Brevet FR2836296A1 — publié le 20030822

L'utilisation des fibres optiques ne cesse de se développer soutenue par la forte croissance des volumes d'informations échangés dans les communications actuelles. Les systèmes à haute capacité utilisent la technique du ("Wavelength division multiplexing"-WDM) pour transmettre des signaux multiplexes en longueur d'onde dans une seule fibre optique. Chaque longueur d'onde constitue alors un canal transportant une information codée. Le plus souvent, ces longueurs d'onde proviennent de sources émettant chacune à une longueur d'onde qui lui est propre et dont le multiplexage est assuré par un multiplexeur. La recherche de fibres optiques à haute capacité implique une multiplication du nombre de sources disjointes et donc de chacun de leurs composants nécessaires ainsi que le recours à des multiplexeurs capables de collecter l'ensemble des flux lumineux émis par ces sources afin de les coupler dans une même fibre optique. Par ailleurs, on connaît (Patent Abstract of Japan-JP-A- 56.090. 642) un système de communications optiques comportant plusieurs lasers semi-conducteurs associés à un dispositif rétroréfléchissant unique. Chacun de ces lasers est vu par ce dispositif rétroréfléchissant sous un angle différent et forme avec lui une cavité différente. Chaque source ainsi formée émet donc à une longueur d'onde qui lui est propre. Cette disposition permet par rapport à des systèmes entièrement disjoints, de limiter le nombre des composants nécessaires mais requiert l'utilisation d'un multiplexeur pour coupler les flux émis par ces sources dans une fibre. r On connaît aussi par la demande de brevet européenne EP-A-1. 006.628, un dispositif fournissant une source laser multilongueur d'onde qui assure le couplage des différentes longueurs d'onde d'émission dans une fibre de sortie unique. Les guides d'onde étant adressés simultanément, des longueurs d'onde parasites correspondant à des résonances produites par plusieurs allers-retours du faisceau entre plusieurs guides amplificateurs et le réflecteur externe peuvent être créées. L'invention propose de placer dans la cavité un interféromètre de Fabry-Pérot entre l'optique de collimation et le réseau afin 5 r d'éviter ce défaut. L'interféromètre de Fabry-Pérot présentant une dépendance angulaire, on peut régler ledit interféromètre en l'inclinant par rapport à l'axe de la cavité de sorte que sa loi de variation de la longueur d'onde transmise en fonction de l'angle d'incidence soit identique à celle du dispositif dispersif rétroréfléchissant. Ainsi seul un faisceau ayant effectué un aller-retour unique entre le guide d'onde correspondant et le réflecteur externe est transmis. L'état actuel de la technique permet une commutation entre différents lasers, par extinction d'un laser et allumage d'un autre, suffisamment rapide pour permettre la mise en fonctionnement individuelle de ces lasers et ainsi éviter tout effet parasite. La longueur d'onde d'émission pour un guide d'onde donné est prédéterminée par la géométrie de la cavité. Elle présente, néanmoins, encore une certaine incertitude liée à l'excursion que peut avoir le mode d'émission sur une plage de longueur d'onde déterminée. Cette plage irréductible étant liée à la géométrie du guide d'onde. Ainsi, la précision sur la longueur d'onde d'émission donnée par cette cavité reste bien insuffisante par rapport au besoin actuel. Par ailleurs, l'utilisation d'un interféromètre de FabryPérot au sein d'une cavité laser à une seule longueur d'onde est connue. L'objectif de la présente invention est de proposer une source laser multilongueur d'onde commutable simple dans sa conception et dans son mode opératoire, compact et économique et dont la longueur d'onde d'émission potentielle des lasers peut être définie très précisément par simple ajustement de la longueur d'onde de transmission de l'interféromètre de Fabry-Pérot placé au sein de la cavité. A cet effet, l'invention concerne une source laser multilongueur d'onde comportant autant de guide d'onde amplificateur que de longueurs d'onde d'émission (il,..., , n) potentielles, une optique de collimation envoyant les faisceaux émis par les guides d'onde sur un réseau, un rétroréflecteur constituant avec le réseau, un dispositif dispersif rétroréfléchissant qui définit avec chacun des guides d'onde une cavité externe résonnante, chaque guide d'onde ayant par rapport à sa cavité associée, une face intérieure placée au foyer de ladite optique de collimation et une face extérieure, la cavité externe étant dans une configuration de LittmanMetcalf. Selon l'invention, un interféromètre de Fabry-Pérot est placé dans la cavité entre le réseau et le rétroréflecteur, ledit interféromètre ayant une fonction de transmission présentant des pics de transmission, chacune desdites longueurs d'onde d'émission potentielles étant fixée par un pic de transmission correspondant. