Brevet FR2803399A1 — publié le 20010706

DISPOSITIF DE GENERATION DE PORTEUSES POUR SYSTEME DE TRANSMISSION OPTIQUE A MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D'ONDE A SIGNAUX RZ La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibres optiques, et notamment les systèmes de transmission optiques à multiplexage en longueur d'onde. Elle concerne plus particulièrement les sources de signaux pour des systèmes de transmission à signaux RZ (retour à zéro). La transmission de signaux en multiplexage de longueur d'onde implique de générer des signaux optiques à différentes longueurs d'ondes, pour transporter différentes informations. On appelle génération des porteuses optiques l'émission de lumière, suivie de la mise en forme des impulsions. Cette génération est suivie d'un codage des impulsions avant leur transmission. La solution la plus simple et la plus répandue pour générer des porteuses optiques pour un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde consiste à utiliser une source lumineuse par canal, à mettre en forme les impulsions à la fréquence bit, pour chacun des canaux, et enfin à coder séparément les signaux des différents canaux du peigne de longueurs d'onde. Cette solution implique de disposer d'un élément de chaque type source, dispositif de mise en forme d'impulsion et dispositif de codage pour chacun des canaux. Le coût de la solution augmente donc avec le nombre de canaux dans le multiplex; le coût est d'autant plus élevé que la fréquence bit est importante - 40 Gbit/s par exemple - et que les composants spécifiques sont rares, comme dans le cas des impulsions RZ. Y Takushima, 1 0-GHz, over 20-channel multiwavelength pulse source by slicing super-continuum generated in normal-dispersion fiber, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 1 1 no. 3, mars 1999, propose de générer un super- continuum dans une fibre à dispersion normale par un laser à semiconducteur verrouillé en mode, et de découper ce super-continuum en canaux grâce à un réseau guide d'onde (en anglais AWG ou arrayed waveguide grating). Dans ce dispositif, l'impulsion générée par le laser est élargie spectralement par effet non-linéaire dans la fibre pour former un signal large bande sensiblement continu sur toute la largeur de bande et appelé super continuum. Ce dispositif fournit un signal aux propriétés spectro-temporelles qui le rendent difficilement utilisables pour la propagation ultérieure. B. Mikkelsen et autres, All-optical wavelength converter scheme for high speed RZ signal formats, Electronics Letters, vol. 33 no. 25, Décembre 1997, propose un dispositif de conversion de longueur d'onde pour des signaux RZ, qui constitué de deux amplificateurs optiques à semiconducteur (SOA), disposés dans un interféromètre de Mach-Zender qui est intégré monolithiquement. La conversion s'effectue par modulation de phase croisée différentielle entre les deux amplificateurs. Ce dispositif est utilisé dans ce document comme convertisseur de longueur d'onde. Ce dispositif présente des pertes de l'ordre de 20 dB et serait donc difficilement utilisable pour générer une porteuse présentant les qualités spectro-temporelles nécessaires pour une transmission à multiplexage en longueur d'onde à haut débit, du type 40 Gbit/s par canal ou plus. Par ailleurs, FR-A-2 742 887 (folio 21069) décrit un miroir non-linéaire en boucle (en anglais NOLM ou nonlinear optical loop mirror) à deux entrées de contrôle, qui est utilisé comme régénérateur pour des signaux solitons. Ce document décrit en outre le principe de fonctionnement du miroir non-linéaire en boucle. S. Bigo et al., IEE Electronics Letters, vol. 31 n 2, p. 2191-2193, ou S. Bigo et al., Optics Letters, vol. 21 n 18, p. 1463-1465 décrivent une utilisation d'un miroir optique non-linéaire comme modulateur de phase. Il existe donc un besoin d'une solution simple et efficace pour générer des porteuses optiques pour des systèmes de transmission à multiplexage en longueur d'onde. L'invention apporte une solution à ce besoin; elle permet de générer simplement des porteuses à partir d'une seule horloge RZ. Plus précisément, l'invention propose un dispositif de génération de signaux RZ, comprenant au moins une source optique fournissant au moins un signal d'entrée, une horloge optique fournissant un signal d'horloge, et une porte optique recevant sur une entrée le signal optique et sur une entrée de contrôle le signal d'horloge et fournissant en sortie au moins un signal RZ. De préférence, la porte optique présente des pertes inférieures à 15 dB. La source optique peut fournir un signal d'entrée sous forme d'une onde continue, ou un signal d'entrée codé NRZ. Avantageusement, la source optique comprend une pluralité de sources lumineuses et un multiplexeur pour multiplexer les signaux provenant de la pluralité de sources lumineuses. Dans un mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non- linéaire en boucle avec au moins un amplificateur optique. On peut utiliser un amplificateur optique à semi-conducteur, ou deux amplificateurs optiques. Dans un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de nonlinéarité, telle une fibre non-linéaire. 