Brevet FR2775527A1 — publié le 19990903

MÉTHODE DE COMMANDE DU GAIN POUR AMPLIFICATEUR OPTIQUE ET AMPLIFICATEUR OPTIQUE DESCRIPTION La présente invention concerne une méthode de commande du gain pour amplificateur optique et un amplificateur optique destinés à être utilisés avec un système de communication à fibre optique ou un système similaire, et plus particulièrement une méthode de commande du gain pour amplificateur optique et un amplificateur optique permettant de régler le gain à un niveau fixe. Au cours de ces dernières années, l'utilisation d'un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde a été envisagée pour atteindre des capacités de transmission importantes. Dans un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde, une caractéristique d'un amplificateur optique est importante et des efforts importants sont consacrés au développement d'un amplificateur à fibre optique utilisant une fibre dopée à l'erbium (Er) et possédant une large bande et une stabilité élevée. Pour le système de commande d'un amplificateur à fibre optique, un système de sortie de signal lumineux fixe, un système de sortie de lumière de pompage fixe, un système de gain fixe et ainsi de suite, sont disponibles. Pour un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde, il est avantageux, dans la plupart des cas, d'utiliser le système de gain fixe car il permet un fonctionnement stable sans dépendance du nombre ou des longueurs d'onde des signaux optiques. La structure d'un amplificateur optique conformément à un système de commande de gain fixe classique est représenté sur la figure 1. Dans le présent exemple classique, un amplificateur optique du type à commande du gain n'extrait qu'une partie de l'émission spontanée amplifiée provenant d'une fibre optique dopée aux terres rares et l'utilise comme signal de discrimination du gain pour la commande du gain de l'amplificateur optique et le système de pompage utilisé est un système de pompage directionnel. Le signal lumineux est multiplexé en longueur d'onde avec la lumière de pompage émise par la source de pompage 205 sous la forme d'un laser par le coupleur de multiplexage en longueur d'onde 206 et est transmise à la fibre optique dopée aux terres rares 208 qui est une fibre dopée à l'erbium (ex). La fibre optique dopée aux terres rares 208 amplifie le signal lumineux et émet simultanément une émission spontanée amplifiée. Une partie du signal lumineux amplifié et de l'émission spontanée amplifiée est dérivée par le coupleur optique 210. Afin d'éliminer une composante du signal lumineux et une composante de la lumière de pompage de la lumière dérivée, un filtre optique passe-bande 202 à bande étroite est utilisé pour n'extraire qu'une partie de l'émission spontanée amplifiée. L'émission spontanée amplifiée extraite est reçue et détectée par la photodiode 203 et une valeur du courant de la photodiode 203, c'est à dire une tension de l'émission spontanée amplifiée, est détectée et la sortie de lumière de pompage du laser de pompage est commandée par un circuit de commande 204 de telle sorte que la valeur du courant ou de la tension peut être fixée pour commander le gain de l'amplificateur optique. Comme décrit ci-dessus, l'amplificateur optique classique du type à commande de gain n' extrait qu'une partie de l'émission spontanée amplifiée provenant de la fibre optique dopée aux terres rares et utilise celle-ci comme signal de discrimination du gain pour la commande du gain de l'amplificateur optique. Par conséquent, l'amplificateur optique classique est défavorable en ce que la puissance du signal de discrimination lui-même est faible et que ledit amplificateur optique est inférieur en précision et en stabilité en commande de gain. La présente invention a été réalisée afin de résoudre un problème de l'art antérieur tel qu'il est décrit précédemment et l'objet de la présente invention est de fournir un amplificateur optique possédant un degré élevé de précision de commande et étant d'une construction simple et une méthode de commande du gain pour l'amplificateur optique. Afin de résoudre le problème décrit ci-dessus, selon un aspect de la présente invention, il est fourni une méthode de commande du gain pour un amplificateur optique comprenant un milieu d'amplification optique sous la forme d'un guide d'ondes qui amplifie le signal lumineux et génère une émission spontanée amplifiée dans des directions opposées et