Brevet FR2834346A1 — publié le 20030704

FILTRE EGALISEUR DE GAIN DYNAMIQUE La présente invention concerne le domaine des filtres optiques constitués de réseaux de Bragg inscrits dans des fibres optiques et plus particulièrement des filtres dissipatifs tels que des égaliseurs de gain. Les filtres égaliseurs de gain, connus également sous l'acronyme de GFF pour Gain Flattening Filter en anglais, sont intégrés dans des systèmes optiques et sont généralement associés à des amplificateurs optiques disposés dans des répéteurs optiques répartis réqulièrement le long de lignes de transmission. Les amplificateurs optiques ne fournissent généralement pas une amplification égale pour toutes les longueurs d'onde des signaux transmis sur les différents canaux d'une même ligne de transmission. En particulier, avec le développement des applications de transmission dense par multiplexage en longueur d'onde (WDM, pour Wavelength Dense Multiplexing), les disparités d'amplification sur une bande passante donnée ont tendance à s'accentuer. Il est donc nécessaire d'associer aux amplificateurs en ligne des filtres égaliseurs de gain qui permettent de rétablir les disparités d'amplification des différents canaux de transmission d'un système optique. Or, un système optique est souvent évolutif et il n'est pas rare que les paramètres d'un composant optique, tel qu'un égaliseur de gain, ne soient plus du tout adaptés aux spectres de transmission réels. Par exemple, une telle évolution peut être due à un vieillissement, à une variation de température, à des interventions localisées sur la ligne ou à des ajouts de modules optiques ou de canaux optiques de transmission après l'installation de la ligne. Les paramètres préclablement fixés des différents composants du système optique deviennent alors inadaptés. Concernant les problèmes spécifiques liés à l'évolution des systèmes optiques, on se reportera à l'article de Simon P. Parry et al, " Dynamically Flattened Optical Amplifier >>, TU4, OFC 2001 qui expose les raisons d'une nécessité de récliser des composants optiques accordables pour pallier les dérives dans le temps des systèmes optiques. Il est donc nocessaire, en particulier, de récliser des filtres égaliseurs accordables qui permettent d'effectuer une accordabilité dynamique de leur réponse spectrale pour correspondre aux évolutions des conditions de fonctionnement des systèmes optiques dans lesquels ils sont disposés. 1 03795/h\K/OOCD F:\Solle\F1 03795\PREMDEP\ADMIN\depot.doc 2 2834346 Les filtres égaliseurs dynamiques peuvent être fibrés tels que les filtres Mach Zehnder ou les filtres acousto-optique par exemple, ou en espace libre tel qu'un Faraday-rotator. Cependant de tels égaliseurs de gain dynamiques présentent l'inconvénient d'avoir de fortes pertes d'insertion et de dépendance à la polarisation. Les filtres égaliseurs peuvent également être constitués par des réseaux de Bragg photo inscrits sur des portions de guides d'onde tels que des fibres optiques ou des guides d'ondes planaires. Un tel filtre est avantageusement un composant intégré à un guide optique et permet de rébuire considérablement les pertes d'insertion ou de dépendance à la polarisation. Un guide d'onde est classiquement composé d'un c_ur optique, ayant pour fonction de transmettre et éventuellement d'amplifier un signal optique, entouré d'une gaine optique, ayant pour fonction de confiner le signal optique dans le c_ur. A cet effet, les indices de réfraction du c_ur nc, de la gaine n9 et du milieu périphérique ne extérieur à la gaine (de l'air par exemple) sont tels que nc>n9 et ng>oune. Ainsi, le c_ur et la gaine du guide se comportent comme deux guides d'onde concentriques. Comme cela est bien connu, la propagation d'un signal optique dans un guide d'ondes optiques se décompose en un mode fondamental dans le c_ur et en des modes secondaires dans la gaine optique. Le c_ur et/ou la gaine du guide peuvent être dopés de manière à étre rend us ph otosensibl es pour une inscription de résea u d e Bragg, par exemple