1 0 Il est avantageux que le miroir non-linéaire comprenne une entrée de contrôle par laquelle le signal d'horloge est injecté dans la boucle du miroir non- linéaire. On peut aussi prévoir deux entrées de contrôle par lesquelles le signal d'horloge est injecté dans la boucle du miroir non-linéaire dans deux directions de propagation Dans encore un mode de réalisation, la porte optique comprend un interféromètre de Mach Zender dans lequel est disposé au moins un amplificateur optique. On peut dans tous les cas prévoir en sortie de la porte optique un filtre adapté à filtrer le signal d'horloge, ou un démultiplexeur. L'invention propose aussi un procédé de génération de signaux RZ, comprenant les étapes de - application d'au moins un signal d'entrée fourni par au moins une source optique à l'entrée d'une porte optique; application à l'entrée de contrôle de la porte optique d'un signal d'horloge fourni par une horloge optique. De préférence, la porte optique présente des pertes inférieures à 1 5 dB Le signal d'entrée fourni par la source optique peut être une onde continue ou un signal codé NRZ. Le signal d'entrée peut aussi être multiplexé en longueurs d'onde. Dans un mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non- linéaire en boucle avec au moins un amplificateur optique, typiquement un amplificateur optique à semi-conducteur. On peut aussi prévoir deux amplificateurs optiques. Dans un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de non-linéarité, telle une fibre non-linéaire. Il est possible que le miroir non-linéaire comprenne deux entrées de contrôle, et que l'étape d'application du signal d'horloge comprenne l'application du signal d'horloge aux deux entrées de contrôle. Dans encore un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un interféromètre de Mach Zender dans lequel est disposé au moins un amplificateur optique. Avantageusement, le procédé comprend une étape de filtrage du signal d'horloge en sortie de la porte optique, ou une étape de démultiplexage des signaux fournis par la porte optique. 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, une représentation schématique d'un dispositif de génération de signaux RZ non-codés; - figure 2, une représentation schématique d'un dispositif de génération de signaux RZ codés; - figure 3, une représentation schématique d'un mode de réalisation de l'invention, pour générer une porteuse sur une seule longueur d'onde; - figure 4, une représentation schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle; - figure 5, une représentation schématique d'encore un mode de réalisation de l'invention,, dans lequel la porte optique comprend un miroir non- linéaire en boucle à deux têtes; - figure 6, une représentation schématique d'encore un mode de réalisation de l'invention,, dans lequel la porte optique comprend un interféromètre. L'invention propose, pour générer une ou plusieurs porteuses, de commuter des ondes continues à l'aide d'une horloge optique RZ. L'utilisation d'une horloge optique unique rend possible l'utilisation d'une horloge de bonne qualité, et permet d'obtenir des signaux de sortie qui sont aussi de bonne qualité. La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de génération de signaux RZ non-codés; le dispositif de la figure 1 comprend une série de sources d'ondes continues à différentes longueurs d'onde Xl1, ;2,... kn, et un multiplexeur 2 pour multiplexer les ondes continues provenant des différentes sources. On peut utiliser comme sources toutes les sources connues en soi, et notamment des lasers à semi-conducteurs, ou des diodes; on peut utiliser comme multiplexeur l'un des composants disponibles à cet effet dans le commerce. On obtient en sortie du multiplexeur des ondes continues aux différentes longueurs d'onde du multiplex. Les ondes continues multiplexées sont appliquées à une entrée d'une porte optique 4. Celle-ci est commandée par une entrée de commande à laquelle est appliquée une horloge optique, comme symbolisé sur la figure 1 par la flèche 6. On obtient en sortie de la porte optique des porteuses noncodées, autrement dit pour chacune des longueurs d'onde, une série d'impulsions de même allure que l'horloge optique. De préférence, la porte optique présente des pertes inférieures à 15 dB, ce qui assure en sortie un rapport signal à bruit suffisant pour permettre une transmission à multiplexage en longueur d'onde des canaux générés. Comme l'invention propose en fait de répliquer la même horloge optique sur différentes longueurs d'ondes, elle permet de n'utiliser qu'une seule horloge de bonne qualité. On assure que les porteuses générées sont d'une qualité équivalente, et présentent les caractéristiques spectrotemporelles permettant une bonne propagation ultérieure. Dans l'exemple de la figure 1, les signaux fournis ne sont pas