Brevet FR2803145A1 — publié le 20010629

TITRE Dispositif d'application d'un retard en ligne La présente invention concerne un dispositif pour appliquer un retard en ligne à un signal optique, en particulier à des signaux optiques véhiculés dans un système de télécommunication à transmission de données par voie optique. Pour certaines applications dans des systèmes de télécommunication par voie optique, comme par exemple une conversion de signaux WDM (pour " wavelength division multiplexing ", c'est-à-dire multiplexage en longueur d'onde) en signaux TDM (pour " time division multiplexing ", c'est-à-dire multiplexage temporel), il est important de pouvoir retarder des signaux optiques de manière précise et continue dans une plage dynamique qui est d'environ de la période du bit. Pour un système supportant un débit de Gbit/s, cela revient à une plage d'une durée de 25ps environ. Pour ce faire, on connaît par exemple des articles N.V. JESPERSEN, A.C. HEATH and E.S. ROLLER, SPIE, vol 756, p 156 (1987) et P.R. HERCZFELD et al., "Wide-band true time delay phase shifter devices", Proc.IEEE MTT-5 International Microwave Symposium Digest, Las Vegas, Na.; June 1987, PP 603-606 des lignes à retard permettant d'obtenir un changement du retard par élongation de la fibre retardatrice. En effet, I'enroulement d'une fibre optique sur un mandrin piézoélectrique donne un moyen de commander la longueur d'une fibre par une commande électrique. Des variations relatives de longueur de l'ordre de -3 pourraient être obtenues par cette méthode, ce qui permettrait d'atteindre un retard de 100 ps avec quelques dizaines de mètres de fibre. Une telle ligne à retard permet donc d'obtenir continûment des retards. Toutefois, divers inconvénients sont néanmoins à noter: les hautes tensions de commande nécessaires (de l'ordre du kilovolt), I'hystérésis de l'élongation piézo-électrique, et aussi le fait que la bande passante de la commande du retard est limitée par l'inertie mécanique du mandrin (au mieux quelques dizaines de kilohertz). Une telle ligne à retard présente de plus une consommation importante d'énergie en régime dynamique, cette consommation étant due aux fortes capacités des éléments piézoélectriques.5 En outre, le poids d'un tel dispositif ne sera pas constitué par la seule longueur de fibre nécessaire, mais aussi par le mandrin piézoélectrique. Il sera donc important. Une autre solution connue consiste à utiliser une ligne à retard contrôlée thermiquement avec une sensibilité de typiquement 50ps/ C.km. Ainsi, une période de 25ps peut être balayé avec une fibre de 50m de longueur et un thermostat dont la température peut être ajustée sur une plage de 10 C. Cependant, cette solution présente une inertie considérable et pose de sérieux problème pour la stabilisation en température du thermostat. La présente invention vise à pallier les problèmes des dispositifs précités en proposant un dispositif d'application d'un retard en ligne qui soit aisé à l'utilisation, précis et qui ne présente qu'une très faible inertie. Un but supplémentaire de l'invention vise à fournir un dispositif dont les performances ne sont que très peu dépendantes de la polarisation des signaux optiques fournis à l'entrée. A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif d'application d'un retard en ligne pour des signaux optiques présentant une longueur d'onde centrale initiale, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier modulateur de phase recevant à une entrée lesdits signaux optiques à retarder et apte à changer, par la modulation de phase, la longueur d'onde centrale initiale des signaux optiques en entrée vers une longueur d'onde centrale intermédiaire, - une fibre optique dispersive dont une extrémité est raccordée à la sortie dudit premier modulateur et qui présente une dispersion appropriée de manière à allonger le temps de propagation des signaux optiques dans la fibre en fonction du décalage de la longueur d'onde centrale, appliqué par ledit premier modulateur de phase, et - un second modulateur de phase raccordée à l'autre extrémité de la fibre optique et apte à changer, par la modulation de phase, la longueur d'onde centrale intermédiaire des signaux optiques en entrée vers la longueur d'onde centrale initiale. Le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il comprend en outre une unité de commande de la profondeur de modulation desdits premier et second modulateurs de phase, - la profondeur de modulation desdits premier et second modulateurs de phase et la dispersion de ladite fibre optique sont choisies de manière à obtenir une plage de retards à appliquer qui est au moins égale à la durée d'un bit des signaux optiques à retarder, - la profondeur de modulation desdits premier et second modulateurs de phase est sensiblement indépendante de la polarisation des signaux optiques à retarder. L'invention a également pour objet un convertisseur de signaux optiques multiplexés en longueur d'onde en signaux optiques multiplexés temporellement, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif tel que défini ci-dessus. