Brevet FR2782199A1 — publié le 20000211

AMPLIFICATEUR A FIBRE OPTIQUE A GRANDE LONGUEUR D'ONDE ANTECEDENTS DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde et, plus précisément, un amplificateur à fibre optique permettant d'amplifier un signal optique à grande longueur d'onde sur la plage de 1580 nm. 2. Description de l'état de la technique Dans un système de transmission optique, étant donné que les amplificateurs à fibres dopées à l'erbium (EDFA) peuvent directement amplifier des signaux optiques qui s'affaiblissent pendant la transmission sans les convertir en signaux électriques, la distance de transmission peut être remarquablement accrue. Dans les méthodes de transmission à multiplexage en longueur d'onde (WDM), auxquelles il est prêté une grande attention, la demande en EDFA à gain aplati augmente. De plus, afin de transmettre une plus grande capacité de données, la diffusion simultanée de davantage de canaux est nécessaire. A ces fins, une bande large plate est nécessaire. Il est nécessaire d'amplifier un signal optique sur la plage de longueur d'onde de 1580 nm qui n'est pas utilisée habituellement. La Figure 1 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques classique. L'amplificateur à fibres optiques représenté à la Figure 1 comprend un premier isolateur 100, une première diode laser (LD) 102, un premier coupleur sélectif de longueur d'onde (WSC) 104, une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) 106, une deuxième LD 108, un deuxième WSC 110 et un deuxième isolateur 112 et fonctionne comme suit. Le premier WSC 104 accouple la lumière de signalisation d'entrée à la lumière de pompage générée dans la première LD 102 et sort la lumière accouplée vers l'EDF 106. La lumière de pompage générée dans la deuxième LD 108 placée à l'extrémité arrière de l'EDF 106 est incidente avec l'EDF 106 à travers le deuxième WSC 110. La lumière de pompage incidente directe et inverse excite les ions d'erbium dans un état fondamental dans l'EDF 108. La lumière de signalisation est amplifiée par l'émission stimulée des ions d'erbium excités. L'émission spontanée amplifiée (ASE) générée dans l'EDF 106 est réfléchie par un élément optique tel qu'un connecteur entrée/sortie de signal. Le premier et le deuxième isolateurs 100 et 112 empêchent l'ASE d'être réappliquée à l'EDF 106 et empêchent ainsi que l'efficacité d'amplification de la lumière de signalisation ne diminue. Un tel amplificateur nécessite une puissance de lumière de pompage d'environ 100 mW pour amplifier une longueur d'onde sur la plage de 1550 nm. Toutefois, pour amplifier une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm, une importante puissance d'environ 600 mW est requise. Ainsi, en cas d'utilisation d'une LD classique ayant une puissance de sortie maximale d'environ 150 mW, de nombreuses LD et des dispositifs optiques spéciaux sont nécessaires et il est également difficile de gérer ces composants. RESUME DE L'INVENTION Pour résoudre les problèmes susmentionnés, la présente invention propose un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde permettant d'augmenter le gain de l'amplification des grandes longueurs d'onde et de supprimer l'amplification des courtes longueurs d'onde, grâce auquel l'inversion de population des ions d'erbium nécessaire à l'amplification de grandes longueurs d'onde est réalisée par rapport aux ions d'erbium présents dans une fibre dopée à l'erbium, en prévoyant un réflecteur capable de réfléchir l'émission spontanée amplifiée (ASE) générée lors de l'amplification de la lumière de signalisation. En conséquence, pour atteindre l'objectif susmentionné, il est prévu un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde comprenant une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage, une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de fournir la lumière de pompage à l'EDF et une unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'avant de l'EDF et de l'unité de pompage, permettant d'accoupler 1'ASE générée dans l'EDF à la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de la sortir vers l'EDF. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est prévu un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde comprenant une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage, une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de générer la lumière de pompage afin d'exciter les ions d'erbium dans l'EDF et une unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'arrière de l'unité de pompage, permettant de réfléchir l'ASE générée dans l'EDF vers l'EDF. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est prévu un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde comprenant une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage, une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de générer la lumière de pompage afin d'exciter les ions d'erbium dans l'EDF, une première unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'avant de l'unité de pompage, permettant d'accoupler l'ASE générée dans l'EDF à la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de l'introduire à nouveau dans l'EDF, et une deuxième unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'arrière de l'unité de pompage, permettant de réfléchir l'ASE générée dans l'EDF vers l'EDF et de l'introduire à nouveau dans l'EDF. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objectifs et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde classique. La Figure 2 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à un mode de réalisation de la présente invention. La Figure 3 illustre les caractéristiques du gain en fonction de la distribution de l'inversion de population. La Figure 4 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention. La Figure 5 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention. La Figure 6 représente les résultats expérimentaux pour les amplificateurs à fibres optiques représentés aux Figures 2, 4 et 5. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES En référence à la Figure 2, l'amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à la présente invention comprend une unité réfléchissante permettant de produire la lumière de signalisation d'entrée et la lumière réfléchie prédéterminée, une première LD 210 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un premier WSC 220 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm à la lumière sortie de l'unité réfléchissante 200, une deuxième LD 230 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 980 nm, un deuxième WSC 240 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 980 nm à la lumière entrée depuis le premier WSC 220, une unité EDF 250, une troisième LD 260 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un troisième WSC 270 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm à l'unité EDF 250 et à la lumière amplifiée sortie de l'unité EDF 250 de la traverser et un isolateur 280. Ici, étant donné que la perte d'insertion de chaque dispositif passif n'est supérieure que d'environ 0,2 dB sur la plage de longueur d'onde de 1580 nm à celle de la plage de 1550 nm, les dispositifs passifs utilisés sur la plage de 1550 nm peuvent également être utilisés sur la plage de 1580 nm. L'unité réfléchissante 200 comprend un coupleur 3 dB 201, un circulateur 202, un filtre accordable 203 et un atténuateur 204. L'unité EDF 250 comprend les EDF 251 et 253 et un deuxième isolateur 252 intercalé entre les EDF 251 et 253. Les longueurs des EDF 251 et 253 sont environ 10 à fois supérieures à celles de l'EDF utilisée dans un amplificateur à fibres optiques ayant la plage de longueur d'onde de 1550 nm. Le fonctionnement de l'amplificateur à fibres optiques décrit ci-dessus est exposé ci-dessous. La première LD 210 génère une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm et la deuxième LD 230 génère une lumière de pompage sur la plage de 980 nm. La lumière de pompage provenant de la première LD 210 et de la deuxième LD 230 est accouplée à la lumière de signalisation sur la plage de 1580 nm à travers le premier et le deuxième WSC 220 et 240, respectivement, pour ensuite être introduite dans l'unité EDF 250 vers l'avant. La troisième LD 260 génère une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm et le troisième WSC 270 applique la lumière de pompage générée à l'unité EDF 250, vers l'arrière. La lumière de pompage est sur la plage de longueur d'onde de 980 nm ayant un faible bruit et sur la plage de longueur d'onde de 1480 nm ayant la puissance maximale. Si la lumière de pompage sur les plages de 980 nm et de 1480 nm est incidente, une large ASE sur la plage de 1530 à 1560 nm est générée aux extrémités de l'unité EDF 250 de telle sorte que l'amplification de la lumière de signalisation sur la plage de 1580 nm empire. Ici, la réduction de la perte due à l'ASE et une augmentation dans le gain de l'amplification de grande longueur d'onde peuvent être accompagnés en