avec d u germanium (Ge). Les réscaux classiquement utilisés pour des égalisations de gain sont des réseaux en angle ou réssaux inclinés, connus sous le terme de SBG pour Slanted Bragg Grating en anglais, ou des réscaux à long pas, connus sous le terme de LPG pour Long Period Grating en anglais. De tels réscaux sont conçus pour permettre un couplage du mode fondamental dans les modes de gaine. Dans le cas d'un réseau à long pas, la réponse spectrale du filtre dépend de l'indice effectif du mode fondamental se propageant dans le c_ur nenCoour du guide ainsi que de l'indice effectif du mode m de gaine nenGajnem avec lequel le mode fondamental est couplé dans le réseau. En effet, la relation de Bragg, pour un mode de gaine m donné, pour les résacux à long pas s'exprime comme suit: \3 = A(neffCoeur - tleffGainem), avec le pas du réseau LPG. 103795/MK/OOCD F:\Salle\F103795\PREMDEP\ADMIN\depot doc 3 2834346 Les indices effectifs sont les indices de réfraction vus par le signal optique se propageant dans le guide et déterminent les vitesses de propagation des modes optiques dans le guide. Ainsi, ces indices dépendent non seulement du matériau constituant le guide, mais également des conditions aux frontières de chaque guide. Cette pa rticu la rité des résca ux à lon g pas l es rend pa rticu l ièrement b ien adaptés à des applications de filtres accordables car une action localisée sur le c_ur et/ou sur la gaine et/ou sur le milieu périphérique extérieur à la gaine peut induire une modification d'un des indices effectifs (neffCocur ou neffGajnem) et donc de la forme de la réponse spectra le d u fi ltre. De pl us, les pertes d ' insertion da ns u n tel fi ltre sont faibles et les méthades de fabrication connues de tels filtres permettent d'obtenir des pertes de dépendance à la polarisation très faibles ( L'objet de la présente invention est de proposer un filtre optique accordable qui permette une égalisation de gain dynamique à partir d'un réseau de Bragg à long pas, dit LPG. A cet effet, I'invention propose d'introduire au moins un saut de phase dans un réseau LPG, de manière dynamique, c'est à dire selon les besoins et de manière réversible. Selon le nombre, la valeur et l'emplacement des sauts de phase introduits, il est possible d'adapter précisément la forme de la réponse spectrale du filtre Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un filtre optique accordable dynamiquement comprenant un réscau de Bragg à long pas inscrit dans une portion de guide d'onde optique comprenant un c_ur entouré d'une gaine optique, caractérisse en ce qu'au moins un saut de phase est introduit dynamiquement dans ledit réseau. Selon une caractéristique, le réseau est inscrit dans le c_ur et/ou dans une portion de la gaine photosensible du guide d'onde optique. Selon les modes de réclisation, le saut de phase est introduit par une action mécanique ou thermique localisoe sur la gaine ou sur la périphérie de la gaine du guide optique. Selon un autre mode de réalisation, le guide d'onde présente au moins une région dopée terre rare, le saut de phase étant introduit par un pompage optique transverse localisé dans ladite région dopée. 1 03795/MK/OOCD F:\Salle\F 1 03795\PREMDEP\ADMIN\depot.doc 4 2834346 Selon les modes de mise en _uvre, le dopant de la région dopée est de l'Ytterbium ou de l'Erbium. Selon les modes de mise en _uvre, la région dopée est située dans la gaine ou dans le c_ur ou sur la périphérie de la gaine du guide optique. Les particularités et avantages de la présente invention appara'^tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure l est un schéma de principe d'un filtre selon l'invention; la figure 2 est un graphe illustrant l'effet de l'insertion d'un saut de phase sur le spectre de transmission d'un filtre; - la figure 3 est un graphe illustrant le spectre de transmission pour un mode de mise en _uvre du filtre selon l'invention; - la figure 4 est un schéma d'un filtre selon un mode de réclisation particulier de l'invention; Le filtre optique selon l'invention, illustré