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et se référant aux figures sur lesquelles: - La figure 1 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention, et - La figure 2 est un schéma synoptique montrant un convertisseur de signaux optiques WDM en signaux optiques TDM. La figure 1 présente un dispositif 1 d'application d'un retard en ligne pour des signaux optiques. Par " application d'un retard en ligne ", on entend que le dispositif est avantageusement disposé dans une ligne de transmission de signaux optiques, en particulier de signaux dits " RZ " (pour " return to zero " en anglais). Ainsi que l'on voit sur la figure, le dispositif selon l'invention comprend un premier modulateur de phase 10 recevant à une entrée lesdits signaux optiques à retarder. Ce modulateur 10 est apte à changer, par la modulation de phase, la longueur d'onde centrale initiale (également appelé la longueur d'onde moyenne du signal optique) des signaux optiques en entrée vers une longueur d'onde centrale intermédiaire. La sortie du modulateur de phase 10 est raccordée à une fibre optique dispersive 12. Cette fibre 12 joue le rôle de la fibre retardatrice. Elle présente une dispersion appropriée de manière à allonger le temps de propagation des signaux optiques dans la fibre en fonction du décalage de la longueur d'onde centrale, appliqué par ledit premier modulateur de phase. On sait que la dispersion chromatique d'une fibre monomode résulte de la superposition de deux effets; I'effet du matériau et l'effet du guide (voir le livre de L.B. JEUNHOMME "Single Mode Fiber Optics " édité par Marcel DEKKER (New-York 1983). Habituellement, ces deux effets sont utilisés de manière qu'à la longueur d'onde moyenne utilisée les coefficients de dispersion correspondants se compensent. Selon la présente invention, au contraire, on peut chercher à éviter une telle compensation pour allonger le temps de passage des signaux optiques dans la fibre en fonction de la longueur d'onde moyenne ou centrale des signaux optiques. En ce qui concerne la fibre retardatrice 12, elle est choisie en considérant que la plage de variation de retard recherchée est égale au produit de trois termes qui sont: - la dispersion D de la fibre, c'est-àdire, plus précisément le coefficient de dispersion de vitesse de groupe au voisinage de la longueur d'onde moyenne utilisée, - la longueur de la fibre L, - et la profondeur de modulation Act du modulateur de phase 12. Pour cela, dans le cas o la longueur d'onde moyenne utilisée est voisine de 1530 nm, la fibre étant réalisée à base de silice, on cherche à conserver autant que possible la dispersion naturelle de ce matériau. Ceci est obtenu en réalisant des fibres dont le coeur est constitué de silice pure ou faiblement dopée, leur gaine optique étant dopée, par exemple à l'aide de fluor pour abaisser son indice de réfraction. Les dispersions couramment obtenues sont de 18 ps/nm.km. Dans le cas o la longueur d'onde utilisée est voisine de 1300 nm on cherche à cumuler les deux effets précédemment mentionnés. Des fibres réalisées pour cela ont un fort dopage de leur coeur en oxyde de germanium GeO2 (écart d'indice maximum de 0,03) et un petit diamètre du coeur (4000 nm). Les dispersions obtenues couramment sont de 50 ps/nm.km. Dans le cas cependant o le signal à retarder doit, indépendamment du retard que l'on veut lui appliquer, être transmis sous forme optique dans une fibre de grande longueur, il peut être inutile de prendre des dispositions pour augmenter la dispersion de la fibre. La profondeur de modulation A(l) pouvant être atteinte par le modulateur 10 détermine le décalage de la longueur d'onde centrale des signaux optiques, et donc l'allongement du temps de passage des signaux dans la fibre 12. De plus, le dispositif selon l'invention comprend un second modulateur de phase 14 qui est sensiblement identique au premier modulateur 10, mais qui est agencé de manière à réaliser une modulation de phase dans le sens inverse de celle du premier modulateur 10 afin de recaler la longueur d'onde centrale des signaux optiques sur la longueur d'onde centrale initiale. Enfin, le dispositif selon l'invention comprend une unité 16 de commande de la profondeur de modulation des deux modulateurs 10 et 14. Cette unité 16 permet d'ajuster sur une plage déterminée par les performances des modulateurs 10 et 14, la profondeur de modulation, et donc le temps de passage dans la fibre 12. De préférence, la profondeur de modulation desdits premier et second modulateurs de phase et la dispersion de ladite fibre optique sont choisies de manière à obtenir une plage de retards à appliquer qui est au moins égale à la durée d'un bit des signaux optique à retarder. Dans le cas d'un système de transmission ayant un débit de typiquement 40Gbit/s, cette plage est de 25ps environ. Avantageusement, les