une source de lumière de pompage permettant d'émettre une lumière de pompage destinée à être multiplexée en longueur d'onde avec le signal lumineux, caractérisée en ce que la composante de l'émission spontanée amplifiée provenant dudit milieu d'amplification optique, émise dans la direction opposée à celle du signal lumineux qui doit être amplifié, est détectée et la lumière de pompage de la source lumineuse de pompage est commandée de telle sorte que l'émission spontanée amplifiée détectée puisse être fixée. Dans ce cas, le signal lumineux après amplification par le milieu d'amplification optique peut être multiplexé en longueur d'onde avec la lumière de pompage. Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un amplificateur optique comprenant un milieu d'amplification optique sous la forme d'un guide d'ondes qui amplifie un signal lumineux et génère une émission spontanée amplifiée dans des directions opposées et une source de lumière de pompage destinée à émettre une lumière de pompage à multiplexer en longueur d'onde avec le signal lumineux, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de détection pour détecter la composante de l'émission spontanée amplifiée générée par l'amplificateur optique, émise dans la direction opposée à celle du signal lumineux qui doit être amplifié, et un circuit de commande destiné à commander la lumière de pompage de la source lumineuse de pompage de telle sorte que l'émission spontanée amplifiée détectée par la structure de détection puisse être fixée. Dans ce cas, une structure de multiplexage en longueur d'onde pour multiplexer en longueur d'onde le signal lumineux et la lumière de pompage peut être disposée dans une position à laquelle la structure de multiplexage en longueur d'onde multiplexe le signal lumineux après amplification par le milieu d'amplification optique et la lumière de pompage. La structure de détection peut également comprendre un circulateur optique disposé du côté de l'entrée de l'amplificateur optique. En variante, la structure de détection peut comprendre un coupleur de dérivation de lumière disposé du côté de l'entrée de l'amplificateur optique. Dans les deux cas, la structure de détection peut comprendre un filtre optique passe-bande pour éliminer une composante de la lumière de pompage. De plus, le milieu d'amplification optique peut être une fibre optique dopée aux terres rares. Selon la présente invention réalisée de la manière décrite ci-dessus, puisqu'une caractéristique d'un milieu d'amplification optique qui génère une émission spontanée amplifiée dans des directions opposées est utilisée pour détecter uniquement une composante d'émission spontanée amplifiée du côté de l'entrée du milieu d'amplification optique où aucune composante de signal n'est incluse, l'émission spontanée amplifiée peut être détectée avec une très haute sensibilité et, par conséquent, la précision et la stabilité de la commande de gain de l'amplificateur optique peuvent être augmentées. L'action décrite est en outre augmentée en disposant un filtre passe-bande optique pour éliminer une composante de lumière de pompage qui est extraite avec l'émission spontanée amplifiée. Les caractéristiques et avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés qui illustre des exemples de la présente invention. La figure 1 est un schéma fonctionnel de la structure d'un exemple classique d'un amplificateur optique. La figure 2 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention La figure 3 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un second mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention La figure 4 est un schéma représentant le résultat d'une mesure de la caractéristique de commande du gain lorsque l'on fait varier la puissance de l'émission spontanée amplifiée dans le premier mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 2 ; et La figure 5 est un schéma représentant le résultat d'une mesure de la caractéristique de commande du gain lorsque l'on fait varier la puissance d'entrée dans le premier mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 2. Dans ce qui suit, des modes de réalisation de la présente invention sont décrits en référence aux dessins. La figure 2 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention et le mode de réalisation est décrit ci-dessous en référence à la figure 2. Dans le présent mode de réalisation, le circulateur optique 1 est disposé du