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles : - deux pics de transmission consécutifs de l'interféromètre de Fabry-Pérot sont espacés d'un multiple ou sous-multiple de 100 GHz, - le rétroflecteur est partiellement transparent et que le flux lumineux émis est collecté au travers du rétroréflecteur partiellement transparent et couplé dans une fibre de sortie unique, - le rétroréflecteur est une lame semi-transparente, - le rétroflecteur est un système autoaligné, - le rétroréflecteur est un dièdre, - le rétroréflecteur comporte une lentille cylindrique et une lame semi-transparente, - les guides d'onde amplificateurs sont identiques les uns les autres, - les guides d'onde sont réalisés sur un même substrat semi-conducteur, - la face intérieure de chaque guide d'onde porte un revêtement anti-réfléchissant, - la face extérieure des guides d'onde est réfléchissante à 100 %. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation de l'art antérieur utilisé pour présenter la configuration de Littman-Metcalf ; - la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus de la source laser multilongueur d'onde, selon l'invention ; - la figure 3 est une représentation du filtrage en longueur d'onde réalisé par la fonction de transmission de l'interféromètre de Fabry-Pérot placé dans la cavité sur les longueurs d'onde des guides d'onde ; La figure 1 donne une représentation de l'art antérieur dans une configuration de Littman-Metcalf. Un réseau 1 est mis en oeuvre avec un milieu amplificateur guidé 2 comportant une extrémité extérieure 3 et dont l'extrémité intérieure 4 est placée au foyer d'une optique de collimation 5 qui produit un faisceau collimaté 6. Le faisceau 6 est parallèle au plan de dispersion du réseau 1, c'est-à-dire au plan perpendiculaire au trait 7 du réseau 1, et forme un angle 81 avec la normale 8 à la surface du réseau. Par dispersion chromatique créée par diffraction sur le réseau 1, le faisceau 6 produit un faisceau collimaté secondaire 9 qui est dans le plan de dispersion et forme un angle 82 avec la normale 7. Un miroir plan 10 est traditionnellement placé perpendiculairement au faisceau 9 et le faisceau se réfléchit à travers l'ensemble du système. On sait dans ces conditions que p étant le pas du réseau, lorsque la relation p sin6i + p 311162 = (1) est vérifiée, où 81 est l'angle d'incidence du faisceau lumineux (dont la direction est définie par le centre de la face interne 4 du guide 2 et le centre 5'de l'optique de collimation 5) sur le réseau et où 82 est l'angle de diffraction qui correspond à une direction perpendiculaire au miroir 10, le faisceau 6 à la longueur d'onde Â revient sur lui-même après une première diffraction sur le réseau 1, une rétroréflexion sur le miroir 10 et une deuxième diffraction sur le réseau 1. Il produit donc un point image confondu avec l'extrémité interne 4 du milieu amplificateur guidé 2. La lumière se recouple dans l'amplificateur guidé 2 et permet une émission laser à la longueur d'onde Â. Ce dispositif a été utilisé pour la réalisation de sources lumineuses émettant dans une bande de longueur d'onde étroite et il a également été proposé des dispositions permettant de faire varier cette bande étroite de longueur d'onde (demande de brevet EP-A-0. 702.438). Sur la figure 2 est représenté le dispositif de l'invention selon un mode de réalisation. La configuration du système est celle de Littman-Metcalf. Les éléments correspondants à ceux déjà décrits sont désignés par les références numériques utilisés précédemment. Le dispositif comprend plusieurs guides d'ondes amplificateurs 2, 21,...., 29 de faces intérieures 4, 41,..., 49 placées au foyer du système optique 5 et de faces externes 3,31,..., 39. Ainsi de part la disposition latérale des guides d'ondes amplificateurs 2, 21,...., 29 par rapport à l'optique de collimation 5, chacun des guides d'ondes définit un angle particulier 61, 6n,..., 619 d'incidence avec le réseau 1. Par contre, le dispositif rétroréfléchissant 10 étant unique, l'angle 82 qui correspond à l'incidence orthogonale sur le rétroréflecteur, est constant quel que soit le guide d'onde amplificateur 2, 21,...., 29 considéré. Chaque guide d'onde 2, 21,..., 29 forme avec le système rétroréflecteur 10 une cavité résonante qui sélectionne dans le spectre d'émission du guide d'onde amplificateur la longueur d'onde dz A21,..., A29' Les longueurs d'onde ou fréquences sélectionnées dépendent de la géométrie de la cavité, i. e. de la focale du système optique 5, du pas du