Brevet FR2798779A1 — publié le 20010323

SOURCE LASER INTENSE POUR LE POMPAGE DES AMPLIFICATEURS A FIBRES OPTIQUES POUR LES TELECOMMUNICATIONS La présente invention concerne le domaine des télécommunications et plus particulièrement le domaine des transmissions par fibres à multiplexage en longueur d'onde. Pour compenser les pertes en ligne, il est connu de disposer à intervalles réguliers le long du système de transmission des amplificateurs optiques, et notamment des amplificateurs à fibre optique dopée l'erbium reliés à un des ports du répéteur placé sur la fibre de ligne. principe général de tels systèmes de transmission est décrit dans l'article Les nouvelles fenêtres d'amplification de Dominique BAYART paru dans OPTIQUE ET PHOTONIQUE 2/99, pages 17 et suivantes. On a par ailleurs proposé dans l'état de la technique différentes solutions pour la réalisation d'amplificateur optique à effet Raman. Un tel dispositif est par exemple décrit dans le brevet européen EP789432 ou les brevets américains US5,887,093 ou US5,191,628. Le brevet 89433 décrit un amplificateur Raman à fibre optique comprenant - a) un port d'entrée ; - b) un port de sortie ; - c) un trajet de fibre optique connecté par transmission de signaux, lesdits ports d'entrée et de sortie, ledit trajet de fibre optique comprenant une fibre d'amplificateur à base de silice ; et - d) un moyen pour introduire un premier rayonnement de pompage d'une longueur d'onde 71,p inférieure à une longueur d'onde de signal XS dans ladite fibre d'amplificateur à base de silice de telle sorte que le premier rayonnement de pompage se propage dans ladite fibre d'amplificateur à base de silice seulement dans un sens amont vers ledit port d'entrée ; dans lequel - e) ladite fibre d'amplificateur à base de silice comprend une première longueur L1 de fibre d'amplificateur et une deuxième longueur L2 de fibre d'amplificateur, la première longueur se trouvant en amont de la deuxième longueur, et L1 + L2 étant au moins de 200 m ; - f) l'amplificateur Raman à fibre optique comprend un isolateur optique disposé entre les dites première et deuxième longueurs de fibre d'amplificateur de telle sorte que le passage du rayonnement de longueur d'onde Xs depuis la deuxième jusqu'à la première longueur de fibre d'amplificateur soit substantiellement bloqué par ledit isolateur ; - g) l'amplificateur Raman à fibre optique comprend en outre un trajet de rayonnement de pompage qui est refermé sur lui-même et comporte une partie de ladite fibre d'amplificateur à base de silice, ledit trajet de rayonnement de pompage étant sélectionné de telle sorte que ledit premier rayonnement de pompage puisse y circuler et - le trajet de rayonnement de pompage comprend un moyen pour introduire un deuxième rayonnement de pompage de longueur d'onde it,p, Le problème général qui se pose est celui la puissance de la source de pompage. Le multiplexage des transmissions se traduit actuellement par la propagation de 30 à 40 canaux différents, espacés de 0,8 nanomètres environ, dans une fibre de ligne. Les répéteurs mettent actuellement en oeuvre des amplificateurs à fibre dopee erbium, presentant une bande passante d'environ 30 nm, imposant des puissances de pompage croissant avec le nombre de canaux. On a proposé dans l'état de la technique d'utiliser lasers à semi-conducteurs émettant à 1480 nm une puissance limitée à 200 mW environ. Une première solution que l'homme métier pourrait envisager consiste à associer plusieurs diodes laser pour atteindre les puissances de pompage requises. Une telle solution s'avère toutefois compliquée à mettre en oeuvre et couteuse à industrialiser. EP268523 A1 88 5 A titre d'exemple, le brevet européen EP268523 décrit un dispositif de couplage optique a utiliser avec un amplificateur mettant en ceuvre l'ef . Raman stimulé comprenant: deux diodes laser émettant toutes les deux de la lumière de même longueur d'onde correspondant à une longueur d'onde de pompage de l'amplificateur Raman et fournissant chacune