Brevet FR2773419A1 — publié le 19990709

AMPLIFICATEUR DE LUMIERE CONTEXTE DE L'INVENTION 1. DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un amplificateur de lumière, en particulier un amplificateur à fibres optiques de gain contrôlable dopées avec un élément de terre rare tel que l'erbium. La fibre dopée à l'erbium sera appelée ci-après EDF. Description de l'état de l'art Une grande diversité de dispositifs ont été proposés dans le domaine des amplificateurs de lumière à EDF. La publication de brevet japonais No. 22687/95 (appelé ci-après référence 1) décrit par exemple, un amplificateur de lumière à EDF capable d'effectuer une commande de gain constant, même lorsque l'entrée du signal de lumière est absente. Dans la référence 1, un signal de lumière et un signal de référence ayant une longueur d'onde légèrement différente de celle du signal de lumière sont appliqués à l'entrée de 1'EDF qui a été placée dans un état d'inversion de population par une lumière de pompage délivrée par une diode laser. Une émission stimulée est provoquée dans 1'EDF à la fois par le signal de lumière et par le signal de référence. Une partie de la sortie de 1'EDF est filtrée optiquement de manière à extraire la composante de signal de référence, qui est convertie à son tour en un signal électrique. Un circuit de commande de laser commande la sortie de la diode laser en réponse au signal électrique. La commande de la sortie de la diode laser de façon que le rapport du signal de lumière filtré au signal de référence soit constant fournit une commande de gain constant. De cette manière, une commande de gain constant devient possible même lorsque l'entrée de signal de lumière est absente. La publication de brevet japonais No. 97941/97 décrit un amplificateur de lumière à EDF dans lequel une composante de signal de lumière d'une longueur d'onde désirée incluse dans un signal de lumière multiplexé en longueur d'onde est commandée de manière à avoir un niveau de sortie constant. Cet amplificateur de lumière est appelé ci-après référence 2. Dans l'amplificateur de lumière de la référence 2, la composante de signal de lumière de la longueur d'onde désirée est modulée au préalable à une fréquence prescrite. Le signal de lumière multiplexé en longueur d'onde comportant le signal de lumière concerné est entré dans 1'EDF qui a été placée dans un état d'inversion de population, provoquant ainsi une émission stimulée de rayonnement. Une partie de la sortie de 1'EDF est convertie en un signal électrique, à partir duquel un signal électrique de la fréquence prescrite est filtré. Le niveau détecté du signal électrique filtré est délivré à un circuit de commande, qui commande l'intensité de la lumière de pompage correspondant au signal de lumière de la fréquence prescrite. De cette manière, le signal de lumière d'une longueur d'onde prescrite est commandé de façon à avoir un niveau de signal désiré. La publication de brevet japonais No. 327104/93 (appelé ci-après référence 3) décrit un amplificateur de lumière de faible facteur de bruit. Dans cet amplificateur de lumière, une lumière de pompage crée une inversion de population dans l'EDF un signal de lumière délivré à 1'EDF donne naissance à une émission stimulée de 1'EDF, provoquant l'amplification du signal de lumière ; le signal de lumière amplifié est atténué par une fibre optique à fortes pertes ; et une partie de la sortie de la fibre optique à fortes pertes est réinjectée de manière à commander l'intensité de la lumière de pompage de façon à régler la sortie de l'amplificateur de lumière. En raison de la fibre optique à fortes pertes, le niveau de la lumière de pompage devient élevé par rapport à un amplificateur de lumière du même niveau de sortie ne comportant pas de fibre optique à fortes pertes. L'intensité élevée de la lumière de pompage autorise un faible facteur de bruit. Un amplificateur de lumière est connu d'après la publication de brevet japonais numéro 364790/92 (appelé ci-après référence 4), dans lequel la sortie de l'amplificateur de lumière est réglée de manière à être constante par une pluralité de sources de lumière de pompage. Dans cet amplificateur, un signal de lumière d'entrée est amplifié par une EDF qui est activée (placée dans un état d'inversion de population) par une lumière de pompage délivrée par la pluralité de sources de lumière de pompage. Une partie du signal de lumière de sortie est séparée de