schématiquement sur ia figure l, est constitué d'un réseau de Bragg à long pas 5, dit LPG, inscrit dans une portion de guide d'onde optique l, tel qu'une fibre optique ou un guide d'onde planaire, comprenant un c_ur 10 entouré d'une gaine optique 11. Le réseau 5 peut être inscrit dans le c_ur 10 et/ou dans une portion de la gaine l l du guide d'onde 1, selon les modes de mise en _uvre et les applications du filtre. La gaine l l du guide 1 présente une frontière avec un milieu extérieur qui peut être de l'air ou un matériau 12 formant un revêtement sur la périphérie de la gaine 11. Selon l'invention au moins un saut de phase 8 est introduit dynamiquement dans ledit réscau 5. On entend par dynamique le fait d'introduire un saut de phase 8 dans le réseau 5 de manière contrôlée et réversible. Un saut de phase 8 est induit par une modification local isée d'i nd ice effectif de réfraction, cette modification d'indice pouvant être apportée dans le c_ur 10 et/ou dans la gaine 11 et/ou sur la périphérie 12 de la gaine du guide 1 puisque ces trois valeurs agissent sur la réponse spectrale du LPG, tel que cela a été précédemment expliqué. Comme illustré sur la figure 2, I'introduction d'un saut de phase dans le réseau LPG ouvre une bande passante dans le spectre de transmission du filtre 1 03795/MK/OOCD F \SQIIe\F1 03795\PREMDEP\ADMIN\depoI.doc 2834346 (courbe A). Cela engendre deux pics dans la réponse spectrale du filtre (courbe B) ayant un contraste et une longueur d'onde donnée dépendant de la valeur du saut de phase introduit. Dans l'exemple de la figure 2, un saut de phase de 0.8II a été introduit au centre du LPG. 1 1 est déjà con nu d'introduire des sauts de phase lors de l' inscription du réseau à long pas, avec un masque de phase approprié, pour un ajustement de la réponse spectrale du filtre répondant à un gabarit donné. Mais, selon l'invention, les sauts de phases sont introduits, et éventuellement modifiés ou retirés, dynaniiquement et donc postérieurement à l'inscription du réseau LPG dans le guide d'onde pour une accordabilité dynamique du filtre. Ainsi, par un contrôle, dynamique, de l'emplacement, du nombre et de la valeur des sauts de phase, qui peuvent être compris entre 0 et 2U, il devient possible de dessiner précisément le profil de réponse spectrale du LPG, tel que cela est illustré par le graphe de la figure 3, pour lequel trois sauts de phase ont été introduits dans un LPG en trois endroits distincts et avec trois valeurs différentes. On obtient ainsi un filtre accordable dynamiquement par un contrôle approprié du nombre, de la valeur et de l'emplacement des sauts de phase introduits. Selon les modes de réclisation, les sauts de phase 8 peuvent être introduits 2û par une action mécanique ou thermique localisée sur la gaine optique 11 ou sur la périphérie 12 de la gaine 1 1 du guide d'onde 1. Selon un autre mode de réclisation, illustré sur la figure 4, le guide d'onde 1 présente au moins une région dopée terre rare, par exemple Ytterbium et/ou Erbium. Cette zone dopée du guide 1 peut être situce dans le c_ur 10 ou dans la gaine optique 1 1, par exemple formant un anneau dans la gaine, ou à la périphérie de la gaine, par exemple dans un revêtement 12. Cette dernière disposition peut être avantageuse car les dopants de terre rare peuvent être déposés sur la périphérie du guide après inscription du réseau dans le guide et par conséquent ne pas influer sur la propriété de photosensibilité du guide. De plus, certains dopants peuvent avoir des propriétés absorÉantes dans la bande de travail considérée (par exemple l'Erbium est absorbant dans la bande C) et nuire ainsi à l'efficacité de transmission du signal dans ie guide. 