Brevet FR2828036A1 — publié le 20030131

DISPOSITIF ELECTRO-OPTIQUE D'EGALISATION DES CANAUX DANS UNE LIAISON OPTIQUE MULTICANAUX La présente invention se rapporte à un dispositif électro-optique d'égalisation des canaux dans une liaison optique multicanaux. Dans les transmissions multicanaux d'informations par voie optique, en particulier les transmissions par multiplexage de longueur d'onde (dites WDM , soit : Wavelength Division Multiplexing ), il est important de maintenir un niveau de signal constant quel que soit le canal de transmission considéré parmi l'ensemble des canaux. Cette condition est difficile à réaliser en pratique, compte tenu des caractéristiques spectrales des composants optiques passifs et actifs présents sur la liaison de transmission (couches multidiélectriques, amplificateurs à fibre dopée à l'Erbium, fibres Raman,...). Ces composants ont une réponse en fréquence non uniforme dans la bande de longueurs d'ondes de transmission (par exemple dans la bande 1500-1600 nm). De plus, les caractéristiques de la ligne de transmission évoluent lors de la reconfiguration du réseau de transmission (nombre de modules amplificateurs traversés, de composants optiques de multiplexage et de démultiplexage, filtres...). Il est donc important de pouvoir mettre en oeuvre un dispositif programmable ou asservi permettant d'assurer dans la liaison de transmission, et en particulier à la sortie des amplificateurs de cette liaison, une répartition uniforme de la puissance optique sur tous les canaux de cette liaison. De façon typique, la distance entre canaux adjacents dans une liaison WDM est d'environ 0,5 à 1 nm. Ainsi, par exemple dans la bande 1500-1600 nm, on peut loger environ 100 canaux, dont le niveau doit être égalisé de façon programmable ou asservie. Les solutions connues d'égalisation de liaisons optiques sont limitées à un faible nombre de canaux (en général 10 à 20 canaux) et produisent une fonction d'atténuation sélective des canaux à l'aide de composants optiques à caractéristiques fixes (par exemple composants du type réseau de Bragg à période variant d'une extrémité à l'autre du réseau). La présente invention a pour objet un dispositif électro-optique d'égalisation des canaux dans une liaison optique multicanaux, dispositif qui puisse traiter simultanément un grand nombre de canaux (par exemple au moins 100 canaux), de façon adaptable (programmable ou par asservissement), et ce, pour des canaux proches les uns des autres (distants de 0,5 nm par exemple) et quelle que soit la polarisation respective des différents canaux. Le dispositif conforme à l'invention comporte un dispositif séparateur de canaux, un dispositif d'atténuation sélective, et de préférence asservie, des canaux et un dispositif de recombinaison de canaux. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : 'ta figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'égalisation conforme à l'invention ; . la figure 2 est un schéma de réalisation simplifié d'un dispositif d'égalisation conforme à l'invention ; . la figure 3 est un ensemble de vues en coupe simplifiées d'un modulateur spatial utilisé dans le dispositif de la figure 2, montrant une cellule de ce modulateur à l'état non passant et à l'état passant ; 'ta figure 4 montre des détails de réalisation du modulateur utilisé pour l'invention ; * la figure 5 est un diagramme montrant l'évolution de la caractéristique de transmission de lumière de la cellule de la figure 4 en fonction de la tension électrique qui lui est appliquée, dans le cas direct (en trait continu) et dans le cas inverse (en trait interrompu) ; et . les figures 6 à 8 sont des schémas expliquant le fonctionnement d'une structure compacte du modulateur de l'invention. On a représenté en figure 1 le bloc-diagramme d'une liaison de transmission optique incluant le dispositif égaliseur de l'invention. Cette liaison comporte une fibre optique 1 qui véhicule un signal WDM à grand nombre de canaux (par exemple 100). Le signal 1A disponible à la sortie de la fibre 1 comprend des composantes spectrales d'amplitudes différentes, par suite de la traversée de composants optiques à réponses spectrales différentes. Ce signal 1A passe par l'égaliseur 2 de l'invention, décrit en détail ci-dessous, à la sortie duquel le signal 2A n'est pas