un faisceau linéairement polarisé de sortie, les états respectifs de polarisation étant orthogonaux entre eux; un premier prisme polarisation disposé pour combiner les faisceaux de sortie des deux diodes laser et pour fournir un faisceau de pompage combiné; un premier multiplexeur en longueur d'onde disposé pour recevoir ledit faisceau de pompage combiné et pour superposer un faisceau de lumière de signal ayant une longueur d'onde différente de celle dudit faisceau de pompage combine, pour créer ainsi un faisceau de pompage ; un moyen pour introduire ledit faisceau de pompage -de signal dans une fibre de transmission. Une autre solution de l'art antérieur exposée dans Advanced Solid State Laser, OSA Topical Meeting, C#ur Alene, ATuC1 (pp 242-244) février 1998 GRUBB et col. High power fibers laser consiste à utiliser un laser à fibre dopée ytterbium, pompée par une diode laser à 940 Un tel laser émet un rayonnement à 1117 nm qui est ensuite converti vers 1480 nm par cinq étapes successives dans des lasers Raman à fibre optique en silice. Une telle solution n'est pas satisfaisante car elle se traduit par un bilan énergétique défavorable en raison de la mise en cascade plusieurs étages non linéaires. L'objet de la présente invention est de proposer une source laser puissante remédiant à ces inconvénients, afin de permettre le pompage d'un amplificateur à fibre optique avec la puissance requise, par exemple une puissance de l'ordre du Watt. A cet effet, l'invention concerne dans son acception la plus générale un moyen de pompage d'un amplificateur à fibre optique dopee erbium nécessitant un pompage à une longueur d'onde ;,e ou d'une fibre de ligne d'une liaison par fibre optique nécessitant un pompage à une longueur d'onde X'e, ledit moyen de pompage comprenant une diode laser émettant à une longueur d'onde Xp, ladite diode pompant une source de lumière émettant à une longueur d'onde X'e, caractérisé en ce que X'e est différent de la bande de pompage %,e d'un amplificateur à fibre dopée erbium et en ce que l' e est choisi pour être, par effet Raman, transformée en ;,e par un décalage Stockes unique dans une fibre en silice. Avantageusement, la source de lumière comporte un cristal dopé néodyme émettant à ;Ue. Selon un mode de réalisation particulier, ladite diode laser de pompage est une diode émettant à une longueur d'onde %,p d'environ 808 nanomètres. Selon une variante, la source de lumière comprend un cristal Nd:YAP. De préférence, une fibre en silice formant un laser Raman produisant un décalage Stockes unique d'environ 440 cm-1, ladite fibre en silice étant disposée entre la source de lumière et la sortie du moyen de pompage destiné à exciter l'amplificateur à fibre optique dopée erbium. Selon une autre variante, la source de lumière comprend un cristal Nd:YAP placé dans une cavité accordée à îL'e formée par deux miroirs, le miroir d'entrée présentant une transmission maximale à environ 808 nm et une réflexion maximale dans la plage 1300 à 1400 nm et le miroir de sortie présentant une transmission 1340 nm supérieure à la transmission à 1385 nm. L'invention concerne également un amplificateur à fibre optique pour la régénération d'un signal multiplexé en longueur d'onde se propageant dans une fibre de liaison, comportant une fibre optique dopée erbium et un moyen de pompage émettant à Xe caractérisé en ce que le moyen de pompage est composé par' une diode laser émettant 4 associé à un laser Nd:YAP émettant à X'e qui, par effet Raman dans une fibre en silice, realise un décalage Stokes unique égale à Cet amplificateur constitue une première application d'un moyen de pompage selon l'invention. Avantageusement, le moyen de pompage émet à environ 1480 nm et comporte une diode laser émettant à environ 808 nm associée à un laser Nd:YAP émettant à environ 1385 nm qui, par effet Raman dans une fibre en silice, réalise un décalage Stokes unique d'environ 440 cm-1. L'invention concerne encore un amplificateur à fibres optiques pour la régénération