Brevet FR2787953A1 — publié le 20000630

AMPLIFICATION QUASI-DISTRIBUEE DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION A FIBRE OPTIQUE La présente invention a pour objet un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, ainsi qu'un procédé de transmission dans un tel système, qui permettent d'améliorer les performances en termes de rapport signal sur bruit, ou encore en termes de longueurs possibles pour le système. Elle concerne aussi un répéteur pour un tel système de transmission. L'invention s'applique notamment aux systèmes de transmission à fibre optique, utilisant un multiplexage de longueur d'onde (en anglais "wavelength division multiplexing ou WDM). Une des solutions connues pour la transmission de signaux non-solitons dans des fibres optiques consiste à disposer à intervalles réguliers le long du système de transmission des amplificateurs optiques, et notamment des amplificateurs à fibre optique dopée à l'erbium. Une telle solution est par exemple décrite dans Bergano, Long haul WDM transmission using optimum channel modulation: 32 x 5 Gbit/s 9300 km demonstration, OFC'97 post deadline 16. Les distances de transmission dans un tel système sont limitées par le rapport signal sur bruit, et notamment par la présence de bruit d'amplification spontanée (ASE, acronyme de l'anglais "amplified spontaneous emission") généré dans les amplificateurs. Il a aussi été proposé dans un article de Morten Nissov et autres, 100 Gb/s (1 0xl 0 Gb/s) WDM transmission over 7200 km using distribution Raman amplification, OFC'97, post deadline paper, d'utiliser dans un système de transmission uniquement une amplification distribuée par effet Raman pour I'amplification à intervalles réguliers du signal. Cette solution permet une amélioration du rapport signal sur bruit d'environ 2 dB par rapport à une solution comparable utilisant uniquement des amplificateurs discrets. Elle présente l'inconvénient de nécessiter de fortes puissances de pompes pour obtenir un pompage suffisant; dans l'article proposé, les puissances de pompe sont de l'ordre de 300 mW. Un autre inconvénient pour la mise en oeuvre industrielle d'une telle solution est qu'il est difficile avec un pompage Raman dans un sens opposé au sens de propagation du signal de contrôler la puissance de chaque étage d'amplification. Une description de l'effet Raman est donnée dans l'ouvrage de G.P. Agrawal, Nonlinear Fibre Optics, Academic Press 1980. Par ailleurs, la transmission d'impulsions solitons dans la partie d'une fibre optique à dispersion anormale est un phénomène connu. Les solitons sont des signaux impulsionnels de forme sech2. Avec cette forme d'impulsion, la non-linéarité dans la partie correspondante de la fibre compense la dispersion du signal optique. La transmission des soldtons est modélisée de façon connue par l'équation de Schrôdinger non-linéaire. La demande de brevet déposée le 06.07.98 sous le titre "Amplification quasi-distribuée dans un systèmes de transmission à fibre optique à signaux solitons" décrit, pour des systèmes de transmission à fibre optique à signaux solitons un répéteur comprenant un amplificateur discret, par exemple un amplificateur constitué d'une fibre dopée à l'erbium, avec au moins une pompe pour produire une amplification par effet Raman stimulé dans la fibre de ligne. L'invention a pour obijet une solution au problème du rapport signal sur bruit dans un système de transmission à signaux non-solitons, présentant des amplificateurs discrets. Elle permet de limiter les effets du bruit d'amplification spontanée, ou d'augmenter la longueur du système de transmission pour un rapport signal sur bruit donné. Plus précisément, I'invention propose un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant une pluralité de sections de fibre et de répéteurs, caractérisé en ce qu'au moins un répéteur comprend des moyens d'amplification discrète et des moyens de préamplification distribuée des singaux dans la fibre de ligne en amont du répéteur dans le sens de propagation des signaux. Avantageusement, les moyens de préamplification distribuée comprennent des moyens de pompage de la fibre de ligne. Ces moyens de pompage de la fibre de ligne peuvent comprendre une pompe à 1,44 pgm. De préférence, la puissance pompée dans la fibre est inférieure à 100 mW. Dans un mode de réalisation, les moyens de préamplification comprennent des moyens de pompage par effet Raman stimulé de la fibre de ligne. Dans un autre mode de réalisation, les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage de cette fibre. Dans ce cas, les moyens de pompage comprennent des moyens d'amplification discrète comprennent une pompe à 0,98 ou 1,48 ptm. Avantageusement, chaque répéteur comprend des moyens de préamplification distribuée et des moyens d'amplification discrète. Dans un mode de réalisation, les moyens de préamplification distribuée présentent un gain qui est compris entre 0,5 et 2 dB. L'invention concerne aussi un procédé de transmission de signaux non- solitons dans un système de transmission à fibre optique de ligne présentant au moins un répéteur, le procédé comprenant: - au moins une étape de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne, et - au moins une étape d'amplification discrète des signaux dans le répéteur. De préférence, I'étape de préamplification distribuée comprend le pompage de la fibre de ligne. L'étape de préamplification distribuée s'effectue avantageusement par effet Raman stimulé. L'invention concerne enfin un répéteur pour un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant des moyens d'amplification discrète des signaux et des moyens de pompage pour une préamplification distribuée. Avantageusement, les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une pompe à 1,44,um. Dans un mode de réalisation, les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une pompe pour pompage par effet Raman stimulé d'une fibre de ligne. De préférence, les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage de cette fibre. Ces moyens de pompage peuvent comprendre une pompe à 0,98 ou 1,48 pm. 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 référence aux dessins annexés qui montrent: -figure 1, montre un schéma de principe d'un système de transmission dans lequel l'invention peut être mise en ceuvre; - figure 2, un schéma de principe d'un répéteur d'un système de transmission selon l'invention; - figure 3, un schéma de principe d'un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention; - figure 4, un schéma de principe d'encore un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention. L'invention s'applique à tout système de transmission à fibre optique et à signaux non-solitons, à canal unique ou en multiplexage de longueur d'onde. Elle s'applique à tout type de signaux non-solitons, et par exemple à des signaux RZ (retour à zéro) ou NRZ (non retour à zéro). 1 0 L'invention propose, pour améliorer le rapport signal sur bruit dans les amplificateurs discrets, de prévoir en amont de ces amplificateurs une préamplification par effet Raman, i.e. de combiner des amplificateurs discrets et des amplificateurs distribués. La présence des amplificateurs distribués permet de préamplifier le signal d'entrée des amplificateurs discrets, et de limiter en conséquence le bruit généré dans ces amplificateurs. De fait, avec un signal d'entrée d'un niveau plus élevé, le bruit d'amplification spontanée dans des amplificateurs discrets du type amplificateur à fibre dopée à l'erbium est plus faible. En outre, la présence d'amplificateurs discrets permet un meilleur contrôle du gain sur un étage du système de transmission, et permet notamment d'appliquer les solutions connus de contrôle du gain à base de rétroaction. De plus, cet amplificateur discret permet de fournir selon l'invention l'essentiel du gain d'amplification. Un gain de préamplification faible - par exemple de l'ordre de 1 dB pour la préamplification distribuée précédant une amplification discrète suffit pour augmenter le rapport signal sur bruit dans l'ensemble du système. En effet, I'essentiel de l'amplification, dans les modes de réalisation préférés de l'invention, est assurée par les amplificateurs discrets; à l'inverse, la solution de la demande de brevet précitée propose d'assurer essentiellement l'amplification des signaux par les amplificateurs distrbués, de sorte à éviter autant que possible l'asymétrie des collisions entre solitons. La figure 1 montre un schéma de principe d'un système de transmission dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre. Le système comprend un émetteur Tx 1, envoyant des signaux dans une première fibre de ligne 2, et un récepteur Rx 3. Entre la fin de la première fibre de ligne 2 et le récepteur 3 sont prévus une pluralité de sections ou tronçons 4j, i étant un nombre entier. Chaque tronçon comprend un répéteur 5i, et de la fibre de ligne 6i. Le répéteur 5i d'un tronçon 41 permet d'amplifier les signaux qu'il reçoit de la fibre de ligne 6i-1 du tronçon précédent et transmet les signaux amplifiés sur la fibre de ligne 6i de son tronçon. De façon connue en soi, le système de transmission peut comprendre des filtres, ainsi que des isolateurs ou d'autres composants, qui ne sont pas décrits ici. L'invention propose de procéder à une préamplification distribuée par effet Raman, sur la fibre de ligne précédant un répéteur, de sorte que la puissance à l'entrée de l'amplificateur discret disposé dans le répéteur soit supérieure. Les figures 2 à 4 montrent des exemples de répéteurs qui peuvent être utilisé dans un système de transmission selon l'invention. Dans chacun des modes de réalisation décrits en référence à ces figures, il est prévu une amplification discrète, en combinaison avec une amplification distribuée, qui préamplifie sur la fibre de ligne le signal avant qu'il ne pénètre dans l'amplificateur discret. La figure 2 montre un schéma de principe d'un répéteur selon l'invention. On a représenté sur la figure un répéteur 5i, la fibre de ligne 6-j1 du tronçon précédent, et la fibre de ligne 6i à travers laquelle le répéteur transmet ses signaux. Le répéteur comprend un amplificateur discret 7, par exemple un amplificateur avec une fibre dopée à l'erbium et une pompe. On