côté de l'entrée de la fibre optique dopée aux terres rares 8 servant de milieu d'amplification optique tandis que le coupleur de multiplexage en longueur d'onde 6 servant de structure de multiplexage en longueur d'onde est disposé du côté de la sortie de la fibre optique dopée aux terres rares 8. Le signal lumineux entre par le port 11 du circulateur optique 1 et sort par le port 13 du circulateur optique 1 et est transmis à la fibre optique dopée aux terres rares 8. D'autre part, la lumière de pompage provenant de la source de pompage 5 est transmise, par l'intermédiaire du coupleur de multiplexage en longueur d'onde 6, à la fibre optique dopée aux terres rares 8, par laquelle le signal lumineux est amplifié avec la lumière de pompage. Simultanément, la fibre optique dopée aux terres rares 8 génère une émission spontanée amplifiée. Au fur et à mesure que le signal lumineux avance dans la fibre optique dopée aux terres rares 8, depuis le circulateur optique 1 vers le coupleur de multiplexage en longueur d'onde 6, il est amplifié par la fibre optique dopée aux terres rares 8 et sort par l'isolateur optique 7. Parallèlement, l'émission spontanée amplifiée provenant de la fibre optique dopée aux terres rares 8 se propage à la fois vers l'entrée et vers la sortie de la fibre optique dopée aux terres rares 8, comme indiqué par les flèches des lignes pointillées dans la figure 2. Une partie de la composante de l'émission spontanée amplifiée décrite ci-dessus qui se propage dans la direction de l'entrée de la fibre optique dopée aux terres rares 8, c'est à dire dans la direction opposée à celle du signal lumineux et de la lumière de pompage ayant traversé la fibre optique dopée aux terres rares 8 sort du port 13 du circulateur optique 1 pour aller vers le port 12. De plus, la lumière sortante est envoyée dans un filtre optique passe-bande 2, par lequel la lumière de pompage est éliminée de la lumière sortante qui entre de telle sorte que seule l'émission spontanée amplifiée est sélectionnée et reçue par la photodiode 3 disposée à l'étage suivant. Dans le présent mode de réalisation, une structure de détection est composée du circulateur optique 1, du filtre optique passe-bande 2 et de la photodiode 3 dans cet ordre. Un courant de lumière qui augmente proportionnellement à la puissance de l'émission spontanée amplifiée est produit par conversion de la lumière en courant électrique par la photodiode 3 et transmis au circuit de commande 4. Le circuit de commande 4 commande le courant de polarisation vers la source de lumière de pompage 5 de sorte que la valeur du courant de lumière entrant dans celle-ci puisse être fixé. Généralement, étant donné que la puissance de l'émission spontanée amplifiée provenant de la fibre optique dopée aux terres rares 8 et le gain sont proportionnels l'un à l'autre, le gain de l'amplificateur optique peut être commandé en commandant la puissance de 1 'émission spontanée amplifiée de façon à être fixé. De plus, dans le présent mode de réalisation, étant donné que la plus grande partie de l'émission spontanée amplifiée qui se propage dans la direction opposée à celle du signal lumineux est extraite et utilisée comme signal de discrimination du gain, une sensibilité de détection suffisante à une variation du gain peut être obtenue. Afin de confirmer l'efficacité du présent mode de réalisation, la caractéristique de commande du gain a été mesurée. Pour le circulateur optique 1, un circulateur de type à quartz magnéto-optique dont la perte de transmission est de 0,8 dB et dont l'isolation est de 40 dB est utilisé et pour la fibre optique dopée aux terres rares 8, une fibre dopée à l'Er dans laquelle une partie du cceur en verre de quartz est dopée avec de l'erbium et de l'aluminium est utilisée. De plus, pour la source de lumière de pompage 5, un laser à semiconducteur à multipuits quantiques à 1,48 um est utilisé. De plus, pour le coupleur de multiplexage en longueur d'onde 6, un coupleur de multiplexage en longueur d'onde de 1,48 um/1,55 um qui comprend un film multicouche diélectrique est utilisé et pour le filtre optique passe-bande 2, un filtre optique passe-bande formé à partir d'un film multicouche diélectrique de façon similaire et présentant une perte de 20 dB dans la bande de 1,48 um et une perte de 1,2 dB dans la bande de 1,55 um est utilisé. Pour la photodiode 3, une photodiode InGaAs-pin est utilisée et son efficacité quantique