égalisé, mais a une forme différente de celle du signal 1A, et ce, pour tenir compte de la réponse spectrale de l'ensemble 3 d'amplificateurs et de composants optiques par lesquels passe ce signal. La forme (en fonction de la longueur d'onde) de ce signal 2A est complémentaire de la réponse spectrale de l'ensemble 3, afin qu'à la sortie de l'ensemble 3, le signal 3A soit égalisé, c'est-à-dire qu'il ait une amplitude constante pour toutes les longueurs d'onde contenues dans ce signal. A cet effet, on prévoit une liaison d'asservissement entre la sortie de l'ensemble 3 et l'égaliseur 2 pour que ce dernier puisse compenser toute dérive, ou variation de la réponse spectrale de l'ensemble 3. On a représenté en figure 2 le schéma d'un mode de réalisation d'un égaliseur 5 conforme à l'invention. Une fibre optique 6, par laquelle arrive un signal WDM, est reliée à l'entrée de l'égaliseur 5, constituée par un coupleur 7 qui envoie obliquement un faisceau optique rectiligne 8 sur un réseau dispersif large bande 9. Le point 10 d'incidence du faisceau 8 sur le réseau 9 est disposé au point focal objet d'une lentille convergente 11. En aval de la lentille 11, on dispose un modulateur spatial 12 à une dimension, de telle façon que la majorité de la longueur de sa surface active soit interceptée par le faisceau étalé par le réseau 9 et collimaté par la lentille 11. Le modulateur 12 est suivi d'une lentille convergente 13. On dispose en aval de la lentille 13 un réseau dispersif 14, identique au réseau 9, qui est disposé de façon que le point focal image 15 de la lentille 13 soit situé sur la surface active du réseau 14. Le faisceau à spectre étalé spatialement, qui arrive de la lentille 13 sur le réseau 14, se réfléchit sur ce dernier en se concentrant en un fin faisceau 16. Ce faisceau 16 passe par un coupleur 17 vers une fibre de sortie 18. Dans ce dispositifs, l'égaliseur est constitué par le modulateur 12, et les éléments optiques 7,9, 14,17 (ainsi que d'éventuels amplificateurs optiques, non représentés) qui constituent l'ensemble 3. Ce dispositif 5 fonctionne de la manière suivante. Les n différents canaux WDM contenus dans le signal optique incident arrivant par la fibre 6 sont dispersés spatialement (ou étalés ) dans un plan par le réseau 9 dans un champ (ou secteur) angulaire d'angle au sommet AO, qui est déterminé par la largeur A% de la bande spectrale du signal incident et par la période spatiale p de ce réseau (ou pas du réseau), et qui est donné par AO- (1/p). Al. Chacun de ces n canaux, À1 à kn, intercepte une cellule individuelle du modulateur 12 à cristaux liquides. Chacune de ces cellules est commandée de façon à être plus ou moins passante, afin d'atténuer plus ou moins le canal correspondant, pour obtenir, en aval du coupleur 17, le signal égalisé recherché. On va maintenant décrire un mode de réalisation du modulateur 12. Ce modulateur comporte une barrette en matériau dit PDLC ( Polymer Dispersed Liquid Crystal ), c'est-à-dire en molécules de cristaux liquides 19 dispersées dans un matériau polymère 20 (figure 3). Cette barrette comporte sur une face une électrode continue 21 et sur l'autre face un réseau de petites électrodes 22 (à la façon des dents d'un peigne) reliées individuellement à une source de tension individuelle correspondante (voir figure 4). On a représenté en figure 3 une des cellules de la barrette. A la partie gauche de cette figure, une tension nulle est appliquée entre l'électrode 21 et une électrode 22. Les molécules de cristaux liquides 19 présentes entre ces électrodes sont toutes orientées différemment, et il en résulte qu'un faisceau lumineux incident 23 est diffusé. Par contre, lorsqu'une tension suffisante Vs est appliquée entre les électrodes 21 et 22, les molécules 19 sont toutes orientées parallèlement à la direction du champ électrique ainsi produit, c'est-à-dire perpendiculairement aux plans de ces électrodes. Il en résulte, comme illustré sur la partie droite de la figure 3, que le faisceau incident 23, qui est, lui aussi perpendiculaire aux plans des électrodes, est transmis pratiquement sans pertes et sans être dévié. Si l'on fait varier la tension appliquée entre les électrodes 21 et 22 depuis une valeur nulle jusqu'à la valeur Vs, on constate que l'intensité du faisceau recueilli en