Brevet FR2811080A1 — publié le 20020104

DISPOSITIF DE MESURE DE DISTORSION DE FIBRE OPTIQUE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique et, plus particulièrement, concerne un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique qui, pour une fibre optique, peut effectuer la détermination de la situation quant à la génération d'une distorsion et la spécification de l'emplacement de cette distorsion en temps réel. DESCRIPTION DE L'ART CONNEXE La figure 5 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon l'art antérieur. En faisant référence à cette figure, une source de lumière 110 émet une lumière cohérente d'une fréquence de référence f0 vers un coupleur optique directionnel 111. Cette lumière cohérente passe à travers le coupleur optique directionnel 111 et, en tant que lumière cohérente, est émise vers une section de conversion de fréquence 130. Après la conversion de cette lumière cohérente en lumière pulsée par un commutateur optique 130a, la section de conversion de fréquence 130 effectue à plusieurs reprises un décalage de fréquence par une boucle de décalage de fréquence qui comprend un coupleur optique directionnel 130b, un amplificateur SR 19832 JP/PV optique 130c, une fibre optique à retard 130d, un filtre passe-bande optique 130e et un dispositif optique de décalage de fréquence 130f, et, en conséquence, applique à un commutateur optique 112 un signal lumineux dont la fréquence a été décalée exactement d'une fréquence prédéterminée Af. La fréquence du signal lumineux est f0 + Af. Une fois que le signal optique a été converti en lumière pulsée par le commutateur optique 112, celle-ci est émise, par l'intermédiaire d'un amplificateur optique 113, vers la fibre optique 115 à mesurer par l'intermédiaire d'un coupleur optique directionnel 114. Lorsque cette lumière pulsée la rencontre, une image réfléchie ou une image diffusée est générée dans la fibre optique 115 à mesurer conformément à l'état de la fibre, et la partie de cette lumière qui est réfléchie est émise, par l'intermédiaire du coupleur optique directionnel 114 vers un circuit d'équilibrage optique 117. Le circuit d'équilibrage optique 117 convertit cette lumière de retour en un signal électrique conformément à l'équilibre de cette lumière reçue avec la lumière cohérente de fréquence f0 qui est émise par le coupleur optique directionnel 111 par l'intermédiaire d'un contrôleur de polarisation 116. Ce signal électrique est appliqué à un convertisseur analogique-numérique 123 par l'intermédiaire d'un filtre à bande passante étroite 121 et d'une section d'amplification 122, et, après y avoir été converti d'analogique en numérique, est ensuite appliqué à une section de traitement de signal 124. Cette section de SR 19832 JP/PV 3 2811080 traitement de signal 124, hormis qu'elle déduit les diverses caractéristiques de la fibre optique 115 à mesurer sur la base de ce signal électrique qui a été appliqué, obtient également la distribution sur l'axe des distances de la fibre optique à mesurer en traitant ce signal électrique par rapport à l'axe des temps. Et une section d'affichage de forme d'onde 125 affiche les résultats du traitement effectué par la section de traitement de signal 124. Cependant, avec le dispositif de mesure de distorsion de fibre optique décrit ci-dessus selon l'art antérieur, il y a une limite à l'intervalle de sortie de la lumière pulsée qui est la lumière de mesure, étant donné qu'il est nécessaire d'envoyer la composante de fréquence de la lumière pulsée qui doit être la lumière de mesure un nombre prédéterminé de fois autour de la boucle qui comprend le dispositif de décalage de fréquence, etc., de manière à la convertir en fréquence en utilisant la section de conversion de fréquence optique 130, afin d'obtenir la fréquence souhaitée. De ce fait, il n'est pas possible de sortir les impulsions optiques à une période qui convient au mieux pour la longueur de la fibre optique à mesurer et, en particulier, il faut plus de temps que nécessaire lors de la mesure d'une fibre courte. De plus, afin d'obtenir le spectre de Brillouin, il est nécessaire d'effectuer à plusieurs reprises une mesure de balayage pour chacune des fréquences qui ont été établies à un intervalle dans une zone de fréquence prédéterminée, et il existe un problème en ce que le temps de mesure devient excessivement long. De ce fait, SR 19832 JP/PV 4 2811080 un temps de deux minutes ou davantage, par exemple, est nécessaire pour une seule mesure de distorsion, et il y a un défaut en ce qu'il n'est pas possible de mesurer la distorsion qui est générée et disparaît (ou change) instantanément. La