1 03795/MK/OOCD F:\Solle\F1 03795\PREMDEP\ADMIN\depot.doc 6 2834346 Le ou les sauts de phase 8 sont alors introduits par pompage transverse 9 localisé dans ladite région dopée provoquant une augmentation d'indice locale induisant une modification des indices effectifs. Le pompage est mit en _uvre par un laser de pompe par exemple et permet d'obtenir un filtre accordable dynamiquement tout optique. Ce mode de réclisation est particulièrement avantageux cor il permet une grande flexibilité de l'accordabilité dynamique du filtre selon l'invention. En effet, le pompage d'une zone dopée du guide d'onde peut être précisément localisé et contrôlé en intensité. De plus, ce mode de réclisation permet avantageusement d'agir sur la forme de la réponse spectrale du filtre sans agir obligatoirement directement sur la zone d'inscription du réseau. En effet, le pompage va modifier localement l'indice de réfraction de la zone dopée et introduire ainsi une modification d'indice effectif d'au moins un mode de propagation du signal. En outre, les égaliseurs de gain sont généralement disposés dans des répéteurs optiques disposés le long des lignes de transmission et associés à des amplificateurs optiques. Or, il est courant que les amplificateurs soient des amplificateurs à fibre avec pompage par la gaine. Ainsi, des pompes sont d'ores et déjà disponibles dans les répéteurs et peuvent étre utilisoes pour introduire dynamiquement des sauts de phase localisés dans des filtres optiques selon I'i nvention. Le dopant choisi est préférentiellement un matériau de terre rare présentant un coefficient de non-linéorité élevé. Ainsi, I'effet de l'augmentation de l'indice de réfraction de la zone dopée sera d'autant plus important que l'intensité du faisceau de pompage est importante selon la relation: ndOpé=njnt+n2I Avec ndOpè l'indice de la zone dopée, njn l'indice intrinsèque du matériau dopé, n2 le coefficient de nonlinéorité, et I l'intensité du faisceau de pompage. Par exemple, un réseau LPG de 20 mm avec un pas de 300 m est inscrit dans une fibre l présentant un anneau dopé YtterUium à 3 w% dans la gaine. Un pompage à 980 nm avec 150 mW de puissance sur une zone d'environ 0.3 mm 1 03795/MK/OOCD F:\Salle\F1 03795\PREMDEP\ADMIN\depot.doc 7 2834346 provoque une modification de l'indice de la zone dopée ndOp qui va entraîner une modification de l'indice effects de la gaine neffG:''nOm d'un mode de propagation m donné d'environ 1.1 10-5 et entraner ainsi l'introduction d'un saut de phase localisé. 1 03795/MK/OOC D F:\Sal I e\F 1 03795\PREMDEP\ADMI N\depot. doc 8 2834346 REVENDICATIONS 1. Filtre optique accordable dynamiquement comprenant un réseau de Bragg à long pas (5) inscrit dans une portion de guide d'onde optique (1) comprenant un c_ur (10) entouré d'une gaine optique (11), caractérisée en ce qu'au moins un saut de phase (8) est introduit dynamiquement dans ledit réseau (5). 2. Filtre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau (5) est inscrit dans le c_ur (10) et/ou dans une portion de la gaine t11) photosensible du guide d'onde optique (1). 3. Filtre optique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisoe en ce que le 1û saut de phase (8) est introduit par une action mécanique localisée sur ia gaine (1 1) ou sur la périphérie (12) de la gaine du guide optique (1). 4. Filtre optique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le saut de phase (8) est introduit par une action thermique localisée sur la gaine (11) ou sur la périphérie (12) de la gaine du guide optique (1). 5. Filtre optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le guide d'onde (1) présente au moins une région dopée terre rare, le saut de phase (8) étant introduit par un pompage optique transverse (9) localisé dans ladite région dopée. 6. Filtre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dopant de la région dopée est de l'Ytterbium. 7. Filtre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dopant de la région dopée est de l'Erbium. 8. Filtre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région dopée est située dans la gaine (11) du guide (1). 9. Filtre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région dopée est située dans le c_ur (10) du guide (1). 10. Filtre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région dopée est situce sur la périphérie (12) de la gaine (11) du guide (1).