manière à être convertie en un premier signal électrique. Le premier signal électrique est comparé à un signal de référence de façon à générer un signal d'erreur. Le signal d'erreur est séparé en la pluralité de composantes de signal d'erreur correspondant au nombre de sources de lumière de pompage. Chaque composante de signal d'erreur est délivrée à chacun des circuits de commande de sortie. Chaque circuit de commande de sortie commande la source de lumière de pompage correspondante. Chacun des circuits de commande de sortie reçoit, comme signal de réinjection, un deuxième signal électrique qui est produit par la conversion photoélectrique d'une partie séparée de la lumière de pompage. Chaque circuit de commande de sortie commande la lumière de pompage selon deux modes, un mode de réponse de courte durée et un mode de réponse de longue durée. Dans le mode de réponse de longue durée, le circuit de commande de sortie commande la source de lumière de pompage de façon à minimiser la composante de signal d'erreur. Dans le mode de réponse de courte durée, le circuit de commande de sortie commande la source de lumière de pompage de façon à minimiser l'écart du deuxième signal électrique par rapport à la composante de signal d'erreur. De cette manière, une commande de sortie constante est obtenue. Un autre amplificateur de lumière a été proposé, dans lequel une source de lumière est polarisée et utilisée pour vérifier la dépendance par rapport à la polarisation du gain associé à la lumière de pompage. (Publication de brevet japonais No. 308547/94 : cette référence est appelée référence 5) . Dans un mode de réalisation spécifié, un brouilleur de polarisation passif est utilisé pour dépolariser la lumière de pompage. Le brouilleur est connecté à la sortie du laser de fréquence unique qui génère la lumière de pompage. Les références décrites ci-dessus sont principalement dirigées vers deux procédés d'exécution d'une commande de sortie constante, dans lesquels l'intensité de la lumière de pompage est commandée par la sortie de l'amplificateur de lumière à fibres. Toutefois, il a été réalisé un amplificateur de lumière à fibres basé sur un autre concept. Dans cet amplificateur de lumière à fibres, une émission spontanée (appelée ci-après SE) émise par une fibre optique dopée avec un élément de terre rare, tel que l'erbium, est détectée lorsque la fibre optique est dans l'état d'inversion de population et la source de lumière de pompage est commandée par la valeur de SE détectée. Comme cela est bien connu, la probabilité par photon pour qu'un signal de lumière d'entrée induise une émission stimulée, c'est-à-dire de façon macroscopique, le rapport entre l'intensité du signal de lumière de sortie et l'intensité du signal de lumière d'entrée ou le gain de l'amplificateur de lumière à fibres, est proportionnelle au nombre d'atomes de terre rare dans un état d'inversion de population. Puisque l'intensité de la SE est également proportionnelle au nombre d'atomes de terre rare dans un état d'inversion de population, l'intensité de la SE est proportionnelle au gain de l'amplificateur de lumière à fibres. Pour cette raison, la commande de SE par la commande de la lumière de pompage implique une commande du gain par la commande de la lumière de pompage. L'amplificateur de lumière à fibres basé sur le concept de SE ci-dessus est représenté sur la figure 1. En se référant de nouveau à la figure 1, un signal de lumière appliqué à la borne d'entrée A est transmis à 1' EDF 5 par l'intermédiaire d'un circuit de séparation optique 6 et d'un isolateur 7. Un moniteur (photodétecteur) 8 surveille la . partie du signal de lumière séparée au niveau du circuit de séparation optique 6. Une lumière de pompage émise par une source de lumière de pompage 2 est appliquée à l'entrée de 1'EDF 5 à travers un multiplexeur optique 9. L'inversion de population produite dans 1' EDF 5 par la lumière de pompage provoque l'amplification du signal de lumière d'entrée. Le signal de lumière amplifié est extrait de la borne de sortie B à travers le multiplexeur optique 9 et un isolateur optique 10. L'EDF 5 est enroulée en forme de bobine et elle est fixée. Le photodétecteur 4 destiné à détecter la SE émise par 1'EDF 5 est agencé radialement au-dessus de la surface latérale de la bobine d'EDF, comme représenté sur la figure 2. Le photodétecteur 4 détecte la SE émise par 1'EDF 5. La sortie du photodétecteur 4 est