réseau 1, de l'espacement entre les coeurs des guides d'onde amplificateurs 2,21,..., 29 et de l'orientation du réseau 1 et du rétroréflecteur 10. Du fait de la dimension transverse du guide d'onde amplificateur, les longueurs d'onde se trouvent, pour chaque guide d'onde, à l'intérieur d'une plage irréductible . La relation décrite (1) plus haut implique qu'un espacement r égal entre les coeurs des guides d'ondes amplificateurs 2, 21, r ..., 29 entraîne une répartition non linéaire des fréquences d'émission potentielles 2, 2s 29-Dans un mode de réalisation préféré et afin d'éviter ce problème, le pas entre les coeurs des guides est déterminé de façon non-linéaire pour compenser la non-linéarité des lois de sélection angulaire du réseau. On obtient ainsi une répartition équidistante desdites fréquences. La source laser multilongueur d'onde selon l'invention étant commutable, la suite de la description sera faite en considérant uniquement le guide d'onde amplificateur 21. On comprend que le comportement généré par les guides d'ondes amplificateurs 2, 22,..., 29 est analogue à celui du guide d'onde amplificateur 21. Le guide d'onde 21 fait un angle d'incidence Ou avec le réseau 1. Il résulte de l'équation (1) et de la géométrie de la cavité 10-31 formée par l'extrémité extérieure 31 de ce guide d'onde amplificateur 21 et le système rétroréfléchissant 10 que la longueur d'onde sélectionnée est A21. Le système rétroréfléchissant 10 est partiellement rétroréfléchissant de telle sorte qu'une partie du flux lumineux résonant dans la cavité 10-31 est extraite par ce système partiellement réfléchissant. Le faisceau résonant est couplé dans une fibre optique 11 monomode avec un système optique 12. On comprend qu'une commutation suffisamment rapide, c'est-à-dire l'extinction d'un guide d'onde et l'allumage d'un autre guide, permet de coupler les longueurs d'onde d'émission potentielles dans la fibre optique 11 de sortie. Les différents guides d'onde amplificateurs sont avantageusement identiques ou similaires les uns aux autres, réalisés sur le même substrat semiconducteur et peuvent émettre dans les bandes spectrales généralement utilisées pour les télécommunications optiques par exemple entre 1530 nm et 1630 nm. Dans un mode de réalisation préféré, la géométrie de chacune des cavités 10-3, 10-31,..., 10-39 est telle que les fréquences optiques sélectionnées soient proches des fréquences optiques normalisées d'un réseau de télécommunication WDM sur la grille ITU. Ces fréquences sont tous les multiples de 100 GHz situés dans la bande d'utilisation des fibres optiques, typiquement de l'ordre de 192 000 GHz. La longueur d'onde d'émission pour un guide d'onde donné est prédéterminée par la géométrie de la cavité. Elle présente, néanmoins, encore une certaine incertitude liée à la géométrie (dimension tranverse) du guide d'onde. La longueur d'onde se trouve à l'intérieur d'une plage irréductible . Ainsi, la précision sur la longueur d'onde d'émission donnée par la cavité reste insuffisante par rapport aux besoins du marché actuel. Afin d'améliorer la précision sur la longueur d'onde d'émission, un interféromètre de Fabry-Pérot 13 est placé entre le réseau 1 et le dispositif rétroréflecteur 10. Un interféromètre de Fabry-Pérot présente une dépendance angulaire de la longueur d'onde transmise. Cette dépendance angulaire suit la loi : où An est la longueur d'onde de transmission du n-ième pic de transmission à l'incidence normale et Oppi est l'angle entre la normale au Fabry-Pérot et la direction du faisceau. Il a été montré précédemment que quel que soit le guide d'onde amplificateur 2, 21,...., 29 considéré, les faisceaux ont une incidence normale sur le dispositif rétroréfléchissant 10, c'est-à-dire que l'angle 82 est le même. Il en résulte que l'interféromètre étant placé entre le réseau 1 et le dispositif rétroréfléchissant 10, l'angle d'incidence sur le Fabry-Pérot est le même pour tous les guides d'ondes amplificateurs 2, 21,..., 29. Le Fabry-Pérot dans cette géométrie unique (configuration de Littman-Metcalf et interféromètre placé entre le réseau 1 et le système rétroréfléchissant 10) filtre donc les longueurs d'ondes d'émission potentielles indistinctement. Dans un premier mode de réalisation le Fabry-Pérot est placé normal à l'axe de la cavité, c'est-à-dire que 8FPi = 0. La plage d'émission irréductible du guide 21 comprend la longueur d'onde kl (ou la fréquence optique F 2 d qui est la longueur d'onde souhaitée pour ce guide du laser. On place alors dans la cavité un Fabry Pérot qui présente un pic de transmission à la longueur d'onde 2 et une finesse élevée, par exemple de 3GHz à mi-hauteur. Le Fabry Pérot crée alors des pertes additionnelles