peut aussi utiliser un autre type d'amplificateur, par exemple un amplificateur opto-électronique. En amont de l'amplificateur discret dans le sens de propagation du signal est prévu un coupleur 8, par exemple un multiplexeur optique. Ce coupleur permet de coupler dans la fibre de ligne 6i-l, dans un sens opposé au sens de propagation du signal, un signal de pompe fourni par une pompe 9. La pompe 9 fournit un signal adapté à provoquer une préamplification dans la fibre de ligne, et par exemple une préamplification par effet Raman stimulé. Pour une fibre de ligne habituelle du type DSF (acronyme de l'anglais "dispersion shifted fiber" ou fibre à dispersion décalée), la pompe peut par exemple être une pompe à laser semi-conducteur, fournissant un signal à 1,44 p.m. Un tel signal est adapté à provoquer une préamplification du signal dans la fibre de ligne. On peut utiliser une puissance de pompe couplée dans la fibre de l'ordre de mW. Cette puissance dépend à la fois de la puissance de la pompe 9 et du rendement du coupleur 8. Une telle puissance de pompe injectée dans la fibre permet d'obtenir un gain de préamplification par effet de Raman de l'ordre de 1,7dB. Comme expliqué plus haut, de telles valeurs de gain suffisent pour diminuer le bruit généré par l'amplificateur discret 7. Ainsi, pour un amplificateur discret constitué d'une bobine de fibre fortement dopée à l'erbium, avec une pompe à 1,48 p.m, le bruit généré est sensiblement proportionnel au gain, dans la plage d'utilisation de l'amplificateur. Si on diminue d'environ 1 dB le gain de l'amplificateur, pour une puissance de sortie constante, ce qui peut être obtenu grâce à une préamplification selon l'invention, le bruit généré par l'amplificateur discret diminue d'environ 1 dB. A titre de comparaison, le bruit généré dans l'amplificateur distribué par effet Raman, pour un gain de préamplification de l'ordre de 1 dB, est inférieur à 0,2 dB. L'invention fournit ainsi, pour un même gain total sur la fibre de ligne et dans l'amplificateur discret, une amélioration du facteur de bruit du tronçon de l'ordre de 0,8 dB. Le choix précis du gain de préamplification dépend du système de transmission. Avantageusement, le gain de préamplification est supérieur ou égal à 0,5 dB. Cette borne inférieure correspond au gain de préamplification nécessaire pour compenser les pertes induites par l'insertion dans le système de transmission du coupleur de la pompe utilisée pour l'amplification distribuée. Le gain de préamplification est de préférence inférieur ou égal à 2 dB. Cette borne supérieure correspond en pratique au gain obtenu pour des pompes habituellement utilisables dans un répéteur, typiquement pour une puissance de pompe de 80 mW. On peut en tout état de cause utiliser des puissances de pompe inférieures à 100 mW A titre de comparaison, le gain de l'amplificateur discret est par exemple voisin de 10 dB. Cette plage de valeurs permet une bonne diminution du bruit généré par l'amplificateur discret, tout en évitant le recours à des pompes de préamplification de puissance importante. On peut chiffrer l'amélioration globale du rapport signal sur bruit sur un tronçon à environ 0,8 fois le gain de préamplification Raman. Ainsi, pour un gain de préamplification de l'ordre de 2 dB, on obtient une amélioration du rapport signal sur bruit de l'ordre de 1,6 dB. La figure 3 montre un schéma de principe d'un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention; cette figure montre les différents composants de l'amplificateur discret 7. Celui-ci comprend, dans le sens de propagation du signal, un coupleur optique 1 1, par exemple un multiplexeur optique, qui couple dans la fibre le signal fourni par une pompe 12. Le coupleur est suivi d'un isolateur 13, qui empêche la remontée du bruit d'amplification spontanée dans le sens opposé au sens de propagation du signal. L'isolateur 13 est suivi d'une section 14 de fibre dopée à l'erbium. La pompe est de préférence constituée d'un laser à semi-conducteur fournissant un signal à 0,98 ou 1,48 ptm, et la fibre est une fibre fortement dopée à l'erbium. On peut notamment utiliser pour l'amplificateur discret les fibres connues en soi à cet effet. On notera que les mots "fortement dopée", dans le contexte de l'amplification dans des fibres de signaux optiques sont parfaitement clairs pour I'homme du métier, et correspondent à une réalité technique. Des fibres fortement dopées permettent une amplification sur une longueur de fibre de quelques dizaines de mètres. Un amplificateur réalisé à partir d'une bobine d'une telle fibre peut traditionnellement être contenu dans une boîte, et est qualifié d'amplificateur discret. A l'inverse, on appelle amplification distribuée une amplification dans la fibre de ligne du système de transmission. Ainsi, I'homme du métier comprend clairement la distinction entre "amplification discrète" et "amplification distribuée". La figure 4 montre un schéma de principe d'encore un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention; le mode de réalisation de la figure 4 est analogue à celui de la figure 3, à cela près que l'isolateur 