modulateurs 10 et 14 sont choisis de manière que leur profondeur de modulation est sensiblement indépendante de la polarisation des signaux optiques à retarder. Les modulateurs de phase InP présentent par exemple cette caractéristique. On comprend donc que le dispositif selon l'invention est une ligne à retard ajustable ou à retard commandé. Elle se distingue plus particulièrement par le fait qu'elle est très rapide, c'est-à-dire avec un temps de réponse typiquement inférieur à la microseconde. La figure 2 montre un convertisseur de signaux optiques multiplexés en longueur d'onde en signaux optiques multiplexés temporellement. Ce convertisseur comprend une ligne d'entrée 17 de signaux multiplexés en longueur d'onde, également appelé signal WDM. Pour des raisons de clarté, il est supposé que le signal WDM est composé d'un premier signal optique à la longueur d'onde X, et d'un second signal optique à la longueur d'onde; '2- La ligne d'entrée 17 est raccordée à une entrée d'un démultiplexeur 18 dont une sortie est raccordée à une ligne optique 20 pour véhiculer les signaux optiques de longueur d'onde Xk et dont l'autre sortie est raccordée à une ligne optique 22 pour véhiculer les signaux optiques de longueur d'onde k2. Dans la ligne optique 20 est disposé un dispositif 1 selon l'invention afin de pouvoir appliquer aux signaux circulant dans la ligne 20 un retard permettant d'entrelacer temporellement les signaux optiques aux longueurs d'onde Xk et,2 En aval du dispositif 1, les lignes 20 et 22 sont optiquement réunies avant que les signaux optiques circulant à nouveaux sur une même ligne optique, soient introduits dans une unité 40 de conversion de la longueur d'onde. Cette unité 40 convertit aussi bien les signaux de longueur d'onde;1 que ceux de longueur d'onde X2 en des signaux optiques de longueur d'onde o. constituant les signaux TDM. Le signal de commande du dispositif 1 selon l'invention est obtenu en prélevant aussi bien sur la ligne optique 20 que sur la ligne optique 22, une faible partie des signaux optiques en amont du dispositif 1 et introduisant ces signaux dans des circuits respectivement 30 et 32 de récupération du signal d'horloge. Les sorties respectives des circuits 30 et 32 sont raccordées à un amplificateur différentiel 35 ou un comparateur de phase dont la sortie fournit au dispositif 1 selon l'invention un signal de commande de manière que les signaux optiques dans les deux lignes 20 et 22 soient temporellement décalés, de préférence de la moitié de la durée d'un bit, les uns par rapport aux autres avant la conversion de longueur d'onde dans l'unité 40. Bien entendu, si le signal WDM présente plus que deux canaux, il suffit d'adapter le démultiplexeur et de prévoir une ligne optique avec son signal d'horloge comme référence, les signaux optiques dans les autres lignes en sortie du démultiplexeur étant respectivement retardées d'une partie prédéfinie de la durée d'un bit par rapport au signal d'horloge de référence. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'application d'un retard en ligne pour des signaux optiques présentant une longueur d'onde centrale initiale, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier modulateur de phase (10) recevant à une entrée lesdits signaux optiques à retarder et apte à changer, par la modulation de phase, la longueur d'onde centrale initiale des signaux optiques en entrée vers une longueur d'onde centrale intermédiaire, - une fibre optique dispersive (12) dont une extrémité est raccordée à la sortie dudit premier modulateur (10) et qui présente une dispersion appropriée de manière à allonger le temps de propagation des signaux optiques dans la fibre (12) en fonction du décalage de la longueur d'onde centrale, appliqué par ledit premier modulateur de phase (10), et - un second modulateur de phase (14) raccordé à l'autre extrémité de la fibre optique et apte à changer, par la modulation de phase, la longueur d'onde centrale intermédiaire des signaux optiques en entrée vers la longueur d'onde centrale initiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité (16) de commande de la profondeur de modulation desdits premier (10) et second (14) modulateurs de phase. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la profondeur de modulation desdits premier (10) et second (14) modulateurs de phase et la dispersion de ladite fibre optique (12) sont choisies de manière à obtenir une plage de retards à appliquer qui est au moins égale à la durée d'un bit des signaux optiques à retarder. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la profondeur de modulation desdits premier (10) et second (14) modulateurs de phase est sensiblement indépendante de la polarisation des signaux optiques à retarder. 5. Convertisseur de signaux optiques multiplexés en longueur d'onde en signaux optiques multiplexés temporellement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour décaler temporellement des signaux optiques.