas capable d'obtenir un taux de modulation de 100% c'est- à-dire de faire en sorte que l'amplitude correspondant à la bande latérale restante soit égale à l'amplitude correspondant à la fréquence fondamentale; ceci est gênant au niveau de la photodétection, le rendement de conversion optique/électrique étant alors limité. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents en proposant une source optique multifréquences permettant d'obtenir un taux de modulation de 100% et de fournir une puissance optique supérieure à celle que l'on peut obtenir avec une simple diode laser. De façon précise, la présente invention a pour objet une source optique multifréquences pour les télécommunications, cette source étant caractérisée en ce qu'elle comprend un laser à l'état solide, apte à engendrer au moins deux porteuses optiques dont les fréquences respectives sont différentes. De préférence, le laser est un microlaser à au moins deux fréquences. Selon un mode de réalisation préférée de la source optique, objet de l'invention, cette source comprend en outre des moyens de réglage de la différence entre les fréquences des porteuses optiques. Selon un premier mode de réalisation particulier, ces moyens de réglage comprennent des moyens de variation de la longueur de la cavité du laser avec des systèmes de microdéplacements ms par toute source de déplacement (dilatation thermique, force électrostatique, magnétique ou piézoélectrique par exemple). Selon un autre mode de réalisation particulier, ces moyens de réglage comprennent un cristal électro-optique placé dans la cavité du laser et des moyens d'application d'une tension variable à ce cristal. La source objet de l'invention peut comprendre en outre un cristal électro-optique placé dans la cavité du laser et des moyens d'application d'une tension variable à ce cristal, ces moyens d'application étant prévus pour moduler la fréquence de l'une des porteuses optiques par l'intermédiaire du cristal. Dans le cas particulier o la source objet de l'invention comprend un cristal électro-optique placé dans la cavité du laser et des moyens d'application d'une tension variable à ce cristal en vue de régler la différence entre les fréquences des porteuses optiques, ces moyens d'application peuvent être en outre prévus pour moduler la fréquence de l'une au moins des porteuses optiques par l'intermédiaire du cristal. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le laser comprend un cristal électro- optique biréfringent placé dans la cavité de ce laser et prévu pour la génération des porteuses optiques. Dans ce cas, la source optique peut comprendre en outre des moyens d'application d'une tension variable à ce cristal, ces moyens d'application étant prévus pour assurer, par l'intermédiaire du cristal, au moins l'une des deux fonctions de réglage de la différence entre les fréquences des porteuses optiques et de modulation de la fréquence de l'une de ces porteuses optiques. Cette modulation de la fréquence peut être très rapide, aussi cette source est-elle très bien adaptée aux systèmes de télécommunications à étalement de spectre par sauts de fréquence. Le laser de la source optique objet de l'invention peut être optiquement couplé à au moins une fibre optique pour la distribution de signaux radio sur fibre. Dans une autre application de la présente invention, cette source optique est placée dans un satellite artificiel pour les communications entre ce satellite et un autre satellite artificiel ou la Terre. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à !- lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: * la figure 1 est une vue schématique d'un réseau connu de distribution, de type radio sur fibre, * les figures 2 à 4 sont des vues schématiques de modes de réalisation particuliers de la source optique objet de l'invention, * la figure 5 illustre schématiquement une application de l'invention à la communication entre un satellite et un autre satellite ou la Terre, et la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier de la source optique objet de l'invention. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La source optique 5 conforme à l'invention, qui est schématiquement représentée sur la figure 2, comprend un laser 28 à l'état solide, à deux fréquences, du genre de celui qui est décrit dans le document suivant auquel on se reportera: Tunable Two- Frequency Lasers for lifetime measurements, M.Brunel, O.Emile, F. Bretenaker, A.Floch, B.Ferrand et E.Molva, Optical Review (1997), vol.4, n05, 550-552. Le laser 28 comprend ainsi un milieu amplificateur 30 placé dans une cavité résonante délimitée par deux miroirs 32 et 34 ainsi que deux lames quart-d'onde 36 et 38 comprises entre le milieu amplificateur 30 et l'un des miroirs, par exemple le miroir de sortie 34. Chacune des lames quart-d'onde est traitée anti-reflet sur ses deux faces. Le laser 28 est pompé de préférence longitudinalement, par un rayonnement approprié de préférence émis par une diode laser 40, à travers le miroir d'entrée 32 prévu pour transmettre de façon importante la lumière fournie par cette diode laser. Ce pompage s'effectue de façon directe ou par l'intermédiaire d'une fibre optique (non représentée). Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le rayonnement laser fourni par ce laser à l'état solide 28 est transporté par la fibre optique 2, comme dans le cas de la figure 1, en vue d'une application radio sur fibre. Avec ce laser à l'état solide 28 il se produit une émission simultanée de deux modes-laser et le décalage de fréquence (différence entre les fréquences) correspondant peut par exemple être supérieur ou égale à 900 MHz (suivant les applications envisagées) et peut même atteindre plusieurs dizaines de gigahertz. Une description du principe d'un tel laser à l'état solide se trouve dans le document suivant auquel on se reportera également: V.Evtuhov et A.E.Siegman, Applied Opt. 4 (1965) 142. De façon schématique, un tel laser à l'état solide présente deux chemins optiques à l'intérieur de la cavité, différant selon les états de polarisation des deux modes induisant une différence de fréquence d'émission. Compte tenu de la fréquence de battement (différence des fréquences que l'on peut obtenir) la source 5 de la figure 2 est intéressante pour l'application radio sur fibre. Cette source 5 présente de nombreux avantages: - l'écart entre les fréquences optiques (la fréquence radio) est fixé par la configuration de la cavité du laser 28, - le taux de modulation que l'on peut obtenir est voisin de 1 (équilibrage des puissances optiques des deux raies), - la pureté spectrale est grande (on peut obtenir une largeur de raie inférieure à quelques KHz) et - la puissance optique est élevée (elle peut dépasser 20mW). Une source conforme à l'invention, adaptée en longueur d'onde à la bande télécom (1,55 pm), est réalisable en utilisant en tant que milieu amplificateur 30 un verre au phosphate co-dopé avec Er et Yb. Une autre source optique conforme à l'invention, ayant les mêmes avantages que celle de la figure 2, est schématiquement représentée sur la figure 3 et diffère de celle de la figure 2 par le fait que les deux lames quart-d'onde 36 et 38 sont remplacées par un cristal électro-optique biréfringent 42 pour d'obtenir les deux porteuses optiques dont les fréquences sont différentes. Grâce à sa biréfringence intrinsèque, ce cristal 42 impose la différence de fréquence entre les deux états propres de la cavité du laser et permet ainsi d'obtenir une source laser bi- fréquences. On voit que ce cristal est compris entre le milieu amplificateur 30 et le miroir de sortie 34 dans l'exemple représenté. Cependant il pourrait être compris entre le milieu amplificateur 30 et le miroir d'entrée 32 (de même que les lames 36 et 38 de la figure 2 pourraient être comprises entre le milieu 30 et le miroir 32). Dans le cas des sources optiques des figures 2 et 3, on peut régler la différence de fréquence entre les deux fréquences optiques émises, en modifiant la longueur de la cavité du laser par dilatation thermique. Pour ce faire on utilise un moyen de contrôle de la température de la source 44 (figure 2), par exemple, constitué d'un élément chauffant ou d'un refroidisseur Peltier placé à proximité de cette cavité et commandé par des moyens appropriés (non représentés). Dans l'exemple de la figure 3, on peut utiliser le cristal électro-optique 42 pour ce réglage de la différence entre les deux fréquences. Pour ce faire, on munit ce cristal électro-optique de moyens appropriés 46 permettant d'appliquer une tension réglable au cristal 42 ou plus précisément entre deux électrodes (non représentées) formées sur deux faces opposées de celui-ci, ces faces étant de préférence perpendiculaires aux miroirs 32 et 34. On peut ainsi régler la différence entre les deux fréquences en réglant cette tension. Dans le cas de la figure 2, pour régler la différence de fréquence, on peut utiliser, à la place des moyens de modification de la longueur de la cavité du laser, un cristal électro-optique 48 (figure 4) qui n'est pas biréfringent et qui peut être placé entre le milieu amplificateur 30 et les deux lames quart d'onde 36 et 38 (ou entre le milieu 30 et le miroir 32). Ce cristal électro-optique 48 est muni de moyens de commande 50 permettant de lui appliquer une tension réglable pour régler la différence entre les deux fréquences. On peut aussi utiliser un cristal électro- optique biréfringent mais il faut alors tenir compte de 30.1biréfringence introduite par ce cristal dans l'orientation des lames quart d'onde. Dans le cas o l'on utilise un cristal éeectro-optique (figures 3 et 4), ce cristal est aussi utilisable pour assurer la modulation de l'une des porteuses optiques, afin de transmettre l'information radio sur la fibre 2 en modulation de fréquence. Pour moduler en fréquence l'émission du laser à l'état solide, on agit sur la tension de commande du cristal électro-optique 42 ou 48. Les moyens de commande 46 ou 50 sont alors prévus à cet effet. Pour régler la différence de fréquence à une valeur souhaitée, on applique une tension continue au cristal électro-optique 42 ou 48, cette tension étant asservie pour obtenir la valeur souhaitée (une référence de fréquence non représentée sur les figures est utilisée). Pour la modulation de fréquence, les moyens de commande 46 ou 50 engendrent des écarts par rapport à cette tension continue, ce qui permet le codage d'une information. On précise que l'information de modulation de fréquence est démodulée à l'extrémité de la liaison, dans chacun des moyens 12 et 14 de la figure 1, par un démodulateur (non représenté) placé en aval de la photo-diode de détection que comprend chacun de ces moyens 12 et 14. La modulation de fréquence