d'un signal multiplexé se propageant dans une fibre de ligne d'une liaison comportant une fibre optique en silice et un moyen de pompage émettant à X',, caractérisé en ce que le moyen de pompage est composé par une diode laser émettant à %l,p associée à un laser Nd:YAP émettant à X'e. Cet amplificateur constitue une deuxième application d'un moyen de pompage selon l'invention. Avantageusement, le moyen de pompage est composé par une diode laser émettant à environ 808 nm associée à un laser Nd:YAP émettant à environ 1385 nm. D autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit les modes de réalisation de l'invention, donnée titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, où - la figure 1 représente une vue schématique de la source de lumière pour le moyen de pompage d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue schématique du moyen de pompage, pour une première application concernant les amplificateurs à fibre dopée erbium ; - la figure 3 représente une vue schématique du moyen de pompage, pour une deuxième application concernant amplificateurs par effet Raman. Le dispositif selon l'invention est décrit schématiquement en référence à la figure 1. Il comporte une diode laser (1) émettant un rayonnement à environ 808 nm. A titre d'exemple, une telle diode peut être une diode laser fibrée SDL P7 (nom commercial) qui peut fournir une puissance de 14,3 Watts. Le faisceau de la diode à environ 808 nm est ensuite transporté et concentré dans une source de lumière (2) comprenant un cristal (12) de Nd:YAP. Cette source de lumière (2) est constituée par un cristal (12) Nd:YAP (Ya103:Nd3+) placé entre deux miroirs (10, 11). Le cristal (12) est un cylindre de Perovskite (Ya103) dopé au néodyme de 7 mm de long et de 3 mm de section, taillé selon l'axe optique A. Un tel cristal (12) présente une transition 4F3/2 ->4I1 3/2 Créant des raies associées à des sous-niveaux Stark, dont un doublet à 1378 nm et 1385,4 nm. La présence de ce doublet présente plusieurs avantages au regard de l'application à l'amplification pour des signaux de télécommunication de la bande S (1470 - 1500 nm). Elle produit tout d'abord un élargissement de la fenêtre d'amplification. Cet étalement spectral résultant de la présence d'un doublet va par ailleurs favoriser dans la fibre l'effet Raman au détriment de l'effet Brillouin, ce dernier produisant une onde contra- propagative pouvant provoquer des perturbations. Le cristal (12) est placé dans une cavité plan-plan comprenant un miroir d'entrée (10) plan traité pour présenter un taux de transmission élevé à 808 nm et un taux réflexion élevé sur la plage 1300 à 0 nm. Le miroir de sortie (11) est un miroir plan, avec 12% transmission à 1340 nm et 1,2 % à 85 nm. Le cristal (12) peut être tourné de quelques degrés rapport au plan horizontal d'autocollimation, pour faire apparaître les raies désirées. Une source de lumière (2) selon l'invention permet de délivrer une puissance d'environ Watts à environ 85 nm. La diode laser (1) et la source lumière (20) constituent la brique de base (20) pour realiser des amplificateurs fonctionnant en bande C (1520 - 1550 nm) ou L (1550- 0 nm) (application décrite en réference à la figure 2) et en bande S (1470 - 1500 nm) application décrite référence à la figure 3). La figure 2 représente une vue schematique du moyen de pompage, pour une première application concernant les amplificateurs à fibre dopée erbium. La brique de base (20) conforme à celle décrite référence à la figure 1, est connectee en amont de l'amplificateur. La lumière émise par la brique de base (20) injectée dans un laser Raman (21) de connu réalisant un décalage Stokes unique et produisant un rayonnement à environ 1480 nm. Ce rayonnement destiné à pomper un amplificateur (22) à fibre dopée erbium dans la bande C (1520 - 1550 nm) dite conventionnel ou L (1550- 1600 nm). La figure 3 représente une vue schématique du moyen de pompage, pour une deuxième application concernant amplificateurs par effet Raman. La