dans la cavité laser à toutes les longueurs d'onde sauf celles qui se trouvent immédiatement voisines de ce pic de transmission. Ceci force donc l'émission du laser à la longueur d'onde B21, avec une précision de l'ordre de la finesse du Fabry Pérot. La précision en longueur d'onde du laser est ainsi déterminée par les caractéristiques du Fabry Pérot uniquement. Par ailleurs, on choisit l'intervalle spectral libre AF du Fabry pérot (typiquement 100GHz) de telle sorte que les différents pics de transmission de fréquence optiques F2tn AF soient d'une part les longueurs d'onde souhaitées pour les différents guides, et d'autre part se trouvent à l'intérieur de la plage d'émission possible de ces guides. Le mécanisme décrit ci-dessus se répétera pour chacun des guides, chacun d'eux émettra donc à la longueur d'onde kan souhaitée, et correspondant à un pic de transmission du Fabry Pérot. Le Fabry Pérot apporte donc ainsi une précision une stabilité de la longueur d'onde d'émission, collectivement pour tous les guides. Dans un autre mode de réalisation, on incline légèrement le Fabry-Pérot dans une direction perpendiculaire ou parallèle au plan des faisceaux. On peut dés lors modifier la longueur d'onde du pic de transmission et la longueur d'onde qui sera couplée dans la fibre optique de sortie 11. La réponse du Fabry-Pérot étant la même quel que soit le guide d'onde 2,21, ..., 29 considéré, la longueur d'onde d'émission de tous les guides est donc très facilement ajustée. Dans un mode de mise en oeuvre pour des réseaux de télécommunication WDM sur la grille ITU et selon la figure 3, la géométrie des cavités est définie telle que chaque guide 2,21,..., 29 émet à une fréquence optique d'émission proche de la grille ITU, i. e. proche d'un multiple de 100 Ghz. Cette figure montre donc le taux de transmission d'un mode de la cavité laser au voisinage de la longueur d'onde ksi, ce qui détermine la plage d'émission possible du laser. La présence d'un Fabry Pérot selon l'invention, réduit l'excursion possible du mode autour de la longueur d'onde , ce qui a pour effet de réduire la plage d'émission possible, et d'en préciser la longueur d'onde centrale. Avantageusement, le Fabry-Pérot fixe la longueur d'onde d'émission potentielle de chaque guide d'onde, ce qui autorise une exigence moins grande sur la précision de la grande cavité laser. REVENDICATIONS 1. Source laser multilongueur d'onde comportant autant de guides d'onde amplificateurs que de longueurs d'onde d'émission (R n) potentielles, une optique de collimation envoyant les faisceaux émis par les guides d'onde sur un réseau, un rétroréflecteur constituant avec le réseau, un dispositif dispersif rétroréfléchissant qui définit avec chacun des guides d'onde une cavité externe résonnante, chaque guide d'onde ayant par rapport à sa cavité associée, une face intérieure placée au foyer de ladite optique de collimation et une face extérieure, la cavité externe étant dans une configuration de Littman-Metcalf, caractérisée en ce qu'un interféromètre de Fabry-Pérot est placé dans la cavité entre le réseau et le rétroréflecteur, ledit interféromètre ayant une fonction de transmission présentant des pics de transmission, chacune desdites longueurs d'onde d'émission potentielles étant fixée par un pic de transmission correspondant. 2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que deux pics de transmission consécutifs de l'interféromètre de Fabry-Pérot sont espacés d'un multiple ou sous-multiple de 100 GHz. 3. Source selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rétroflecteur est partiellement transparent et que le flux lumineux émis est collecté au travers du rétroréflecteur partiellement transparent et couplé dans une fibre de sortie unique. 4. Source selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rétroréflecteur est une lame semi-transparente. 5. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rétroflecteur est un système autoaligné. 6. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rétroréflecteur est un dièdre. 7. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rétroréflecteur comporte une lentille cylindrique et une lame semi-transparente. 8. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les guides d'onde amplificateurs sont identiques les uns les autres. 9. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les guides d'onde sont réalisés sur un même substrat semi-conducteur. 10. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la face intérieure de chaque guide d'onde porte un revêtement anti-réfléchissant. 11. Source selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce que la face extérieure des guides d'onde est réfléchissante à 100 %.