présente invention a été conçue en tenant compte de ces considérations et son objectif est de proposer un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique qui est capable de mesurer la forme d'onde du spectre de Brillouin entier d'une fibre optique en temps réel. RESUME DE L'INVENTION Afin de résoudre les problèmes identifiés ci- dessus et d'atteindre l'objectif identifié ci-dessus, un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique de la présente invention comprend: une source de lumière; un premier coupleur optique directionnel qui sépare la lumière provenant de la source de lumière en deux directions; un commutateur optique que rencontre l'une des sorties du premier coupleur optique directionnel et qui, soit module la lumière en lumière pulsée, soit la sort sans modulation; un deuxième coupleur optique directionnel qui conduit la sortie du commutateur optique vers une fibre optique à mesurer; un contrôleur de polarisation auquel est appliquée l'autre des sorties du premier coupleur optique directionnel; un circuit d'équilibrage optique auquel sont fournies la sortie du contrôleur de polarisation et la lumière qui est renvoyée par la fibre optique à mesurer par l'intermédiaire du deuxième coupleur SR 19832 JP/PV optique directionnel, et qui les combine et sort des signaux électriques; un oscillateur commandé en tension qui génère un signal alternatif dont la fréquence est basée sur la sortie d'un circuit de génération de signal continu ou sur la sortie d'un circuit de génération de signal à onde en dents de scie et un mélangeur qui mélange la sortie du circuit d'équilibrage optique et la sortie de l'oscillateur commandé en tension. Conformément à la présente invention, non seulement il est possible de mesurer la forme d'onde du spectre de Brillouin pour la fibre optique entière en temps réel et de déterminer si, oui ou non, une distorsion a lieu en sélectionnant le signal de commande pour l'oscillateur commandé en tension, mais également un avantage est obtenu en ce qu'il est possible de détecter l'emplacement de l'apparition de la distorsion en temps réel en mesurant la forme d'onde de rétrodiffusion de Brillouin et de la traiter avec référence à l'axe des temps. Ce dispositif peut, de plus, comprendre un amplificateur qui amplifie la sortie du commutateur optique et qui introduit la lumière amplifiée dans le deuxième coupleur optique directionnel; un circuit de filtrage qui coupe la composante de haute fréquence dans la sortie du mélangeur; un amplificateur qui amplifie la sortie du circuit de filtrage; un convertisseur analogique-numérique qui convertit la sortie de l'amplificateur en un signal numérique; et une section de traitement de signal qui traite la sortie du convertisseur analogique-numérique. SR 19832 JP/PV Le commutateur optique peut sortir la lumière qui lui parvient du premier coupleur optique directionnel telle qu'elle est sans modulation. Dans ce cas, l'oscillateur commandé en tension génère un signal alternatif d'une fréquence qui est basée sur la sortie du circuit de génération de signal à onde en dents de scie, et la section de traitement de signal effectue un traitement de signal prédéterminé en synchronisation avec le signal de sortie du circuit de génération de signal à onde en dents de scie, et détecte le spectre de Brillouin sur toute la longueur de la fibre optique à mesurer en temps réel. Le commutateur optique peut moduler l'intensité de la lumière qui lui parvient du premier coupleur optique directionnel en lumière pulsée. Dans ce cas, l'oscillateur commandé en tension génère un signal alternatif d'une fréquence qui est basée sur la sortie du circuit de génération de signal continu; et la section de traitement de signal détecte la forme d'onde de rétrodiffusion de Brillouin et détermine l'emplacement de la distorsion en temps réel en traitant les différences de niveau de la forme d'onde de rétrodiffusion de Brillouin par rapport à l'axe des temps. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: SR 19832 JP/PV La figure 1 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. Les figures 2A à 2C sont des graphiques montrant les résultats de la mesure effectuée par ce dispositif de mesure de distorsion de fibre optique, et montrent la forme d'onde du spectre de Brillouin (pour la fibre optique entière) dans le cas o aucune distorsion n'est présente. Les figures 3A à 3C sont des graphiques montrant les résultats de la mesure effectuée par ce dispositif de mesure de distorsion de fibre optique, et montrent la forme d'onde du spectre de Brillouin (pour la fibre optique entière) dans le cas o une distorsion est présente. La figure 4 est un graphique montrant les résultats de la mesure effectuée par ce dispositif de mesure de distorsion de fibre optique, et montre une forme d'onde de lumière de diffusion de Brillouin qui a été mesurée, la fréquence d'un signal qui est sorti d'un oscillateur commandé en tension 18 étant v'B(0). La figure 5 est un schéma fonctionnel montrant la structure d'un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon un art antérieur. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Ci-après, un mode de réalisation préféré de la présente invention va être expliqué avec référence aux dessins. La figure 1 est un schéma fonctionnel montrant SR 19832 JP/PV la structure d'un dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon ce mode de réalisation préféré. Dans ce mode de réalisation, une source de lumière consiste, par exemple, en une diode laser à rétroaction répartie (DFB-LD) qui émet une lumière cohérente de largeur de bande étroite dans la bande de 1,55 pm. Un coupleur optique directionnel 11 est un coupleur optique directionnel 1 X 2 avec une seule voie d'incidence 1 et deux voies d'émission 2, et il divise la lumière cohérence incidente sur la voie d'incidence et l'émet à partir des deux voies d'émission. Un commutateur optique 12 consiste, par exemple, en un commutateur électrique/optique qui a deux modes A et B et, lorsque ce commutateur est fermé, s'il est dans le mode A, la lumière continue (lumière cohérente) incidente est convertie en lumière pulsée d'une durée d'impulsion allant de plusieurs nanosecondes à plusieurs microsecondes, tandis que s'il est dans le mode B, cette lumière continue incidente est sortie telle qu'elle est sans modification. La durée d'impulsion est déterminée en fonction de la résolution spatiale requise. De plus, la période de génération de cette lumière pulsée dépend de la longueur de la fibre optique à mesurer et, si la longueur de la fibre optique se situe, par exemple, dans la plage de longueurs de 10 km, cette période de génération peut être de 200 us, tandis que si elle se situe dans la plage de longueurs de 1 km, cette période de génération peut être de 20 ps. L'amplificateur optique 13 peut consister, par exemple, en un amplificateur à fibre optique qui SR 19832 JP/PV emploie une fibre dopée à l'erbium, et il amplifie le signal lumineux incident à un niveau prédéterminé et l'émet. Le coupleur optique directionnel 14 comprend une voie d'incidence, une voie d'émission/incidence et une voie d'émission et, avec l'émission du signal lumineux incident provenant de l'amplificateur de lumière 13 vers la fibre optique 15 à mesurer, il émet également vers sa voie d'émission la lumière qui est renvoyée par la fibre optique 15 à mesurer. La lumière renvoyée, par rapport au signal optique qui a été émis vers la fibre optique 15 à mesurer, contient la lumière de diffusion de Brillouin dont la fréquence est décalée de plusieurs GHz, ou est une lumière de diffusion de Rayleigh pour laquelle le décalage de fréquence ne s'est pas produit entièrement. Le contrôleur de polarisation 16 consiste, par exemple, en un dispositif de rotation de polarisation qui est constitué d'une plaque de polarisation 1 X et d'une plaque de polarisation l X, et il commande l'état de polarisation de la lumière cohérente qui le rencontre, par exemple en la faisant tourner de manière aléatoire. Un circuit d'équilibrage optique 17 consiste en un circuit d'équilibrage optique qui comprend une photodiode à grande vitesse/à large bande ou similaire, et il effectue l'équilibrage optique de la lumière d'entrée en combinant les formes d'onde de la lumière cohérente provenant du contrôleur de polarisation 16, dont l'état de polarisation a été commandé de manière aléatoire, et de la lumière renvoyée, telle que la lumière de diffusion de Brillouin ou la lumière de SR 19832 JP/PV diffusion de Rayleigh ou similaire. La bande du signal optique qui est reçu est limitée par la bande de la photodiode et de l'amplificateur supérieur qui sont inclus dans ce circuit d'équilibrage optique 17, et peut aller, par exemple, du continu à 15 GHz. Un oscillateur commandé en tension 18 est commandé par le signal de sortie d'un circuit de génération de tension continue 19 ou d'un circuit de génération de tension à forme d'onde en dents de scie 20. S'il est sous le contrôle de l'oscillateur commandé en tension 18, il sort un signal de fréquence fixe. Au contraire, s'il est sous le contrôle du circuit de génération de tension à forme d'onde en dents de scie 20, il sort un signal dont la fréquence est modifiée par pas. Le mode du commutateur optique 12 