13 est disposé non pas en aval du coupleur 1 1 de l'amplificateur discret 7, mais en amont de celui-ci dans le sens de propagation du signal. Cette position de l'isolateur permet de séparer l'amplificateur discret du préamplificateur distribué, et évite les réflexion du signal de pompage de l'amplificateur discret vers la fibre de ligne 6i-1. La présence des amplificateurs discrets permet un contrôle du gain, par tout mécanisme à rétroaction connu en soi. On peut ainsi prélever une partie du signal de sortie de l'amplificateur discret 7 pour contrôler le gain de cet amplificateur discret, par exemple en contrôlant la puissance de la pompe 1 2. La puissance de la pompe 9 utilisée pour la préamplification peut être contrôlée, par exemple en mesurant la puissance du signal en entrée de I'amplificateur discret 7. On n'a pas représenté sur la figure les moyens de contrôle qui permettent le cas échéant de commander la puissance de pompage discret ou distribué; on peut non seulement jouer sur les puissances des pompes mais aussi sur les coefficients de couplage des différents coupleurs. Le système de transmission de la figure 1 peut présenter avantageusement un ensemble de répéteurs identiques, par exemple du type décrit aux figures 2, 3 ou 4.; il est aussi possible de ne prévoir une combinaison d'amplification distribuée et d'amplification discrète selon l'invention que sur certains tronçons, les autres tronçons mettant alors en oeuvre des solutions connues, purement distribuées, ou purement discrètes. Bien évidemment, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple. On peut utiliser l'invention non seulement dans une système monodirectionnel, mais aussi dans une système bidirectionnel, dans un système monocanal ou dans un système à multiplexage de longueurs d'onde. Il faut aussi noter que l'on peut, par rapport aux modes de réalisation décrits, ajouter ou enlever des filtres ou des isolateurs, en fonction des besoins. Le type de moyens de pompage utilisés peut être adapté aux conditions. On peut aussi utiliser des pompes redondantes, pour améliorer la fiabilité des répéteurs. REVENDICATIONS 1. Système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant une pluralité de sections de fibre (6i) et de répéteurs (5i), caractérisé en ce qu'au moins un répéteur comprend des moyens d'amplification discrète (7) et des moyens de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne (6j 1) en amont du répéteur dans le sens de propagation des signaux. 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de préamplification distribuée comprennent des moyens (8, 9) de pompage de la fibre de ligne (6i-j1). 3. Système de transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pompage de la fibre de ligne (6i-1) comprennent une pompe à 1,44 jim. 4. Système de transmission selon la revendication 3, caractérisé en ce que la puissance pompée dans la fibre est inférieure à 100 mW. 5. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de préamplification comprennent des moyens de pompage par effet Raman stimulé de la fibre de ligne. 6. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'amplification discrète comprennent une section (14) de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage (11,12) de cette fibre. 7. Système de transmission selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de pompage des moyens d'amplification discrète comprennent une pompe à 0,98 ou 1,48 plm. 8. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque répéteur comprend des moyens de préamplification distribuée et des moyens d'amplification discrète. 9. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de préamplification distribuée présentent un gain qui est compris entre 0,5 et 2 dB. 10. Procédé de transmission de signaux non-solitons dans un système de transmission à fibre optique de ligne présentant au moins un répéteur, le procédé comprenant: - au moins une étape de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne, et - au moins une étape d'amplification discrète des signaux dans le répéteur. 11. Procédé selon la revendication 1 0, caractérisé en ce que l'étape de préamplification distribuée comprend le pompage de la fibre de ligne. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 1 1, caractérisé en ce que l'étape de préamplification distribuée s'effectue par effet Raman stimulé. 13. Un répéteur (5i) pour un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant des moyens d'amplification discrète (7) des signaux et des moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée. 14. Répéteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une pompe à 1,44 p.m. 15. Répéteur selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une pompe pour pompage par effet Raman stimulé d'une fibre de ligne. 1 6. Répéteur selon la revendication 1 3, 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre (14) fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage (11, 12) de cette fibre. 17. Répéteur selon la revendication 1 6, caractérisé en ce que les moyens de pompage des moyens d'amplification discrète comprennent une pompe à 0,98 ou 1,48 am.