de couplage est de 80%. La figure 4 est un schéma représentant le résultat d'une mesure effectuée lorsque le courant lumière détecté par la photodiode 3 et le gain du signal lumineux obtenu par l'amplificateur optique sont mesurés tandis qu'un signal lumineux de -10 dBm entre en tant que puissance optique et que l'on fait varier la puissance de pompage générée par la source de lumière de pompage 5 sous la forme d'un laser à semiconducteur à multipuits quantiques à 1,48 um. A partir de la figure 4, il peut être observé que le gain du signal lumineux de l'amplificateur optique peut être détecté à partir du courant de lumière détecté par la photodiode 3, c'est à dire la puissance de l'émission spontanée amplifiée qui se propage dans la direction opposée à celle du signal lumineux. La figure 5 est un schéma représentant le résultat d'une mesure effectuée lorsque la caractéristique de commande du gain de l'amplificateur optique par rapport à la puissance d'entrée d'un signal lumineux de longueur d'onde égale à 1,555 nm est mesurée. Ce résultat permet d'observer que la variation de gain n'est que de 1,78 dB dans la plage de signal lumineux entré allant de-25 dBm à -2 dBm et un fonctionnement de fixation de gain stable est obtenu sur une large plage. De plus, un fonctionnement stable est également obtenu pour un état de gain particulièrement bas tel qu'un gain de 5 dBm. Ceci est dû au fait qu'étant donné qu'une composante qui se propage dans la direction opposée à celle du signal lumineux est extraite, ce qui est une caractéristique de la présente invention, l'émission spontanée amplifiée sur une région sensiblement entière peut être détectée et la commande du gain à une sensibilité élevée peut être effectuée. De plus, le circulateur optique 1 étant utilisé, la perte d'entrée par rapport au signal lumineux original n'est que de 0,8 dBm et comme valeur de bruit lorsque l'entrée optique est de -10 dBm et le gain est de 20 dB, une bonne valeur de 6,0 dB est obtenue. La figure 3 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un second mode de réalisation de la présente invention. Le présent mode de réalisation est différent du premier mode de réalisation représenté dans la figure 2 en ce que le côté d'entrée du signal lumineux est modifié de telle sorte que l'isolateur optique 9 et le coupleur optique 10 sont disposés à la place du circulateur optique 1. Étant donné que le reste de la structure du présent mode de réalisation est similaire à celle du premier mode de réalisation décrit précédemment en référence à la figure 2, les composants analogues sont identifiés par les mêmes références numériques que celles de la figure 2 et la description détaillée de ceux-ci est omise ici. Dans le présent mode de réalisation, bien que la valeur de bruit et la précision de la commande de gain soient quelque peu dégradés parce que les pertes dans les trajets du signal lumineux et de l'émission spontanée amplifiée présentent une augmentation par rapport à ceux du premier mode de réalisation, un amplificateur optique moins coûteux du type à commande de gain a été réalisé avec succès. La présente invention étant réalisée de façon similaire à celle décrite ci-dessus, l'avantage suivant est obtenu. Étant donné que l'émission spontanée amplifiée sur une bande entière qui se propage dans la direction opposée à celle du signal lumineux est détectée, un amplificateur optique de type à commande de gain qui présente une sensibilité de discrimination du gain accrue et possède un degré élevé de stabilité du gain peut être mis en oeuvre avec une construction simple. Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits en utilisant des termes spécifiques, une telle description n'est donnée qu'à des fins d'illustration et il doit être compris que des modifications et variantes peuvent être effectuées sans s'éloigner de l'esprit ou de la portée des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Méthode de commande du gain pour un amplificateur optique qui comprend un milieu d'amplification optique (8) sous la forme d'un guide d'ondes qui amplifie un signal lumineux et génère une émission spontanée amplifiée dans des directions opposées et une source de lumière de pompage (5) pour émettre une lumière de pompage destinée à être multiplexée en longueur d'onde avec le signal lumineux, caractérisée en ce que la composante de l'émission spontanée amplifiée provenant dudit milieu d'amplification optique, émise dans la direction opposée à celle du signal lumineux destiné à être amplifié, est détectée et la lumière de pompage de ladite source de lumière de pompage est commandée de telle sorte que l'émission spontanée amplifiée détectée puisse être fixée. 