utilisant une lumière de pompage à grande longueur d'onde sur la plage de 1550 nm. Toutefois, une source de lumière de pompage pour cette plage de longueur d'onde n'a pas encore été développée. L'unité EDF 250 amplifie la lumière de signalisation sur la plage de 1580 nm en utilisant la lumière de pompage respective. Le deuxième isolateur 252 est interposé entre les EDF 251 et 253, améliorant ainsi les caractéristiques du bruit. L'unité réfléchissante 200 réfléchit l'ASE inverse générée dans l'unité EDF 250 qui est incidente dans son extrémité d'entrée, et la laisse être réappliquée à l'unité EDF 250. Le circulateur 202 sort l'ASE inverse réappliquée à travers un premier orifice 202-1 vers un deuxième orifice 202-2. Un filtre accordable 203 et un atténuateur 204 ajustent la longueur d'onde et la puissance de l'ASE inverse. Un coupleur 3 dB 201 sort le résultat de l'atténuateur 204 vers un troisième orifice 202-3 du circulateur 202. Le circulateur 202 sort l'ASE inverse vers le premier orifice 202-1 puis l'introduit à nouveau dans l'EDF 250. Le circulateur 202 agit également comme un isolateur. L'ASE ré-incidente vers les EDF 251 et 253 depuis le premier orifice 2021 du circulateur 202 supprime la population hautement inversée des EDF 251 et 253 par la lumière de pompage pour aider l'amplification d'une lame de signalisation à grande longueur d'onde. La Figure 3 représente les caractéristiques du gain en fonction de la distribution de l'inversion de population. En référence à la Figure 3, dans le cas d'une inversion de population élevée, la plage de longueur d'onde comprise entre 1530 et 1560 nm est largement amplifiée et, dans le cas d'une faible inversion de population, l'amplification de la plage de longueur d'onde de 1580 nm est possible. Ainsi, l'ASE sert à ajuster l'inversion de population causée par la lumière de pompage pour qu'elle soit appropriée à l'amplification de la lumière de signalisation à grande longueur d'onde. Autrement dit, l'ASE ré- incidente depuis le circulateur 202 affaiblit la distribution de l'inversion de population des ions d'erbium excités dans les EDF 251 et 253, réduisant ou supprimant ainsi le gain d'une courte longueur d'onde sur la plage comprise entre 1530 et 1560 nm, et la perte due à l'ASE. De plus, étant donné que l'ASE est à nouveau absorbée en traversant une longue EDF faiblement affectée par la lumière de pompage depuis les deux extrémités de l'EDF ayant une inversion de population élevée, l'ASE augmente le gain de signal au niveau des grandes longueurs d'onde sans perte avec la lumière de pompage. Le gain et la puissance de sortie diffèrent en fonction des longueurs d'onde et de la puissance de l'ASE réappliquée. L'isolateur 280 empêche que l'ASE générée dans l'unité EDF 250 ne soit réfléchie par un connecteur de sortie ou élément similaire et réappliquée. La Figure 4 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention. L'amplificateur à fibres optiques représenté à la Figure 4 comprend une première LD 400 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un premier WSC 410 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm à la lumière de signalisation d'entrée, une deuxième LD 420 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 980 nm, un deuxième WSC 430 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 980 nm à la lumière sortie du premier WSC 410, une unité EDF 440, une troisième LD 450 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un troisième WSC 460 pour entrer la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm à l'unité EDF 440 et permettre à la lumière sortie de l'unité EDF 440 de la traverser, un réflecteur 470 et un isolateur 480. L'unité EDF 440 comprend les EDF 441 et 443 et un deuxième isolateur 442 intercalé entre les EDF 441 et 443. Les longueurs des EDF 441 et 443 sont environ 10 à fois supérieures à celles de l'EDF utilisée dans un amplificateur à fibres optiques ayant la plage de longueur d'onde de 1550 nm. Le réflecteur 470 est de préférence un réseau à faible pas. Le fonctionnement de l'amplificateur à fibres optiques représenté à la Figure 4 est identique à celui représenté à la Figure 2, excepté que le réflecteur 470 fonctionne différemment de l'unité réfléchissante 200 représentée à la Figure 2. Le réflecteur 470 réfléchit sélectivement la longueur d'onde de l'ASE parmi l'ASE directe générée dans l'unité EDF 440 et la laisse être réappliquée à l'unité EDF 440. L'ASE réappliquée amplifie la lumière de signalisation