codés. La figure 2 montre au contraire une représentation schématique d'un dispositif de génération de signaux RZ codés. Le dispositif comprend comme le dispositif de la figure 1 comprend une série de sources à différentes longueurs d'onde SL, 22,...; ces sources sont à l'inverse de la figure 1 des sources codées NRZ, et non pas des sources produisant des ondes continues. On peut par exemple utiliser des sources telles que des diodes, avec un courant d'émission modulé, ou toute autre source NRZ connue en soi. Comme dans le dispositif de la figure 1, les signaux provenant des sources aux différentes longueurs d'onde sont multiplexés par un multiplexeur 2. On obtient en sortie du multiplexeur des signaux NRZ multiplexés. Ces signaux sont appliqués à une entrée d'une porte optique 4. Celle-ci est commandée par une entrée de commande à laquelle est appliquée une horloge optique, comme symbolisé sur la figure 2 par la flèche 6. On obtient en sortie de la porte optique des porteuses codées, autrement dit pour chacune des longueurs d'onde, une série d'impulsions de même allure que l'horloge optique, et qui correspondent au niveau haut des signaux NRZ. Le mode de réalisation de la figure 2 évite un codage ultérieur des signaux. Il présente les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 1, et notamment une bonne qualité des signaux RZ. La figure 3 montre une représentation schématique d'un mode de réalisation de l'invention, pour générer une porteuse sur une seule longueur d'onde; on utilise dans l'exemple de la figure un miroir non linéaire en boucle (NOLM) 10. Celui-ci est constituée d'une boucle de fibre 12 reliée à deux entrées d'un coupleur 14 à quatre entrées. Le coupleur est par exemple un coupleur 50/50, ou plus généralement un coupleur q/1 -n. Les deux autres entrées du coupleur sont respectivement l'entrée et la sortie du miroir non linéaire. Le miroir présente une tête ou coupleur 16 pour injecter dans la boucle de fibre un signal de commande, qui dans le dispositif de la figure 3 est le signal d'horloge de référence. Est enfin prévu sur la boucle de fibre un amplificateur optique à semi- conducteur 18. Ce SOA est décalé sur la fibre, d'est à dire qu'il ne se trouve pas à équidistance des deux extrémités de la fibre. Au contraire, on note At le décalage entre la position du SOA et le point de symétrie du miroir. Le SOA peut être du type commercialisé par Alcatel Optronics. En sortie du miroir est prévu un filtre 19 de réjection du signal d'horloge, par exemple un filtre Fabry Perot centré sur la longueur d'onde du signal.. Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est le suivant. Un signal continu est iniecté dans le miroir non-linéaire en boucle, par l'entrée du coupleur; il est séparé par le coupleur en deux signaux qui se propagent dans la boucle dans des directions opposées. Les signaux se propageant dans les deux directions opposées traversent la fibre, sont recombinés dans le coupleur, et sortent du miroir non- linéaire. Par ailleurs, le coupleur 16 injecte dans la boucle de fibre un signal d'horloge de référence; ce signal de référence excite l'amplificateur optique à semi- conducteur. Les signaux qui se propageant suivant des directions inverses dans la boucle de fibre sont modulés par l'amplificateur à semiconducteur; la modulation de phase croisée sur les deux signaux conduit à une réplication d'horloge optique sur le signal continu initialement injecté. La position de l'amplificateur optique dans la boucle permet de contrôler le déphasage entre les deux signaux qui se propagent dans des directions opposées, et donc l'efficacité de la modulation de phase croisée. On obtient ainsi en sortie du miroir non-linéaire un signal à la longueur d'onde du signal continu d'entrée, sur lequel est répliqué l'horloge de sortie. Le filtre permet d'éliminer du signal de sortie l'horloge utilisée pour commander la porte optique. On pourrait injecter dans la dispositif de la figure 3 un signal codé NRZ à la place d'une onde continue. Dans ce cas, comme expliqué en référence à la figure 2, on obtiendrait en sortie du dispositif une porteuse codée. La figure 4 montre une représentation schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, pour générer une pluralité de porteuses. Le dispositif de la figure 4 présente une configuration analogue à celle de la figure 1 ou 2, à cela près que la porte optique est comme dans le cas de la figure 3 un miroir non-linéaire en boucle. Le dispositif comprend donc une pluralité de sources aux différentes longueurs d'ondes de porteuses à émettre; ces sources peuvent être des sources d'ondes continues, comme représenté à la figure, mais elles pourraient aussi être des sources codées NRZ; les différentes sources sont injectées dans un multiplexeur 20, dont la sortie est reliée à une entrée d'un miroir nonlinéaire en boucle 22. Ce miroir, comme celui de la figure 3, comprend un coupleur 24, une fibre 25 reliée à deux entrées du coupleur, un coupleur 26 pour l'iniection d'un signal de contrôle, et un amplificateur optique à semi-conducteur 28. En sortie du miroir est prévu dans le mode de réalisation représenté à la figure un démultiplexeur 30 pour démultiplexer les différentes porteuses obtenues, et permettre le codage des signaux. Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est analogue à celui du dispositif de la figure 3: I'horloge iniectée dans le miroir non-linéaire est répliquée sur les différentes ondes continues, et l'on obtient en sortie du miroir une pluralité de porteuses aux différentes longueurs d'onde. Le multiplexeur permet de séparer les différentes longueurs d'onde pour le codage ultérieur. En outre, il assure dans ce mode de réalisation la réfection de l'horloge. La figure 5 montre une représentation schématique d'encore un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la porte optique est formée d'un miroir non- linéaire à deux têtes, comme celui décrit dans la demande de brevet FR-A2 742 887. Le dispositif de la figure 5 est analogue à celui de la figure 4, toutefois, le miroir non-linéaire présente deux têtes ou entrées de contrôle; en outre le miroir non- linéaire présente deux amplificateurs optiques 28 et 38. Le dispositif présente donc un coupleur 32, pour dupliquer le signal de contrôle à injecter. La première sortie du coupleur 32 est reliée au premier coupleur d'injection du signal de contrôle, qui est numéroté 26 comme dans la figure 4. La deuxième sortie du coupleur 32 est reliée à un deuxième coupleur 34 d'injection du signal de contrôle, qui injecte le signal qu'il reçoit dans la fibre du miroir non-linéaire, dans une direction inverse de celle du premier coupleur d'injection. Est prévu entre le coupleur 32 et le deuxième coupleur 34 un dispositif de contrôle de la phase, par exemple un déphaseur 36. Ce déphaseur permet de contrôler la phase relative des signaux de contrôle injectés dans les deux têtes du miroir non-linéaire. Lorsque les deux coupleurs d'injection présentent comme représenté à la figure 5 des positions symétriques dans le miroir non-linéaire, le dispositif de contrôle de la phase assure que les phases des signaux injectés sont identiques. Plus généralement, si les positions des deux coupleurs ne sont pas symétriques, le dispositif de contrôle de phase assure que la somme des phases est nulle au voisinage du coupleur d'entrée du miroir non-linéaire. On note comme sur les figures précédentes At le décalage entre la position du premier amplificateur et le point de symétrie du miroir, et At' le décalage entre la position du second amplificateur et le point de symétrie du miroir. Les amplificateurs sont disposés de part et d'autre du point de symétrie du miroir. La symétrie du dispositif du point de vue des ondes co-propagatives et contra-propagatives permet de moyenner les imperfections de l'amplificateur optique (dans le cas des figures 3 et 4) ou des deux amplificateurs optiques (dans le cas de la figure 5). On peut de la sorte mieux contrôler les impulsions que dans le cas o la porte optique est formée d'un interféromètre Mach-Zender. Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est identique à celui de la figure 4. Le miroir non-linéaire fonctionne comme décrit dans la demande de brevet précitée: les deux séries de signaux aux différentes longueurs d'onde injectées dans le miroir non-linéaires sont modulées par les deux amplificateurs, et l'on obtient en sortie du miroir non-linéaire des porteuses sur lesquelles est reproduit le signal d'horloge. La modulation par le deuxième amplificateur s'exerce principalement sur les signaux se propageant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce qui permet d'améliorer l'efficacité du miroir, en agissant sur les signaux se propageant dans les deux directions. La figure 6 montre encore un mode de réalisation de l'invention, dans lequel la porte optique est constituée d'un interféromètre Mach Zender 40 avec un amplificateur optique 42. Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est identique à celui de la figure 3. 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 modes de réalisation des figures 4 et 5 présentent un démultiplexeur pour séparer les différentes porteuses et permettre leur codage: on pourrait bien entendu procéder à d'autres traitements sur l'ensemble des signaux avant leur codage, ou transmettre les porteuses avant de les coder. La position des coupleurs permettant l'injection des signaux de contrôle dans les miroirs non-linéaires peut être différente de celle représentée sur les figures. On peut dans le cas de la figure 5 ajuster la longueur de fibre entre le coupleur 32 et les coupleurs d'injection pour fixer les phases relatives des signaux injectés dans les deux têtes du miroir non-linéaire. Les modes de réalisation des figures 3 à 5 utilisent dans le miroir non- linéaire un amplificateur optique à semi-conducteur comme moyens pour générer des non-linéarités. On pourrait aussi utiliser un autre dispositif pour générer ces