précédemment décrit est changé conformément à la sortie de cet oscillateur commandé en tension 18. Le commutateur optique 12 est mis dans son mode A dans lequel il sort une lumière pulsée lorsque l'oscillateur commandé en tension 18 sort un signal d'une fréquence fixe, tandis qu'il est mis dans son mode B dans lequel il sort une lumière continue lorsque l'oscillateur commandé en tension 18 sort un signal dont la fréquence est modifiée par pas. Le mélangeur 26 combine les formes d'onde du signal électrique qui est sorti par le circuit d'équilibrage optique 17 et le signal qui est sorti par l'oscillateur commandé en tension 18, et sort un signal électrique dont la fréquence est réduite juste de la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension 18. On demande seulement au circuit électrique après ce mélangeur 26 (c'est-à-dire, un filtre passe- SR 19832 JP/PV il bas 21, une section d'amplification 22 et un convertisseur analogiquenumérique 23) de pouvoir traiter un signal limité, par exemple, à la bande du continu à 1 GHz. Le filtre passe-bas 21 élimine la composante haute fréquence, telle que le bruit, etc., comprise dans le signal qui est sorti du mélangeur 26. L'amplificateur 22 amplifie le signal qui est sorti par le filtre passebas 21 à un niveau adéquat. Le convertisseur analogique-numérique 23 convertit le signal qui est sorti par l'amplificateur 22 d'un signal analogique en un signal numérique. La section de traitement de signal 24 effectue un traitement d'établissement de moyenne et similaire sur le signal numérique qu'il entre, et obtient les caractéristiques de distorsion et de perte pour la fibre optique à mesurer. On voit aussi sur la figure 1 une section d'affichage de forme d'onde 25. Si la sortie du circuit de génération de tension à forme d'onde en dents de scie 20 est utilisée en tant que signal de commande pour l'oscillateur commandé en tension 18 décrit ci-dessus, alors la fréquence du signal qui est sorti de cet oscillateur commandé en tension 18, par exemple, est modifiée par pas de 10 MHz dans la plage allant de 10,700 GHz à 11,000 GHz. En synchronisant le minutage (" timing ") du traitement de signal (échantillonnage) effectué par la section de traitement de signal 24 avec ce signal à onde en dents de scie, il est possible, comme montré sur les figures 2A à 2C, d'obtenir le spectre de Brillouin (fréquence SR 19832 JP/PV de crête vB(0)) sur la longueur totale de la fibre optique 115 à mesurer. Lorsqu'une distorsion se produit quelque part dans la fibre optique 15 à mesurer, un spectre de Brillouin est obtenu de la même manière que décrit ci-dessus, comme montré sur les figures 3A à 3C. En faisant référence à cette figure, le trait plein montre le spectre tel que mesuré en réalité, tandis que le trait en pointillés montre le spectre tel qu'il serait s'il n'y avait aucune distorsion. En détectant dans ce spectre la fréquence de crête vB(0) à des instants normaux (lorsqu'il n'y a aucune distorsion) et la fréquence de crête v'B(0) lorsqu'il y a une distorsion, il est possible de déterminer la quantité de distorsion qui se produit conformément à l'équation suivante: Distorsion (q) = (v'B(0) - vB(0)) /vB(0) X c o c est un coefficient de distorsion égal à environ 4,78. De plus, même dans le cas o une fréquence de crête nette générée par une distorsion n'est pas obtenue de cette manière, il est possible de déterminer si, oui ou non, une distorsion se produit en détectant la différence de forme d'onde entre un spectre de Brillouin pour une distorsion nulle, qui a été obtenu à l'avance et le spectre pendant la mesure réelle. D'autre part, si la sortie du circuit de génération de tension continue 19 est utilisée en tant que signal de commande pour l'oscillateur commandé en tension 18, alors la fréquence du signal qui est sorti de cet oscillateur commandé en tension 18 est une fréquence fixe qui est déterminée par la valeur de la SR 19832 JP/PV tension continue. Ainsi, elle peut être fixée à n'importe quelle valeur souhaitée par la valeur de la tension continue et, par exemple, elle peut être de ,800 GHz. En synchronisant le minutage du traitement de signal effectué par la section de traitement de signal 24 avec la commutation effectuée par le commutateur optique 12, autrement dit avec la période de répétition de sortie de la lumière pulsée qui est sortie par le coupleur optique directionnel 14 vers la fibre optique 15 à mesurer, il est possible d'obtenir une forme d'onde de lumière de diffusion de Brillouin sur l'axe des temps (sur l'axe des distances), comme montré sur la figure 4. La figure 4 montre la forme d'onde de lumière de diffusion