réalisable avec cette source la rend particulièrement adaptée aux télécommunications à étalement de spectre par sauts de fréquence, technique décrite dans " Spread Spectrum Communications " vol.2, Computer Science Press, Simar Omina, Scholtz Levitt. Des améliorations de cette technique sont bien entendu accessibles, comme celle utilisant des rampes de fréquence du protocole Hyperlan: RNET. L'invention n'est pas limitée à la distribution de signaux radio sur fibre. Elle s'applique aussi à des liaisons par fibres optiques à étalement de spectre par sauts de fréquence. Elle s'applique également aux télécommunications optiques sans fibre optique, par exemple entre un satellite artificiel 52 (figure 5), o l'on place une source 5 conforme à l'invention, et un autre satellite artificiel 54 ou la Terre 56 o l'on place un récepteur approprié 58. De plus, la présente invention n'est pas limitée aux sources optiques à deux fréquences. On peut également réaliser conformément à l'invention une source optique à trois fréquences ou plus. Ceci est schématiquement illustré par la figure 6 dans le cas d'une source optique à trois fréquences. La source de la figure 6 est pompée par la diode laser 40 et comprend successivement le miroir d'entrée 32, le milieu amplificateur 30, le cristal électro-optique biréfringent 42 et le miroir de sortie 34 dont il a été question dans la description de la figure 3 (le cristal électro-optique 42 étant remplaçable par deux lames quart d'onde) et un milieu éventuellement électro- optique et modulable électriquement pour " coder " des informations sur les diverses porteuses en multiplexage de fréquences, référencé 60, placé dans une deuxième cavité résonante délimitée par le miroir 34 et un autre miroir 62 jouant le rôle de miroir de sortie du laser de la figure 6. Dans le cas d'une application à la distribution de signaux radio sur fibre on place encore à a suite de ce miroir 62 la fibre optique 2 suivie par les moyens représentés sur la figure 1, qui sont prévus pour la distribution de ces signaux. De plus, on précise que chacun des lasers des figures 2 à 6 est réalisable sous une forme particulièrement compacte pour constituer un micro- laser encore appelé laser-puce (" micro-chip laser "). De tels micro-lasers sont réalisables de façon collective. En prenant l'exemple de la figure 3, on procède de la façon suivante: des tranches des divers matériaux nécessaires (matériaux lasers etc.) sont assemblées (par collage ou adhérence) puis les miroirs sont déposés. Les sources lasers individualisées sont obtenues, lors de la découpe, dernière étape du procédé. REVENDICATIONS 1. Source optique multifréquences pour les télécommunications, cette source (5) étant caractérisée en ce qu'elle comprend un laser à l'état solide, apte à engendrer au moins deux porteuses optiques dont les fréquences respectives sont différentes. 2. Source selon la revendication 1, dans laquelle le laser est un microlaser à au moins deux fréquences. 3. Source selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, cette source comprenant en outre des moyens (44, 42-46, 48-50) de réglage de la différence entre les fréquences des porteuses optiques. 4. Source selon la revendication 3, dans laquelle les moyens de réglage comprennent des moyens (44) de variation de la longueur de la cavité du laser. 5. Source selon la revendication 3, dans laquelle les moyens de réglage comprennent un cristal électro-optique (48) placé dans la cavité du laser et des moyens (50) d'application d'une tension variable à ce cristal. 6. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, cette source comprenant en outre un cristal électro-optique (48) placé dans la cavité du laser et des moyens (50) d'application d'une tension variable à ce cristal, ces moyens d'application étant prévus pour moduler la fréquence de l'une au moins des porteuses optiques par l'intermédiaire du cristal. 7. Source selon la revendication 5, dans laquelle les moyens (50) d'aoplicat- ion d'une tension variable sont en outre prévus pour m=duler la fréquence de l'une des porteuses optiques par l'intermédiaire du cristal (48). 8. Source selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle le laser comprend un cristal électro-optique biréfringent (42) placé dans la cavité de ce laser et prévu pour la génération des porteuses optiques. 9. Source selon la revendication 8, comprenant en outre des moyens (46) d'application d'une tension variable à ce cristal, ces moyens d'application étant prévus pour assurer, par l'intermédiaire du cristal, au moins l'une des deux fonctions de réglage de la différence entre les fréquences des porteuses optiques et de modulation de la fréquence de l'une de ces porteuses optiques. 10. Source selon l'une quelconque des revendications 6, 7 et 9, utilisée en télécommunications à étalement de spectre par sauts de fréquences. 11. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la différence entre les fréquences est supérieure ou égale à 900 MHz. 12. Source selon la revendication 11, dans laquelle le laser est optiquement couplé à au moins une fibre optique (2) pour la distribution de signaux radio sur fibre. 13. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, cette source (5) étant placée dans un satellite artificiel (52) pour les communications entre ce satellite et un autre satellite artificiel (54) ou la Terre (56).