aval de la cellule considérée varie depuis une valeur pratiquement nulle jusqu'à sa valeur maximale (pratiquement égale à l'intensité du faisceau incident). Il est donc possible avec une barrette interceptant les différentes composantes spectrales d'un signal d'agir individuellement sur l'amplitude de chacune de ces composantes, étant bien entendu que la dispersion spatiale des composantes au niveau de la barrette corresponde au pas (ou à un multiple de ce pas) des électrodes 22 de la barrette. Cette correction, qui est une diminution sélective d'amplitude des composantes, se fait, pour chacune des composantes, indépendamment de la correction affectant toutes les autres composantes. La correction peut se faire soit une fois pour toutes (si les conditions de fonctionnement des composants optiques actifs et/ou passifs en cause ne varient pas), soit de façon asservie, grâce à la mesure de l'amplitude des diverses composantes à la fin de la chaîne de transmission optique à contrôler. On a représenté en figure 4 des détails de réalisation de la barrette à cristaux liquides faisant fonction de modulateur spatial. Cette barrette 24 est constituée par une couche 25 de matériau PDLC , de forme rectangulaire allongée, dont l'épaisseur peut être comprise entre 20 et 100 pm. L'une des faces de cette couche comporte sur toute sa longueur et sur un peu moins de la moitié de sa largeur, à partir de l'un de ses grands côtés, une électrode continue 26. L'autre face comporte un réseau 27 d'électrodes individuelles, par exemple 100 électrodes, dont le nombre est égal ou supérieur au nombre de voies WDM à traiter. Le contour de l'ensemble de ces électrodes est un rectangle s'étendant parallèlement aux grands côtés de la barrette et dont le petit côté est plus court que la moitié du petit côté de la couche de PDLC. En outre, ce rectangle de contour occupe la partie de la surface de la couche PDLC, qui n'est pas en vis-à-vis de la surface occupée par l'électrode 26, en étant légèrement décalée par rapport au grand côté de l'électrode 26 qui en est le plus proche de telle façon qu'il subsiste un espace de largeur E (tel que vu en projection orthogonale sur le plan de l'une des faces de la couche PDLC). La valeur de E est par exemple de 50 um. On définit ainsi entre chacune des électrodes élémentaires du réseau 27 et l'électrode commune 26 une cellule élémentaire dont le fonctionnement est celui exposé ci-dessus en référence à la figure 3. Chacune de ces cellules élémentaires permet de contrôler l'amplitude d'une composante spectrale correspondante, à condition, bien entendu, que chaque composante spectrale arrive dans l'espace compris entre une électrode individuelle et l'électrode commune. L'épaisseur de la couche de PDLC peut être comprise par exemple entre 20 et 100 um. Dans un exemple de réalisation, le matériau PDLC est du type PDLC inverse , c'est-à-dire que pour une tension nulle entre les électrodes considérées, le faisceau incident n'est pratiquement pas atténué, tandis que pour une tension égale ou supérieure à une tension de seuil Vs le matériau est diffusant. On a représenté en figure 5 un exemple de courbes de transmission relatives à un matériau PDLC direct (courbe 28) et à un matériau PDLC inverse (courbe 29). Ces courbes montrent l'évolution du facteur de transmission T en fonction de la tension V appliquée aux électrodes formées ou rapportées sur le matériau PDLC considéré. Selon un exemple de réalisation, les réseaux 9 et 14 présentaient une densité de 1000 traits par millimètre, le modulateur PDLC avait une longueur utile de 10 mm et sa tension de seuil Vs était de l'ordre de 50 V au maximum. La largeur spectrale du signal incident était de 100 nm, la distance focale des lentilles 11 et 13 était d'environ 80 mm et les électrodes individuelles de l'ensemble 27 avaient une largeur de 50 um et leur pas était de 100 um. On a représenté en figures 6 et 7 un mode de réalisation compact du dispositif de la figure 2. Le dispositif 30 de ces figures comporte un unique réseau de dispersion 31, une unique lentille 32 et un modulateur spatial réfléchissant 33. Le point d'incidence 34 du faisceau WDM incident 35 est situé dans le plan focal objet (par rapport au sens de propagation du faisceau 35) de la lentille 32. Le réseau 31 forme par rapport