Brevet FR2803698A1 — publié le 20010713

REGENERATION 3R D'UN SIGNAL OPTIQUE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention se situe dans le domaine des circuits de régénération d'un signal optique de transmission d'informations. Elle est applicable aux transmissions dont le code est ou n'est pas avec retour à zéro. Art antérieur Il est connu d'employer des interféromètres dont les bras comportent des amplificateurs optiques à semi-conducteur pour réaliser des fenêtres de décision. Ces interféromètres qui utilisent une source d'onde continue constituant l'onde porteuse de sortie peuvent être utilisés dans une configuration hors phase ou en phase. Lorsqu'ils sont utilisés hors phase, une bonne non linéarité est obtenue et donc une bonne remise en forme. Cependant, dans ce cas, on réduit la capacité du signal transformé à supporter les déformations des impulsions de signal apportées par la ligne (bonnes qualités de chirp), quand de la fibre standard est employée. Lorsqu'ils sont utilisés en phase la capacité du signal transformé à résister aux déformations des impulsions du signal est améliorée, mais la non linéarité est réduite. Un interféromètre, dont les bras comportent des amplificateurs optiques à semi-conducteur, peut aussi être utilisé en conjonction avec un signal d'horloge reconstitué. Dans ce cas, en particulier quand le convertisseur est utilisé hors phase une bonne régénération 3R est obtenue. Les capacités du signal transformé à résister aux déformations en ligne restent bonnes à la condition que les impulsions d'horloge aient une durée courte par rapport à la durée de chacune des impulsions constituant, ensemble, le signal à transmettre. Brève description de l'invention L'emploi d'interféromètres dont les bras comportent des amplificateurs optiques à semi-conducteur, que ce soit en phase ou hors phase, ne permet pas d'obtenir de bonnes caractéristiques de fenêtre de décision avec un seul interféromètre. les capacités du signal obtenu à résister aux déformations en ligne, ne sont pas assez bonnes pour un usage direct en tant qu'émetteur. Des architectures multi-étages sont donc inévitables avec l'emploi des techniques connues. De plus, ces solutions de reconstitution ne sont pas nécessairement les plus pratiques ou les plus performantes pour l'insertion ultérieure d'un séquencement (timing) par introduction d'un signal d'horloge. La version avec récupération d'horloge, bien que supérieure du point de vue de la fenêtre de décision et de la capacité à résister aux déformations d'impulsions, présente cependant, un autre inconvénient. Comme l'onde continue constituant le signal d'horloge sert directement d'onde de transmission, la capacité de résistance aux déformations d'impulsions (chirp) peut ne pas être satisfaisante. Elle est dépendante du débit de transmission et du dispositif employé pour récupérer l'horloge. La longueur d'onde de transmission est aussi fixée par la source de l'horloge. La présente invention est destinée à remédier à ces inconvénients. Elle vise notamment à réaliser un dispositif capable de régénérer 3R, un signal dont le débit peut atteindre 40 gigabits par seconde et au-delà. Elle vise aussi à concilier une bonne fenêtre de décision, une faible déformation des impulsions en lignes tout en diminuant le nombre de composants nécessaires. A toutes ces fins, l'invention vise un dispositif pour régénérer un signal optique d'entrée modulé en amplitude par impulsion, le dispositif comportant une structure interférométrique ayant un premier et un second bras, chacun des bras ayant un milieu optique, dont l'indice de puissance optique est une fonction d'une puissance optique traversant ledit milieu optique des moyens de couplage d'entrée couplés auxdits premier et second bras, le premier bras recevant au travers de ces moyens de couplage d'entrée le signal optique à régénérer, des moyens de couplage de sortie, couplés auxdits premier et second bras et délivrant un signal d'interférence entre des signaux provenant du premier et du second bras respectivement, la structure interférométrique étant telle, que le signal d'interférence