délivrée à une section de commande de sortie 3, qui commande à son tour le courant de polarisation de la source de lumière de pompage (diode laser) 2 en réponse à l'intensité de la SE, réglant ainsi le gain de l'amplificateur de lumière comme étant constant. Un problème dans un amplificateur de lumière de la réalisation antérieure décrite ci-dessus s'est présenté dans la structure de l'amplificateur à fibres où 1'EDF est enroulée en forme de bobine, au-dessus de la surface latérale duquel le photodétecteur 4 est installé, comme indiqué sur la figure 2. Dans cette structure, le photodétecteur 4 détecte une SE émise seulement depuis 1'EDF enroulée la plus à l'extérieur. Puisque l'intensité de la SE émise par 1'EDF dépend de la position longitudinale de la fibre, la surveillance de la SE émise depuis seulement une certaine position spéciale ne fournit pas d'informations suffisantes concernant la SE pour exécuter une commande de gain constant précise. Pour cette raison, il est nécessaire d'effectuer une surveillance de la SE sur l'ensemble de la longueur de 1'EDF. RESUME DE L'INVENTION La présente invention est orientée vers la résolution du problème décrit ci-dessus. Un but de la présente invention consiste à fournir un amplificateur de lumière capable d'effectuer la détection de l'émission spontanée, suffisamment précis pour exécuter un réglage de gain constant précis et capable également de favoriser la possibilité de diminution de la taille de l'amplificateur de lumière. Pour atteindre le but ci-dessus, un amplificateur de lumière selon la présente invention comprend : une fibre optique dopée avec un élément de terre rare destiné à amplifier un signal de lumière, enroulée de manière à former une pluralité d'anneaux proches, la pluralité d'anneaux proches étant agencés selon une configuration plate étendue ; un dispositif récepteur de lumière destiné à recevoir une lumière d'émission spontanée émise par la fibre optique et à délivrer un signal électrique correspondant à la lumière d'émission spontanée reçue ; une source de lumière de pompage destinée à délivrer une lumière de pompage à la fibre optique pour créer une inversion de population dans la fibre optique ; et un circuit de commande de sortie destiné à commander la sortie de la source de lumière de pompage en réponse au signal électrique délivré par le dispositif récepteur de lumière. Puisque la pluralité d'anneaux proches sont agencés selon une configuration plate étendue, l'émission spontanée émise par la totalité de la fibre optique peut être détectée. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus de la présente invention, ainsi que d'autres, deviendront évidents d'après la description qui suit se référant aux dessins annexés qui illustrent des exemples d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un amplificateur à fibres d'une technique antérieure la figure 2 est une vue en coupe illustrant la position relative du photodétecteur et de 1'EDF dans l'amplificateur à fibres représenté sur la figure 1 la figure 3 est un schéma synoptique illustrant la structure de l'amplificateur à fibres dans un premier mode de réalisation de la présente invention la figure 4 est un dessin schématique montrant la configuration de 1'EDF du premier mode de réalisation de la présente invention la figure 5 est une vue en perspective illustrant la position relative de 1'EDF et du récepteur de SE dans le premier mode de réalisation la figure 6 est un schéma synoptique illustrant la structure de l'amplificateur à fibres dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 7 est un dessin schématique montrant la configuration de 1'EDF du deuxième mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES La figure 3 est un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation de l'amplificateur de lumière selon la présente invention. Sur la figure, les mêmes éléments que ceux de la figure 1 sont marqués avec les mêmes numéros de référence. Dans ce mode de réalisation, l'erbium est dopé dans la fibre optique, comme exemple typique d'élément de terre rare. L'amplificateur de lumière comprend un circuit de séparation optique 6, un isolateur optique 7, une EDF 1, un moniteur 8, un multiplexeur optique 9, un isolateur optique 9, une source de lumière de pompage (diode laser LD) 2, une section de commande de sortie 3 et un récepteur de SE (photodétecteur PD) 4. Un signal de lumière destiné à être amplifié