brique de base (20) conforme à celle decrite en référence à la figure 1, est connectee à une fibre en silice (30) à l'aide d'un coupleur en Y (31). Dans ce cas, on utilise directement la source de lumière à environ 1385 nm comme source de pompage pour amplifier par fet Raman les signaux en bande S (1470 - 1500 La même source de lumière (20), et de 'invention, peut donc, sans modification, être utilisée pour deux applications différentes, nécessitant des longueurs d'onde différentes. REVENDICATIONS 1 - Moyen de pompage soit d'un amplificateur fibre optique dopée erbium nécessitant un pompage à une longueur d'onde Xe, soit d'un amplificateur par effet Raman dans une fibre de ligne d'une liaison par fibre optique nécessitant un pompage à une longueur d'onde X'e, ledit moyen de pompage comprenant une diode laser émettant à une longueur d'onde Xp, ladite diode pompant une source de lumière émettant à une longueur d'onde X'e,caractérisée en ce que %'e est différent de la bande de pompage Xe d'un amplificateur à fibre dopée erbium et en ce que #,'e est choisi pour être, par effet Raman, transformée en X,e par un décalage Stockes unique dans une fibre en silice. 2 - Moyen de pompage d'une fibre optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source de lumière comporte un cristal dopé néodyme émettant X ' e . 3 - Moyen de pompage selon la revendication 1 ou 2 caracterisé en ce que ladite diode laser de pompage est une diode émettant à une longueur d'onde X.p d'environ 808 nanomètres. - Moyen de pompage selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de lumière comprend un cristal Nd:YAP. 5 - Moyen de pompage selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un laser Raman comprenant une fibre en silice produisant un décalage Stokes unique d'environ 440 cm-1, ladite fibre en silice étant disposée entre la source de lumière et la sortie du moyen de pompage destiné à exciter l'amplificateur à fibre optique dopée erbium. 6 - Moyen de pompage selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de lumière comprend un cristal Nd:YAP placé dans une cavité accordée à k', formée par deux miroirs, le miroir d'entrée présentant une transmission maximale à environ 808 nm et une réflexion maximale dans la plage 1300 à 1400 nm et le miroir de sortie présentant une transmission à environ 1340 nm supérieure à la transmission à environ 1385 nm. 7 - Amplificateur fibres optiques pour la régénération d'un signal multiplexé en longueur d'onde se propageant dans une fibre de liaison, comportant une fibre optique dopée erbium et un moyen de pompage émettant à Xe caractérisé en ce que le moyen de pompage est composé par une diode laser émettant à %,p associé à un laser Nd:YAP émettant à k', qui, par effet Raman dans une fibre en silice, réalise un décalage Stokes unique égal à 8 - Amplificateur fibres optiques pour la régénération d'un signal multiplexé en longueur d'onde selon la revendication 8 caractérisé en ce que le moyen de pompage émet à environ 1480 nm et comporte une diode laser émettant à environ 808 nm associé à un laser Nd:YAP émettant à environ 1385 nm qui, par effet Raman dans une fibre en silice, réalise un décalage Stokes unique d'environ 440 cm-1. 9 - Amplificateur a fibres optiques pour la régénération par effet Raman d'un signal multiplexé en longueur d'onde se propageant dans une fibre de ligne d'une liaison comportant une fibre optique en silice et un moyen de pompage émettant à X' caractérisé en ce que le moyen de pompage est composé par une diode laser émettant à %,p associé à un laser Nd:YAP émettant à X' e. 10 - Amplificateur fibres optiques pour la régénération par effet Raman d'un signal multiplexé en longueur d'onde se propageant dans une fibre de ligne d'une liaison comportant une fibre optique en silice et un moyen de pompage émettant à I'e selon la revendication 10 caractérisé en ce que le moyen de pompage est composé par une diode laser émettant à environ 808 nm associé à un laser Nd:YAP émettant à environ 1385 nm.