est hors phase par rapport au signal à régénérer, dispositif caractérisé en ce que les moyens de couplage d'entrée couplent en outre: - les premier et second bras à des conduits porteurs d'une onde optique continue; - le second bras à un conduit porteur d'un signal d'horloge du signal à régénérer et en ce que la sortie des moyens de couplage de sortie est couplée à un filtre passe bande pour l'onde continue reçue par les premier et second bras. Brève description des dessins Un exemple de réalisation d'un dispositif, selon l'invention, et des résultats de transmission de signal au travers d'un tel dispositif seront maintenant expliqués et commentés en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, représente schématiquement un dispositif selon l'invention; - les figures 2 et 3, sont des diagrammes destinés à expliquer le fonctionnement de l'invention; - la figure 4, représente un dispositif expérimental destiné à tester l'invention; - la figure 5 comporte les parties a, b, c et d. Les parties a et b représentent respectivement la trace du signal à régénérer et son diagramme d'oeil; les parties c et d, représentent la trace du signal régénérée par le dispositif selon l'invention et son diagramme d'oeil; - la figure 6, représente deux courbes représentant chacune le taux d'erreurs sur bit pour le signal à régénérer et pour le signal régénéré respectivement; - la figure 7, représente des courbes représentant chacune le taux d'erreurs sur bit pour le signal à régénérer, le signal régénéré et pour ce même signal régénéré après transmission sur une fibre mode unique standard de 31 km; - la figure 8 représente le diagramme d'oeil du signal régénéré transmis. Description d'un mode de réalisation de l'invention Un mode de réalisation de l'invention sera maintenant commenté en liaison avec la figure 1. Le circuit de régénération 1 comprend une structure interférométrique 10, par exemple de Mach-Zehnder, comprenant un premier bras 11 et un second bras 12. Des moyens 13 de couplage d'entrée couplent le premier bras 11 à des conduits, par exemple, des fibres optiques 15 et 16. Les moyens de couplage 13 couplent le second bras 12 au conduit 16 d'une part, et à un conduit 17, par exemple, une fibre optique. Des moyens de couplage de sortie 14 couplent chacun des bras 11, 12 à un conduit de sortie 18. Chacun des bras 11, 12 comporte un amplificateur optique à semiconducteur, 19, 20, respectivement. Le conduit de sortie 18 alimente un filtre passe bande 21 dont la sortie constitue la sortie du dispositif 1 selon l'invention. De façon optionnelle, chacun des conduits d'entrée 15-17 et le conduit de sortie 18, peuvent comprendre des amplificateurs optiques par exemple, à semi-conducteur, 21-23 et 24 respectivement. Le fonctionnement est le suivant: Le conduit 15 reçoit le signal à régénérer. Le conduit 16 reçoit une onde optique continue non modulée. Le conduit 17 reçoit un signal d'horloge, de préférence un signal d'horloge reformé à partir du signal à régénérer. Les conduits 15 et 16 alimentent le premier bras 11. Le milieu 19 présente une puissance optique de sortie constante tant que la puissance d'entrée est inférieure à un seuil puis décroissante audessus de ce seuil. La courbe représentative de la puissance optique d'entrée est représentée figure 2. Le niveau de puissance de l'onde continue est réglé au moyen de l'amplificateur 22 pour être à un niveau voisin ou supérieur au niveau d'entrée Ps à partir duquel la puissance de sortie diminue. Dans ces conditions, cette onde continue est après son passage dans le milieu 19 modulée en puissance par le niveau de puissance reçu par le bras 11 en provenance du conduit 15. L'onde en sortie du milieu 19 du bras 11 est donc modulée par le signal présent sur le bras 15. Un exemple d'une telle modulation est représenté schématiquement en partie A de la figure 3. Dans les mêmes conditions, l'onde continue entrée sur le bras 12 est modulée par le signal d'horloge reçu sur ce même bras en provenance du conduit 17. Ainsi, l'onde continue présente en sortie du milieu 20 sensible à la puissance optique reçue présente l'aspect