à grande longueur d'onde. La Figure 5 est un schéma d'un amplificateur à fibres optiques à grande longueur d'onde conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention. L'amplificateur à fibres optiques représenté à la Figure 5 comprend un premier réflecteur 500 permettant de sortir une lumière de signalisation d'entrée et une lumière réfléchie prédéterminée, une première LD 510 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un premier WSC 520 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm à la lumière sortie du premier réflecteur 500, une deuxième LD 530 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 980 nm, un deuxième WSC 540 permettant d'accoupler la lumière de pompage sur la plage de 980 nm à la lumière sortie du premier WSC 540, une unité EDF 550, une troisième LD 560 permettant de générer une lumière de pompage sur la plage de 1480 nm, un troisième WSC 570 permettant de sortir la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm vers l'unité EDF 550 et à la lumière sortie de l'unité EDF 550 de la traverser, un deuxième réflecteur 580 et un isolateur 590. Le premier réflecteur 500 comprend un coupleur 3 dB 501, un circulateur 502, un filtre accordable 503 et un atténuateur 504. L'unité EDF 550 comprend les EDF 551 et 553 et un deuxième isolateur 552 intercalé entre les EDF 551 et 553. Les longueurs des EDF 551 et 553 sont environ 10 à fois supérieures à celles de l'EDF utilisée dans un amplificateur à fibres optiques ayant la plage de longueur d'onde de 1550 nm. Le deuxième réflecteur 580 est de préférence un réseau à faible pas et ses conditions de réflexion sont déterminées en fonction des caractéristiques de réflexion du premier réflecteur 500. La Figure 6 représente la puissance et le facteur de bruit d'un signal amplifié par rapport à un gain aplati lorsque la lumière de signalisation sur la plage de 1588,6 nm est incidente avec les amplificateurs à fibres optiques représentés aux Figures 2, 4 et 5. L'EDF est une EDF en germano-silicate. La longueur d'onde de l'ASE directe qui est réappliquée à l'amplificateur à fibres optiques est 1553 nm et la longueur d'onde de l'ASE inverse est 1548,6 nm. Lorsque le gain est défini à environ 19 dN et que la puissance totale du signal d'entrée est d'environ 1 dBm, la rétroaction de l'ASE n'affecte pas le gain. Toutefois, lorsque le gain est défini à environ 31 dB et que la puissance totale du signal d'entrée est d'environ -15 dBm, la rétroaction de l'ASE augmente le gain d'environ 5 dB. Lorsque la puissance totale du signal d'entrée est d'environ -20 dBm, l'effet d'augmentation du gain devient plus important. En conséquence, la rétroaction de l'ASE est plus avantageuse lorsque la puissance du signal d'entrée est faible. Conformément à la présente invention, moins de diodes laser et dispositifs optiques sont nécessaires pour amplifier une lumière de signalisation ayant une grande longueur d'onde, en fournissant un réflecteur pour réfléchir i'ASE. De même, le gain augmente lorsque la puissance d'un signal d'entrée est faible. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde comprenant: une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) (250) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage; une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de fournir la lumière de pompage à l'EDF; et une unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) (200) placée à l'avant de l'EDF, permettant d'accoupler l'ASE générée dans l'EDF à la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de l'introduire à nouveau dans l'EDF. 2. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 1, dans lequel l'unité de pompage comprend: une première et une deuxième diodes laser (210, 230) permettant de fournir vers l'avant la lumière de pompage sur les plages de longueur d'onde de 1480 nm et de 980 nm dans la même direction que celle du signal; et une troisième diode laser (260) permettant de fournir vers l'arrière la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm dans la direction opposée à celle du signal. 3. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 1, dans lequel l'EDF (250) comprend également au milieu un isolateur (280) permettant de réduire le facteur du bruit. 4. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 1, dans lequel l'unité réfléchissant l'ASE (200) comprend: un circulateur (202) permettant de sortir l'ASE inverse incidente à travers un premier orifice (202-1) vers un deuxième orifice (202-2) et de sortir la lumière incidente à travers un troisième orifice (202- 3) vers le premier orifice (202-1) et de l'introduire à nouveau dans l'EDF: un filtre accordable (203) permettant de sélectionner une longueur d'onde prédéterminée depuis l'ASE incidente depuis le deuxième port (202-2) et de la sortir; un atténuateur (204) permettant d'ajuster la puissance de l'ASE sortie du filtre accordable; et un coupleur optique (201) permettant d'accoupler le résultat de l'atténuateur (204) et la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de l'introduire dans le troisième orifice (202-3). 5. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde comprenant: une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage; une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de générer la lumière de pompage pour exciter les ions d'erbium dans l'EDF; et une unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'arrière de l'unité de pompage, permettant de réfléchir l'ASE directe générée dans l'EDF vers l'EDF. 6. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 5, dans lequel l'unité de pompage comprend: une première et une deuxième diodes laser (400, 420) permettant de fournir vers l'avant la lumière de pompage sur les plages de longueur d'onde de 1480 nm et de 980 nm dans la même direction que celle du signal; et une troisième diode laser (450) permettant de fournir vers l'arrière la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm dans la direction opposée à celle du signal. 7. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 5, dans lequel l'EDF comprend également au milieu un isolateur (480) permettant de réduire le bruit. 8. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 5, dans lequel l'unité réfléchissant l'ASE directe comprend un réseau à faible pas réfléchissant sélectivement la longueur d'onde de l'ASE. 9. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde comprenant: une fibre optique dopée à l'erbium (EDF) permettant d'amplifier une lumière de signalisation d'entrée ayant une longueur d'onde sur la plage de 1580 nm en utilisant une lumière de pompage; une unité de pompage placée à l'avant et à l'arrière de l'EDF, permettant de générer la lumière de pompage pour exciter les ions d'erbium dans l'EDF; une première unité réfléchissant l'émission spontanée amplifiée (ASE) placée à l'avant de l'unité de pompage, permettant d'accoupler l'ASE inverse générée dans l'EDF à la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de la sortir vers l'EDF; et une deuxième unité réfléchissant l'ASE placée à l'arrière de l'unité de pompage, permettant de réfléchir l'ASE directe générée dans l'EDF vers l'EDF. 10. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 9, dans lequel l'unité de pompage comprend: une première et une deuxième diodes laser (510, 530) permettant de fournir vers l'avant la lumière de pompage sur les plages de longueur d'onde de 1480 nm et de 980 nm dans la même direction que celle de la lumière de signalisation; et une troisième diode laser (560) permettant de fournir vers l'arrière la lumière de pompage sur la plage de 1480 nm dans la direction opposée à celle de la lumière de signalisation. 11. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 9, dans lequel l'EDF comprend également au milieu un isolateur (590) permettant de réduire le facteur du bruit. 12. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 9, dans lequel l'unité réfléchissant i'ASE comprend: un circulateur (502) permettant de sortir l'ASE inverse incidente à travers un premier orifice vers un deuxième orifice et de sortir la lumière incidente à travers un troisième orifice vers le premier orifice et de l'introduire à nouveau dans l'EDF: un filtre accordable (503) permettant de sélectionner une longueur d'onde prédéterminée depuis l'ASE incidente depuis le deuxième port et de la sortir; un atténuateur (504) permettant d'ajuster la puissance de l'ASE sortie du filtre accordable (503); et un coupleur optique (501) permettant d'accoupler le résultat de l'atténuateur (504) et la lumière de signalisation d'entrée à grande longueur d'onde et de le sortir vers le troisième orifice. 13. Amplificateur à fibre optique à grande longueur d'onde conforme à la revendication 9, dans lequel la deuxième unité réfléchissant i'ASE est un réseau à faible pas permettant de réfléchir une longueur d'onde sélectionnée dans l'ASE directe en fonction des caractéristiques de réflexion de la première unité réfléchissant l'ASE.