est appliqué à la borne d'entrée A. Le circuit de séparation optique 6 sépare une partie du signal de lumière d'entrée d'une partie principale destinée à être amplifiée. Le moniteur 8 est un élément récepteur de lumière tel qu'une photodiode et reçoit la partie du signal de lumière séparée, de façon à surveiller le niveau du signal de lumière entrant. Les isolateurs optiques 7 et 10 arrêtent une oscillation parasite provoquée par des réflexions multiples du faisceau de lumière à l'intérieur de l'amplificateur de lumière. L'EDF 1, activée ou pompée par un faisceau de lumière de pompage d'entrée, produit une inversion de population et effectue une émission stimulée en réponse à un signal de lumière d'entrée. Les atomes d'erbium dopés dans la fibre optique effectuent l'émission spontanée. Tandis que l'émission stimulée est limitée à l'intérieur de la fibre optique en raison de l'indice de réfraction de la paroi de la fibre optique, l'émission spontanée (SE) se propage vers l'extérieur ainsi que vers l'intérieur de la fibre optique. Le PD 4 (récepteur de SE 4) reçoit la SE émise par 1'EDF 1 et convertit la SE reçue en un signal électrique. La section de commande de sortie 3 fournit une sortie d'un signal de commande de sortie en réponse au signal électrique délivré par le PD 4. La source de lumière de pompage (LD) 2 génère une lumière de pompage destinée à pomper 1'EDF 1 en réponse au signal de commande de sortie. Le multiplexeur optique 9 sert à transmettre la sortie de 1'EDF 1 à l'isolateur optique 10 ainsi qu'à transmettre la lumière de pompage délivrée par la LD 2 à 1'EDF 1. Le signal de lumière amplifié est transmis vers l'extérieur depuis la borne de sortie B à travers l'isolateur optique 10. La figure 4 représente 1'EDF 1 du présent mode de réalisation. L'EDF 1 du présent mode de réalisation est enroulée de manière à former une pluralité d'anneaux sensiblement circulaires, chaque anneau étant déplacé latéralement par rapport à l'anneau voisin de façon que la pluralité d'anneaux sensiblement circulaires aient une configuration plate étendue. Les anneaux circulaires sont étanchéifiés et fixés sur une feuille de résine 11 ou analogue, comme représenté sur la figure 4. Le PD 4 est placé de manière à être tourné vers la feuille de résine 11 de façon que le PD 4 puisse recevoir la SE émise par la totalité de 1'EDF 1. Cette structure de l'amplificateur de lumière selon la présente invention diffère de celle représentée sur la figure 2 en ce que la totalité des anneaux d'EDF sont exposés au PD 4, permettant ainsi d'acquérir des informations correctes concernant la SE. En fonctionnement, un signal de lumière reçu sur la borne A est guidé vers 1'EDF 1 à travers le circuit de séparation optique 6 et l'isolateur optique 7. Une partie du signal de lumière d'entrée est séparée au niveau du circuit de séparation optique 6 et surveillée par le moniteur 8. Un faisceau de lumière de pompage est guidé vers 1'EDF 1 provenant de la source de lumière de pompage 2 à travers le multiplexeur optique 9 de manière à produire une inversion de population dans les états électroniques des atomes d'erbium. Le signal de lumière d'entrée induit des transitions des états électroniques de manière à produire l'émission stimulée. La lumière générée par l'émission stimulée est guidée, en tant que signal de lumière amplifié, vers la borne de sortie B à travers le multiplexeur optique 9 et l'isolateur optique 10. Puisque 1'EDF 1 est agencée entre les isolateurs optiques 7 et 10, une oscillation parasite due à des réflexions de lumière multiples est supprimée. L'EDF 1 émet une SE avec l'émission stimulée. La SE varie également avec la variation de la sortie de la LD 2. La formation de 1'EDF 1 en une configuration plate et la localisation du PD 4 au-dessus de 1'EDF 1 avec la totalité de ses anneaux exposés au PD 4 permet au PD 4 de détecter la SE émise par la totalité de 1'EDF 1. La sortie du PD 4 est délivrée à la section de commande de sortie 3 de manière à créer un signal de commande de sortie. Le signal de commande de sortie est délivré à la LD (source de lumière de pompage) 2 de manière à commander son courant de polarisation, permettant ainsi de régler l'intensité de la lumière de pompage et permettant en outre de commander le gain de l'amplificateur de lumière ainsi que le niveau de la SE pour être constant. I1 faut remarquer que le gain de l'amplificateur de lumière dépend linéairement de