du signal d'horloge représenté en partie B de la figure 3. La polarité statique de l'interféromètre 10 est choisie de telle sorte que la puissance de sortie de l'onde continue est annulée, lorsqu'il n'y a pas de déphasage dynamique entre les bras, comme dans les conversions de longueur d'onde "en phase". Par interférence destructive au niveau du coupleur 14, les ondes continues présentes sur chacun des bras 11, 12, s'annulent lorsqu'elles sont présentes sur chacun des bras et sont conservées chaque fois qu'une seule d'entre elles est présente. Ainsi, un bit de sortie à 1 ne peut être obtenu que lorsque le signal d'entrée présente un 0. Le dispositif 1, selon l'invention, réalise ainsi une opération logique ou exclusif entre le signal d'horloge et le signal à régénérer. Après filtrage, au travers du filtre passe-bande 21, centré sur la longueur d'onde de l'onde continue présente sur le conduit d'entrée 16, le signal présent en sortie du dispositif 1, selon l'invention présente l'aspect représenté en partie C de la figure 3. Il s'agit d'un signal dont la polarité par rapport au signal d'entrée est inversée, c'est-à- dire que les 1 et 0 du signal d'entrée sont transformés en 0 et 1 respectivement du signal de sortie. Le fait que la conversion soit effectuée "en phase" a pour résultat une meilleure capacité du signal de sortie à résister aux déformations d'impulsions dues aux écarts de fréquence en ligne (chirp) dans le cas d'une transmission sur de la fibre standard, ou sur de la fibre o la dispersion nette est dans le même sens que sur la fibre standard. L'utilisation d'une entrée d'horloge sur l'un des bras procure un accroissement de la vitesse de conversion du signal. Le fait d'effectuer une conversion de la fréquence porteuse du signal garantit une sortie ayant un bon rapport signal/bruit, et efface toute caractéristique spectrale potentiellement gênante du signal d'horloge reconstitué. A noter également, que la longueur d'onde de sortie peut être librement choisie. Il convient de noter que la régénération est bien 3R puisque les impulsions de sortie sont bien reformées (reshaping) réamplifiées, et resynchronisées (retiming). La resynchronisation en particulier provient du fait qu'une sortie à la valeur 1 obtient sa forme et sa synchronisation à partir des impulsions à la valeur 1 du signal d'horloge. Il convient de remarquer également que la polarité initiale du signal à régénérer peut être retrouvée par passage du signal de sortie dans un second dispositif selon l'invention. Dans un tel cas, on utilisera de préférence le même signal d'horloge que celui présent sur le conduit 17. Les résultats obtenus au moyen d'un dispositif 1 selon l'invention seront maintenant commentés en liaison avec les figures 4 à 7. La figure 4 représente un montage expérimental destiné à alimenter un dispositif 1 selon l'invention et à faire des mesures sur les signaux traités. Ce montage sera commenté succinctement. A gauche de la figure un conduit 30, par exemple une fibre optique, reçoit un signal pseudo aléatoire représentatif d'une transmission de données. Un dispositif 31 de récupération du signal d'horloge extrait le signal d'horloge du signal et délivre le signal d'horloge récupéré d'une part au conduit 17 du circuit 1 et d'autre part à un circuit 32 destiné à changer la polarité du signal pseudo-aléatoire initial présent sur le conduit 30. On notera au passage que ce circuit 32 est représentatif d'un exemple de circuit de régénération d'un signal utilisé comme mentionné dans le paragraphe relatif à l'art antérieur en conjonction avec un signal d'horloge reconstitué. Ce circuit 32 comporte essentiellement une structure interférométrique 33 dont un bras reçoit le signal en provenance du conduit 30 et le signal d'horloge. Le second bras reçoit le signal d'horloge récupéré. Chacun des bras comporte des amplificateurs optiques à semi-conducteur. Le niveau du signal d'horloge introduit dans chacun des bras est tel que ces amplis fonctionnent dans la partie décroissante de la courbe représentant la puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée. Le signal en sortie