2. Méthode de commande du gain pour un amplificateur optique selon la revendication 1, dans laquelle le signal lumineux après avoir été amplifié par ledit milieu d'amplification optique (8) est multiplexé en longueur d'onde avec la lumière de pompage. 3. Amplificateur optique comprenant un milieu d'amplification optique (8) sous la forme d'un guide d'ondes qui amplifie un signal lumineux et génère une émission spontanée amplifiée dans des directions opposées et une source de lumière de pompage (5) pour émettre une lumière de pompage destinée à etre multiplexée en longueur d'onde avec le signal lumineux, caractérisé en ce qu' il comprend une structure de détection (1, 2, 3, 10) pour détecter la composante de l'émission spontanée amplifiée générée par ledit amplificateur optique, émise dans la direction opposée à celle du signal lumineux qui doit être amplifié; et un circuit de commande (4) destiné à commander la lumière de pompage de ladite source de lumière de pompage de telle sorte que l'émission spontanée amplifiée détectée par ladite structure de détection puisse être fixée. 4. Amplificateur optique selon la revendication 3, comprenant une structure de multiplexage en longueur d'onde (6) pour multiplexer en longueur d'onde le signal lumineux et la lumière de pompage est disposée dans une position à laquelle ladite structure de multiplexage en longueur d'onde multiplexe en longueur d'onde le signal lumineux après amplification par ledit milieu d'amplification optique (8) et la lumière de pompage. 5. Amplificateur optique selon la revendication 3, dans lequel ladite structure de détection comprend un circulateur optique (1) disposé du côté de l'entrée dudit amplificateur optique. 6. Amplificateur optique selon la revendication 4, dans lequel ladite structure de détection comprend un circulateur optique (1) disposé du côté de l'entrée dudit amplificateur optique. 7. Amplificateur optique selon la revendication 3, dans lequel ladite structure de détection comprend un coupleur de dérivation optique (10) disposé du côté de l'entrée dudit amplificateur optique. 8. Amplificateur optique selon la revendication 4, dans lequel ladite structure de détection comprend un coupleur de dérivation optique (10) disposé du côté de l'entrée dudit amplificateur optique. 9. Amplificateur optique selon la revendication 5, dans lequel ladite structure de détection comprend un filtre optique passe-bande (2) destiné à éliminer une composante de la lumière de pompage. 10. Amplificateur optique selon la revendication 6, dans lequel ladite structure de détection comprend un filtre optique passe-bande (2) destiné à éliminer une composante de la lumière de pompage. 11. Amplificateur optique selon la revendication 7, dans lequel ladite structure de détection comprend un filtre optique passe-bande (2) destiné à éliminer une composante de la lumière de pompage. 12. Amplificateur optique selon la revendication 8, dans lequel ladite structure de détection comprend un filtre optique passe-bande (2) destiné à éliminer une composante de la lumière de pompage. 13. Amplificateur optique selon la revendication 3, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 14. Amplificateur optique selon la revendication 4, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 15. Amplificateur optique selon la revendication 5, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 16. Amplificateur optique selon la revendication 6, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 17. Amplificateur optique selon la revendication 7, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 18. Amplificateur optique selon la revendication 8, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 19. Amplificateur optique selon la revendication 9, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 20. Amplificateur optique selon la revendication 10, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 21. Amplificateur optique selon la revendication 11, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8). 22. Amplificateur optique selon la revendication 12, dans lequel ledit milieu d'amplification optique est une fibre optique dopée aux terres rares (8).