à l'axe optique de la lentille 32 un angle tel que tous les rayons diffractés (composantes spectrales du signal WDM) par le réseau 31 à partir du faisceau incident 35 passent par la lentille 32 et soient dirigés vers le modulateur 33. Ce modulateur 33 étant réfléchissant, comme décrit ci-dessous en référence à la figure 8, il renvoie les composantes spectrales modulées en amplitude (de la même façon que décrit ci-dessus pour le modulateur 12) vers la lentille, qui les concentre autour de son foyer 34 sur le réseau 31. A son tour, le réseau 31 recompose un faisceau de sortie 36 antiparallèle au faisceau 35 et égalisé. Pour que ce faisceau 36 ne soit pas confondu avec le faisceau 35 (c'est-à-dire pour que ces ceux faisceaux soient légèrement éloignés l'un de l'autre, tout en restant parallèles), on fait légèrement tourner le modulateur autour d'un axe passant par l'axe optique de la lentille 32, en un point 37. Cet axe peut soit être perpendiculaire au plan dans lequel sont étalées les composantes spectrales du faisceau incident, comme représenté en figure 6, soit être compris dans ce plan, comme représenté en figure 7, la configuration de la figure 6 étant la configuration préférée (pour des raisons optiques, de facilité de réalisation et de compacité). On a représenté sur la vue en coupe de la figure 8 le modulateur 33. La couche 38 de matériau PDLC comporte sur une face une électrode réfléchissante commune 39, qui peut occuper une grande partie de la largeur de cette face, et sur l'autre face un réseau 40 d'électrodes individuelles similaire au réseau 27 décrit ci-dessus. Ce réseau 40 n'occupe qu'une partie de la largeur de la couche 38, en vis-à-vis d'un bord de l'électrode 39. Ainsi, un rayon incident 41 (une des composantes spectrales du faisceau incident) arrivant obliquement sur le modulateur, juste au-delà du bord d'une électrode individuelle du réseau 40 traverse la couche PDLC 38, se réfléchit sur l'électrode 39, re-traverse la couche 38 et repart vers la lentille 32 (rayon réfléchi 42). Bien entendu, le potentiel appliqué entre chaque électrode individuelle 40 et l'électrode commune 40 doit tenir compte d'une double traversée de la couche 38 (ou bien, les caractéristiques de cette couche 38 doivent être modifiées si l'on veut appliquer des potentiels de même valeur que dans le cas du modulateur 12 de la figure 2). REVENDICATIONS 1. Dispositif électro-optique d'égalisation des canaux dans une liaison optique multicanaux, recevant un faisceau multicanaux incident (8, 35), caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif séparateur de canaux (9,31), un dispositif d'atténuation sélective de canaux (12,33) et un dispositif de recombinaison de canaux (14,31). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif séparateur de canaux est un réseau dispersif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le réseau dispersif est associé à une lentille convergente (11,32) le réseau passant par le foyer de cette lentille (10,34). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de recombinaison de canaux est un réseau dispersif (14,31). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le réseau dispersif de recombinaison est associé à une lentille convergente (13, 32) et qu'il passe par le foyer de cette lentille (15,34). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif d'atténuation sélective est un modulateur spatial. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le modulateur spatial comporte une couche de matériau PDLC sur une face de laquelle est disposée une électrode unique (26,39) interceptant tous les canaux séparés par le dispositif séparateur, et sur l'autre face un réseau d'électrodes individuelles (27,40) dont chacune intercepte une seule composante correspondante du faisceau incident, des potentiels individuels étant appliqués entre l'électrode unique et chacune des électrodes individuelles. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le modulateur spatial est du type à transmission (12). 9. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le modulateur spatial est du type à réflexion (33). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif séparateur et le dispositif de recombinaison sont un seul et même dispositif (31) associé à une unique lentille convergente (32).