du circuit 32 est un signal régénéré ayant une polarité inverse du signal d'entrée et dont la fréquence porteuse est la fréquence porteuse du signal d'horloge récupéré. Le signal de polarité inversée est introduit dans le bras 11 du dispositif 1. Chacun des bras 11, 12 du circuit 1 reçoit une onde laser continue en provenance d'une source 34 alimentant le conduit 16 du dispositif 1. En sortie du dispositif 1, le signal présent est de même polarité que le signal pseudo-aléatoire alimentant le conduit 30. Ce signal passe au travers d'une fibre optique 35, qui dans les expériences effectuées par la demanderesse avait une longueur de 31 km. Les mesures sont effectuées sur le signal en sortie du dispositif 1 et sur le signal après traversée de la fibre 35. La figure 5 parties A et C qui montrent l'intensité en mV du signal à régénérer et régénéré respectivement en fonction du temps en pico secondes montrent une bonne conservation du signal. De même, la figure 5 parties B et D qui montrent le diagramme d'oeil des signaux à régénérer et régénéré respectivement ne montrent pas de rétrécissement sensible de la plage temporelle dans laquelle une décision peut être prise. La figure 6 montre le taux d'erreurs sur bit en fonction de la puissance reçue exprimée en dBm (décibels de mW). Le taux pour le signal à régénérer est représenté par une courbe 41 et par une courbe 42 pour le signal régénéré. Les pertes de sensibilité (pénalités) sont quasiment négligeables pour une conversion à 10 gigabits par seconde. La capacité de transmission du signal régénéré est illustrée par les courbes représentées sur les figures 7 et 8. En plus, des courbes 41 et 42 représentées figure 6, on a représenté une courbe 43, représentant le taux d'erreurs sur bit après une transmission en ligne de 31 km. La pénalité de transmission est de 1,8 décibels, donc du même ordre de grandeur que la pénalité pour la transmission sur cette longueur d'un signal non régénéré. Le diagramme d'oeil représenté figure 8 confirme ces bonnes qualités de transmission, qui s'apparentent à ce qu'on peut obtenir avec un signal régénéré en phase. Des précisions sur les diagrammes d'oeil et la transmission numérique sont connus par exemple du manuel de A. COZANNET et al "Optique et communications" éditions EYROLLES et CNET ENST 1983, notamment le chapitre 15. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) pour régénérer un signal optique d'entrée modulé en amplitude par impulsion, le dispositif comportant une structure (10) interférométrique ayant un premier (11) et un second (12) bras, chacun des bras (11,12) ayant un milieu optique dont l'indice de puissance optique (19,20) est une fonction d'une puissance optique traversant ledit milieu optique (19,20) des moyens (13) de couplage d'entrée couplés auxdits premier (11) et second (12) bras, le premier (11) bras recevant au travers de ces moyens (13) de couplage d'entrée le signal optique à régénérer, des moyens de couplage (14) de sortie, couplés auxdits premier (11) et second (12) bras et délivrant un signal d'interférence entre des signaux provenant du premier (11) et du second (12) bras respectivement, la structure interférométrique (10) étant telle, que le signal d'interférence est hors phase par rapport au signal à régénérer, dispositif caractérisé en ce que les moyens (13) de couplage d'entrée couplent en outre: - les premier et second bras à des conduits porteurs (16) d'une onde optique continue; - le second bras (12) à un conduit (17) porteur d'un signal d'horloge du signal à régénérer et en ce que la sortie des moyens de couplage de sortie est couplée à un filtre (21) passe bande pour l'onde continue reçue par les premier (11) et second (12) bras. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les milieux optiques (19,20), sensibles à la puissance optique les traversant, sont constitués par des amplificateurs optiques à semi- conducteur. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un conduit 15-18), au moins, raccordé aux moyens (13) de couplage d'entrée ou aux moyens (14) de couplage de sortie, comporte un amplificateur optique (21-24).