l'intensité de la SE émise depuis la totalité de la longueur de 1'EDF. Pour cette raison, la détection de la SE émise depuis la totalité de la longueur de 1'EDF 1 est indispensable pour effectuer un réglage précis du gain de l'amplificateur de lumière. Un deuxième mode de réalisation de la présente invention va ensuite être expliqué ci-dessous. La figure 6 est un schéma synoptique du deuxième mode de réalisation. Comme cela est connu, en comparant la figure 6 à la figure 3, la constitution de l'amplificateur de lumière représenté sur la figure 6 est similaire à celle qui est représentée sur la figure 3 à l'exception de 1'EDF 1. Pour cette raison, les mêmes numéros de référence sont marqués sur les parties correspondantes des amplificateurs de lumière représentés par les figures 6 et 3 et l'explication concernant la figure 6 est omise pour simplifier. À la différence du premier mode de réalisation, 1'EDF 1 du deuxième mode de réalisation est enroulée en spirale radialement vers l'intérieur, les anneaux circulaires ayant des rayons décroissants. L'EDF 1 est étanchéifiée et fixée sur une feuille de résine 11 ou analogue, comme représenté sur la figure 7. Dans le deuxième mode de réalisation, les deux extrémités de 1'EDF 1 sont séparées l'une de l'autre de 30 mm et conduites vers l'extérieur de la feuille de résine 11. L'amplificateur de lumière du deuxième mode de réalisation fonctionne d'une manière similaire à celui du premier mode de réalisation. En résumé, puisque 1'EDF de la présente invention a une structure étendue en forme de feuille, elle est activée pour détecter l'émission spontanée émise par la totalité de la fibre optique dopée. En conséquence, elle devient activée pour effectuer une commande de gain constant précise ainsi que pour diminuer le volume pour monter la fibre optique dopée, diminuant ainsi la taille de l'amplificateur de lumière. I1 faut comprendre toutefois que bien que les caractéristiques et avantages de la présente invention aient été présentés dans la description précédente, la description est seulement explicative et des variantes peuvent être réalisées dans la forme, la taille et l'agencement des parties, à l'intérieur de la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Un amplificateur de lumière pourvu d'une fibre optique (1) dopée avec un élément de terre rare destiné à amplifier un signal de lumière, des moyens récepteurs de lumière (4) destinés à recevoir une lumière d'émission spontanée émise par ladite fibre optique pour générer un signal électrique correspondant à la lumière d'émission spontanée reçue, des moyens formant source de lumière de pompage (2) destinés à délivrer une lumière de pompage à ladite fibre optique pour créer une inversion de population dans ladite fibre optique, et des moyens de commande de sortie (3) destinés à commander la sortie de ladite source de lumière de pompage (2) en réponse audit signal électrique délivré par lesdits moyens récepteur de lumière (4), caractérisé en ce que ladite fibre optique est enroulée de manière à former une pluralité d'anneaux proches (la) et ladite pluralité d'anneaux proches (la) sont agencés selon une configuration plate étendue. 2. Un amplificateur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'anneaux proches (la) sont formés de façon que chacun de ses anneaux (la) soit décalé latéralement par rapport à un anneau voisin dans une direction prédéterminée à l'intérieur d'un plan prédéterminé et ladite pluralité d'anneaux proches (la) de ladite fibre optique sont fixés sur une feuille. 3. Un amplificateur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'anneaux proches (la) sont formés de façon à être une spirale plate et ladite pluralité d'anneaux proches (la) sont fixés sur une feuille. 4. Un amplificateur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens récepteurs de lumière (4) sont localisés de façon que lesdits moyens récepteurs de lumière (4) puissent recevoir ladite lumière d'émission spontanée émise par la totalité de ladite pluralité d'anneaux (la). 5. Un amplificateur de lumière selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens formant source de lumière de pompage (2) sont constitués d'une diode laser et lesdits moyens de commande de sortie (3) commandent un courant de polarisation de ladite diode laser. 6. Un amplificateur de lumière selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite feuille est faite de résine.