Brevet FR2803114A1 — publié le 20010629

AMPLIFICATEUR OPTIQUE EN BANDES C ET L POUR SYSTEMES DE TRANSMISSION SOUS-MARINS La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibre optique, et plus particulièrement les amplificateurs en bandes C et L utilisés pour les systèmes de transmission sous-marins. On distingue diverses bandes dans les systèmes de transmission à fibre optique, et notamment dans les systèmes de transmission terrestres. On appelle "bande C" la plage de longueur d'onde entre 1529 et 1565, et "bande L" la plage de longueur d'onde entre 1569 et 1603 nm. Plus généralement, on peut considérer pour la bande L des valeurs différentes, au-delà de 1565 nm, sur une largeur de bande de l'ordre de 30 ou 35 nm. M. X. Ma et autres, 765 Gb/s over 2,000 km Transmission using C- and L- band Erbium Doped Fiber Amplifiers, OFC'99, post-deadline paper PD16-1 à 3, décrit une expérience de transmission en bandes C et L pour des systèmes de transmission sous-marins, avec des tronçons de 43,5 km et des amplificateurs optiques. Chaque amplificateur est constitué d'un séparateur de bande, de branches d'amplification distinctes pour les bandes C et L et d'un combineur de bandes. Y. Sun et autres, A gain-flattened ultra wide band EDFA for high capacity WDM optical communications systems, ECOC'98, pp. 53-54 propose, pour un système de transmission à fibre optique terrestre, un amplificateur optique très large bande, pour l'amplification de signaux en bandes C et L. L'amplificateur comprend un premier étage d'amplification avec une fibre dans laquelle les signaux des bandes C et L sont amplifiés conjointement par une lumière contra-propagative à 980 nm. Les signaux des bandes C et L sont ensuite séparés, et amplifiés séparément dans deux branches distinctes; dans chaque branche sont prévus trois étages d'amplification, pour compenser les effets de la fibre DCF (fibre de compensation de dispersion), pour compenser les pertes des filtres d'égalisation de gain et pour amplifier les signaux à la puissance de sortie. Pour une puissance d'entrée de 0 dBm, le gain total de l'amplificateur est de 25 dB. Environ un quart de la puissance créée en bande C dans l'amplificateur est créé dans le premier étage d'amplification, et les trois quarts sont créés dans la branche pour les signaux de bande C du second étage. L'invention a pour objet l'amplification des signaux en bandes C et L, pour les systèmes de transmission sous-marins; dans de tels systèmes, la puissance d'entrée des amplificateurs est relativement élevée mais le gain est moyen - l'article précité de M. X. Ma propose une valeur de 7 dBm pour la puissance d'entrée et de 11,7 dB pour le gain -. Plus précisément, l'invention propose un amplificateur optique dans les bandes C et L, présentant un premier étage avec une fibre d'amplification commune aux bandes C et L, un deuxième étage avec une branche pour les signaux de bande C et une branche pour les signaux de bande L avec une fibre d'amplification, dans lequel la majorité de la puissance créée en bande C est créée dans le premier étage d'amplification. De préférence, le rapport entre la puissance de sortie en mW du premier étage pour les signaux de bande C et la puissance de sortie en mW de l'amplificateur pour les signaux de bande C est supérieur à 0,50, voire supérieur à 0,75. Avantageusement, le gain de l'amplificateur pour les signaux en bande C est égal au gain d'amplification des signaux en bande C dans le premier étage d'amplification. L'amplificateur présente de préférence un gain inférieur à 15 dB. Dans un mode de réalisation, I'amplificateur présente un coupleur dans la branche pour les signaux de bande C couplant dans le sens contrapropagatif une lumière de pompage pour la fibre d'amplification du premier étage. Cette lumière peut présenter une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1500 nm. On peut encore prévoir un coupleur dans le premier étage couplant une deuxième lumière de pompage pour la fibre d'amplification du premier étage. Cette deuxième lumière de pompage peut présenter une longueur d'onde entre 965 et 990 n m. Dans un autre mode de réalisation, I'amplificateur présente un coupleur dans la branche pour les signaux de bande L couplant une lumière de pompage pour la fibre d'amplification de la dite branche. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir une pompe fournissant une lumière de pompage au coupleur dans la branche pour les signaux de bande C et au coupleur dans la branche pour les signaux de bande L. 3 2803114 L'invention concerne encore un système de transmission à fibre optique présentant au moins un tel amplificateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dont la figure unique montre une représentation schématique d'un amplificateur selon l'invention. L'invention propose un amplificateur en bandes C et L, qui présente deux étages d'amplification: le premier étage est commun aux bandes C et L, et présente une fibre d'amplification dans laquelle les signaux de ces deux bandes sont amplifiés. Le deuxième étage présente une branche pour les signaux de bande C et une branche pour les signaux de bande L. Selon l'invention, la majorité de la puissance créée en bande C dans l'amplificateur est créée dans le premier étage. La branche pour les signaux en bande C du deuxième étage peut donc être plus simple que dans les amplificateurs de l'art antérieurs; dans l'exemple donné plus bas, il n'y a pas d'amplification des signaux dans cette branche. Pour de tels amplificateurs peut aussi se poser un problème nouveau en bande L; de fait, la longueur de la fibre commune du premier étage d'amplification et la puissance de pompe peuvent être adaptées de sorte à fournir le gain recherché en bande C, ou la majorité de la puissance. Le gain en bande C du premier étage est typiquement de l'ordre de grandeur des pertes sur un tronçon du système de transmission séparant deux amplificateurs; on peut à titre d'indication donner une valeur de 12 dB. Pour une telle valeur de gain, I'amplification en bande L dans le premier étage d'amplification est faible, et vaut quelques dB. Le problème qui se poserait alors est l'augmentation du facteur de bruit dans la bande L, lors de I'amplification des signaux en bande L dans le second étage d'amplification. L'invention propose aussi une solution à ce problème nouveau; elle propose une solution simple et efficace pour réduire le facteur de bruit dans la bande L, sans rendre plus complexe l'amplificateur. Pour réduire le facteur de bruit en bande L lors de l'amplification des signaux de cette bande dans le second étage d'amplification, I'invention propose dans un mode de réalisation de disposer dans la branche des signaux en bande C du second étage d'amplification le coupleur pour la lumière contra-propagative utilisée pour l'amplification dans la fibre du premier étage. Elle limite ainsi le nombre de dispositifs traversés par les signaux en bande L après amplification dans le premier étage. De ce fait, le rapport signal sur bruit de l'amplificateur est amélioré dans la bande L. L'invention utilise le fait que la lumière de pompage peut traverser un démultiplexeur, en même temps que les signaux en bande C. La figure est une représentation schématique de l'amplificateur de l'invention. Dans le sens de propagation des signaux, l'amplificateur présente en entrée un isolateur 2, qui est suivi d'un coupleur 4. Le coupleur 4 permet de coupler, dans le sens de propagation des signaux, la lumière d'une pompe 6, qui est constituée d'un laser à 978 nm d'une puissance de 58 mW. En sortie du coupleur 4 est connectée une fibre 8, qui sert pour l'amplification conjointe des signaux en bandes C et L. On trouve en aval du coupleur 4 un démultiplexeur 10, qui sépare les signaux de la bande C des signaux de la bande L, et les envoie vers deux branches respectives. La branche 12 pour les signaux en bande L contient un coupleur 13 pour coupler dans le sens co-propagatif la lumière provenant d'une pompe 18 à travers un coupleur 16. En sortie du coupleur 13 est connectée une fibre 20 d'amplification en bande L. On trouve en aval de cette fibre un multiplexeur 22, qui combine les signaux de la branche pour les signaux en bande L et de la branche pour les signaux en bande C. La branche 14 des signaux en bande C contient un coupleur 24, qui couple dans le sens contra-propagatif la lumière provenant de la pompe 18 à travers le coupleur 16. Dans le mode de réalisation représenté, la branche de l'amplificateur pour les signaux en bande C ne contient que ce coupleur. Est enfin prévu en aval du multiplexeur 22 un isolateur de sortie 26. Le fonctionnement du dispositif de la figure est le suivant. Les signaux en bandes C et L sont amplifiés dans le premier étage d'amplification, c'est-à-dire dans la fibre commune 8 à l'aide de la lumière copropagative de la pompe 6 et de la lumière contra-propagative de la pompe 18, qui traverse le multiplexeur 10 pour parvenir dans la fibre 8. Dans le second étage d'amplification, les signaux de la bande L sont amplifiés dans la fibre 20 à l'aide de la lumière co-propagative de la pompe 18. Dans ce second étage d'amplification, les signaux en bande C ne sont pas amplifiés. 