de Brillouin qui est mesurée, la fréquence du signal qui est sorti de l'oscillateur commandé en tension 18 étant v'B(0). A cet instant, si une quelconque distorsion est générée par la fibre optique 15 à mesurer, un changement a lieu dans la forme d'onde de lumière de diffusion de Brillouin, comme montré sur la figure 4, et il est possible de détecter, à partir de la position de ce changement, la distance de l'emplacement o la distorsion est générée. De plus, au lieu de passer d'une tension continue à une autre de manière séquentielle, il serait également possible d'obtenir le spectre de Brillouin de la même manière que dans le procédé de l'art antérieur décrit ci-dessus, en mesurant la forme d'onde de lumière de diffusion de Brillouin à diverses fréquences, par exemple de 10,700 GHz à 11,000 GHz. SR 19832 JP/PV Bien que la présente invention ait été montrée et décrite en fonction d'un mode de réalisation préféré de celle-ci et avec référence aux dessins, elle ne devrait pas être considérée comme étant limitée par l'une5 quelconque des caractéristiques peut-être purement fortuites de ce mode de réalisation préféré ou des dessins. SR 19832 JP/PV REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de distorsion de fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend: une source de lumière (10); un premier coupleur optique directionnel (11) qui sépare la lumière provenant de ladite source de lumière (10) en deux directions; un commutateur optique (12) que rencontre l'une des sorties dudit premier coupleur optique directionnel et qui, soit module la lumière en une lumière pulsée, soit la sort sans modulation; un deuxième coupleur optique directionnel (14) qui conduit la sortie dudit commutateur optique (12) vers une fibre optique à mesurer; un contrôleur de polarisation (16) auquel est appliquée l'autre des sorties dudit premier coupleur optique directionnel; un circuit d'équilibrage optique (17) auquel sont fournies la sortie dudit contrôleur de polarisation (16) et la lumière qui est renvoyée par la fibre optique à mesurer par l'intermédiaire dudit deuxième coupleur optique directionnel (14), et qui les combine et sort des signaux électriques; un oscillateur commandé en tension (18) qui génère un signal alternatif dont la fréquence est basée sur la sortie d'un circuit de génération de signal continu ou sur la sortie d'un circuit de génération de signal à onde en dents de scie; et SR 19832 JP/PV un mélangeur (26) qui mélange la sortie dudit circuit d'équilibrage optique (17) et la sortie dudit oscillateur commandé en tension (18). 2. Dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon la revendication 1, comprenant en outre: un amplificateur qui amplifie la sortie dudit commutateur optique (12) et introduit la lumière amplifiée dans ledit deuxième coupleur optique directionnel (14); un circuit de filtrage qui coupe la composante de haute fréquence dans la sortie dudit mélangeur (26); un amplificateur qui amplifie la sortie dudit circuit de filtrage; un convertisseur analogique-numérique qui convertit la sortie dudit amplificateur en un signal numérique; et une section de traitement de signal qui traite la sortie dudit convertisseur analogique-numérique. 3. Dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon la revendication 1, dans lequel: ledit commutateur optique (12) sort une lumière qui lui parvient dudit premier coupleur optique directionnel (11) telle qu'elle est sans modulation; ledit oscillateur commandé en tension (18) génère un signal alternatif dont la fréquence est basée sur la sortie dudit circuit de génération de signal à onde en dents de scie; et ladite section de traitement de signal effectue un traitement de signal prédéterminé en synchronisation SR 19832 JP/PV avec le signal de sortie dudit circuit de génération de signal à onde en dents de scie et détecte le spectre de Brillouin sur toute la longueur de ladite fibre optique à mesurer en temps réel. 4. Dispositif de mesure de distorsion de fibre optique selon la revendication 1, dans lequel: ledit commutateur optique (12) module l'intensité de la lumière qui lui parvient dudit coupleur optique directionnel en une lumière pulsée; ledit oscillateur commandé en tension (18) génère un signal alternatif dont la fréquence est basée sur la sortie dudit circuit de génération de signal continu; et ladite section de traitement de signal détecte une forme d'onde de rétrodiffusion de Brillouin et détermine l'emplacement de la distorsion en temps réel en traitant les différences de niveau de la forme d'onde de rétrodiffusion de Brillouin par rapport à l'axe des temps. SR 19832 JP/PV