non- linéarités, et par exemple de la fibre fortement ou faiblement nonlinéaire. Une fibre SMF ou une fibre chalcogénide sont adaptés. La nonlinéarité accumulée dépend de la longueur de fibre. Cette solution est moins avantageuse en ce qu'elle peut générer des instabilités d'origine mécanique, notamment si la longueur de fibre est importante. REVENDICATIONS 1. Un dispositif de génération de signaux RZ, comprenant au moins une source optique fournissant au moins un signal d'entrée, une horloge optique fournissant un signal d'horloge, et une porte optique (4) recevant sur une entrée le signal optique et sur une entrée de contrôle (6) le signal d'horloge et fournissant en sortie au moins un signal RZ. 2. Le dispositif de la revendication 1, caractérisé en ce que la porte optique (4) présente des pertes inférieures à 15 dB. 3. Le dispositif de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la source optique fournit un signal d'entrée sous forme d'une onde continue. 4. Le dispositif de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la source optique fournit un signal d'entrée codé NRZ. 5. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source optique comprend une pluralité de sources lumineuses et un multiplexeur (2) pour multiplexer les signaux provenant de la pluralité de sources lumineuses. 6. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle (10,22) avec au moins un amplificateur optique (18, 28, 38). 7. Le dispositif de la revendication 6, caractérisé en ce que l'amplificateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteur. 8. Le dispositif de la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le miroir non- linéaire (22) présente deux amplificateurs optiques (28, 38). 9. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de non-linéarité, telle une fibre non-linéaire. 1 O. Le dispositif de l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le miroir non-linéaire (10, 22) comprend une entrée de contrôle (16, 26) par laquelle le signal d'horloge est injecté dans la boucle du miroir non-linéaire. 11. Le dispositif de l'une des revendications 6 à 1 0, caractérisé en ce que le miroir non-linéaire comprend deux entrées de contrôle (26, 34) par lesquelles le signal d'horloge est injecté dans la boucle du miroir non- linéaire dans deux directions de propagation 12. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la porte optique comprend un interféromètre de Mach Zender (40) dans lequel est disposé au moins un amplificateur optique (42). 13. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il présente en sortie de la porte optique un filtre (19) adapté à filtrer le signal d'horloge. 14. Le dispositif de l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'il présente en sortie de la porte optique un démultiplexeur (30). 15. Un procédé de génération de signaux RZ, comprenant les étapes de application d'au moins un signal d'entrée fourni par au moins une source optique à l'entrée d'une porte optique (4); - application à l'entrée de contrôle (6) de la porte optique d'un signal d'horloge fourni par une horloge optique. 16. Le procédé de la revendication 16, caractérisé en ce que la porte optique présente des pertes inférieures à 15 dB 1 7. Le procédé de la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le signal d'entrée est une onde continue. 18. Le procédé de la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le signal d'entrée est codé NRZ. 19. Le procédé de l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que le signal d'entrée est multiplexé en longueurs d'onde. 20. Le procédé de l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle (10, 22) avec au moins un amplificateur optique (18, 28, 38). 21. Le procédé de la revendication 20, caractérisé en ce que l'amplificateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteur. 22. Le procédé de la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que le miroir non-linéaire présente deux amplificateurs optiques (28, 38). 23. Le procédé de l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que la porte optique comprend un miroir non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de non-linéarité, telle une fibre non-linéaire. 24. Le procédé de l'une des revendications 20 à 23, caractérisé en ce que le miroir non-linéaire comprend deux entrées de contrôle (26, 34), et en ce que l'étape d'application du signal d'horloge comprend l'application du signal d'horloge aux deux entrées de contrôle. 25. Le procédé de l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que la porte optique comprend un interféromètre de Mach Zender (40) dans lequel est disposé au moins un amplificateur optique (42). 26. Le procédé de l'une des revendications 15 à 25, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de filtrage du signal d'horloge en sortie de la porte optique. 27. Le procédé de l'une des revendications 19 à 26, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de démultiplexage des signaux fournis par la porte optique.