2803114 En sortie du second étage, les signaux amplifiés de la bande L et les signaux de la bande C sont recombinés. On peut utiliser pour l'invention les valeurs numériques suivantes. La pompe 6 est une pompe à 978 nm d'une puissance de 70 mW. La fibre 8 d'amplification commune est une fibre dopée à l'erbium d'une longueur de 18 m. La pompe 18 est une pompe à 1480 nm, d'une puissance de 95 mW. La longueur d'onde de la pompe 18 provenant de la branche pour les signaux de bande C via les coupleurs 16 et 24 traverse donc le multiplexeur pour atteindre le premier étage d'amplification. Le coupleur 16 est un coupleur 20/80, qui couple une puissance de 18 mW dans la branche pour les signaux en bande C, dans le sens contrapropagatif. Le coupleur 16 couple une puissance de 68 mW dans la branche pour les signaux en bande L, dans le sens co-propagatif. La fibre 20 est une fibre dopée à l'erbium, d'une longueur de 44 m. Le démultiplexeur 10 est un composant disponible dans le commerce; on peut par exemple utiliser le composant commercialisé par JDS sous la référence WD1516C-AL9564. Ce composant utilise une technologie de filtres interférentiels en couche mince. Ce composant laisse passer la lumière de pompe entre 1450 et 1500 nm depuis la branche pour les signaux en bande C vers le premier étage d'amplification. Dans une telle configuration, le gain en bande C dans le premier étage d'amplification est suffisant pour atteindre le gain d'amplification nécessaire pour cette bande. On peut atteindre les valeurs de gain de l'ordre de 10 dB à 15 dB, qui sont typiquement nécessaires pour compenser les pertes dans le tronçon précédent du système de transmission. Il n'est donc pas indispensable de prévoir une amplification dans le deuxième étage pour les signaux en bande C. Dans ce mode de réalisation de l'invention, la puissance créée en bande C dans le premier étage d'amplification est égale à 100% de la puissance créée dans cette bande par l'amplificateur, tandis que la puissance créée dans la branche pour les signaux de bande C du deuxième étage est nulle. La totalité de la puissance créée en bande C est donc créée dans le premier étage d'amplification. On pourrait aussi prévoir une amplification des signaux de la bande C dans la branche pour la bande C du deuxième étage d'amplification. Toutefois, compte tenu du gain total 6 2803114 nécessaire, il est possible selon l'invention que la majorité de la puissance en bande C soit créée dans le premier étage. Le rapport des puissances de sortie en mW du premier étage et de l'amplificateur, pour les signaux de bande C, permet facilement de déterminer o la puissance est créée; dans l'exemple donné plus haut, le rapport est voisin de 1. Ce rapport est selon l'invention supérieur à 0,5, voire de préférence supérieur à 0,75; autrement dit, la puissance créée dans l'amplificateur pour les signaux de bande C est majoritairement créée dans le premier étage d'amplification. L'invention permet de simplifier la structure de l'amplificateur et de limiter le nombre de pompes. Un autre problème peut se poser, comme expliqué plus haut, du fait que les signaux en bande L dans le premier étage d'amplification ne sont que faiblement amplifiés. Typiquement, pour un gain en bande C de l'ordre de 12 dB, le gain dans la fibre dopée du premier étage d'amplification peut n'être que de 2 ou 3 dB aux longueurs d'ondes les plus élevées de la bande L, pour une fibre du type visé plus haut; la puissance en sortie du premier étage pour les signaux de bande L est de quelques mW. Les faibles valeurs de la puissance de sortie, et les valeurs fortes du gain du deuxième étage peuvent provoquer une détérioration du rapport signal sur bruit en bande L. Afin de limiter cette détérioration, I'invention propose de disposer le coupleur d'injection de la lumière de pompage contra-propagative du premier étage d'amplification dans la branche du second étage d'amplification destinée à la bande C. De la sorte, I'invention permet de limiter les pertes sur les signaux de la bande L après l'amplification dans la fibre commune; les signaux de la bande L, après la fibre d'amplification commune, ne traversent que le démultiplexeur 1 0 avant de parvenir dans le deuxième étage d'amplification. Dans la configuration proposée à titre d'exemple, le gain en bande L dans le premier étage d'amplification est de l'ordre de 3,1 dB pour une longueur d'onde de 1595 nm, et la puissance de sortie est de l'ordre de 4 mW pour l'ensemble des canaux de la bande L. Dans le deuxième étage d'amplification, le gain en bande L est de l'ordre de 8,5 dB pour la longueur d'onde de 1595 nm. Le gain total de I'amplificateur, compte tenu des pertes d'insertion des multiplexeurs, est de l'ordre de 1l 1 dB. A titre de comparaison, pour des pertes d'insertion du coupleur 24 de l'ordre de 0,5 dB, le rapport signal sur bruit en bande L est amélioré d'environ 1 dB par rapport à une configuration dans laquelle le coupleur de la lumière contra- propagative est disposé dans le premier étage d'amplification. La puissance de la lumière de pompe contra-propagative à 1480 nm diminue du fait du passage à travers le multiplexeur 10, par rapport à une configuration dans laquelle le coupleur 24 serait disposé dans le premier étage d'amplification; la perte correspondante est de l'ordre de 0,3 dB, et la pénalité sur la puissance de pompe n'est pas dirimante; elle peut être compensée par une légère augmentation de la puissance de la pompe, On peut pour réaliser l'invention utiliser les composants optiques connus de I'homme du métier. Ainsi, le terme de "coupleur" est une définition fonctionnelle, et l'on peut utiliser comme coupleur un multiplexeur ou tout autre composant permettant d'injecter la lumière de pompe dans la fibre d'amplification. De la même façon, pour le multiplexeur et le démultiplexeur, on peut utiliser diverses solutions techniques, comme des circulateurs et des réseaux de Bragg. Dans ce cas, le circulateur fait passer les signaux du premier étage d'amplification vers la branche pour les signaux de bande L, et on dispose dans la branche pour les signaux de bande L un réseau de Bragg pour réfléchir les signaux de bande C. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Ainsi, les isolateurs ne sont pas indispensables au fonctionnement de l'amplificateur. Dans l'exemple de la figure, on a disposé le coupleur pour la lumière contra-propagative de pompage du premier étage dans la branche pour les signaux de bande C du deuxième étage; il reste possible de disposer ce coupleur dans le premier étage, au prix le cas échéant d'une dégradation du rapport signal sur bruit en bande L. Il est aussi manifeste que les puissances de pompe ou les longueurs d'onde des pompes peuvent varier par rapport aux valeurs proposées à titre d'exemple. La pompe à 978 nm peut plus généralement présenter une longueur d'onde entre 965 et 990 nm. La pompe à 1480 nm peut présenter une longueur d'onde entre 1450 et 1500 nm; une telle longueur d'onde peut traverser le démultiplexeur 10 depuis la branche pour les signaux en bande C, pour atteindre le premier étage d'amplification. Dans l'exemple, on utilise une pompe unique pour le pompage contra- propagatif du premier étage et pour le pompage co-propagatif du deuxième étage de l'amplificateur, le coupleur 16 servant à répartir la puissance entre les deux directions de pompage; on pourrait aussi utiliser des pompes distinctes. On pourrait encore dans le deuxième étage d'amplification utiliser une lumière contra- propagative pour le pompage de la fibre d'amplification. Cette solution permettrait de d'augmenter encore le rapport signal sur bruit, dans la mesure o elle diminue encore le nombre de dispositifs que les signaux en bande L doivent traverser avant d'atteindre la fibre d'amplification du deuxième étage. Enfin, dans l'exemple de la figure, on utilise deux pompes pour le premier étage d'amplification. On pourrait utiliser uniquement une pompe contrapropagative provenant du deuxième étage d'amplification, ou encore utiliser une deuxième pompe contra-propagative. REVENDICATIONS 1. Un amplificateur optique dans les bandes C et L, présentant un premier étage avec une fibre d'amplification (8) commune aux bandes C et L, un deuxième étage avec une branche (14) pour les signaux de bande C et une branche (12) pour les signaux de bande L avec une fibre d'amplification (20), dans lequel la majorité de la puissance créée en bande C est créée dans le premier étage d'amplification. 2. L'amplificateur de la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la puissance de sortie en mW du premier étage pour les signaux de bande C et la puissance de sortie en mW de l'amplificateur pour les signaux de bande C est supérieur à 0,50, voire de préférence supérieur à 0,75. 3. L'amplificateur de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gain de l'amplificateur pour les signaux en bande C est égal au gain d'amplification des signaux en bande C dans le premier étage d'amplification. 4. L'amplificateur de la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente un gain inférieur à 15 dB. 5. L'amplificateur de l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par un coupleur (24) dans la branche pour les signaux de bande C couplant dans le sens contra-propagatif une lumière de pompage pour la fibre d'amplification du premier étage. 6. L'amplificateur de la revendication 5, caractérisé en ce que la dite lumière de pompage présente une longueur d'onde comprise entre 1450 et 1500 n m. 7. L'amplificateur de la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il présente un coupleur (4) dans le premier étage couplant une deuxième lumière de pompage pour la fibre d'amplification du premier étage. 8. L'amplificateur de la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième lumière de pompage présente une longueur d'onde entre 965 et 990 nm. 9. L'amplificateur de l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il présente un coupleur (13) dans la branche (12) pour les signaux de bande L couplant une lumière de pompage pour la fibre d'amplification (20) de la dite branche. 10. L'amplificateur de la revendication 9, caractérisé en ce qu'il présente une pompe fournissant une lumière de pompage au coupleur (24) dans la branche pour les signaux de bande C et au coupleur (13) dans la branche 1 O pour les signaux de bande L. 11. Un système de transmission à fibre optique présentant au moins un amplificateur selon l'une des revendications 1 à 1 0.