Brevet FR2862453A1 — publié le 20050520

MODULE DE COMPENSATION DE DISPERSION CHROMATIQUE La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibre optique, et plus spécifiquement, la compensation de la dispersion chromatique et de la pente de dispersion chromatique dans des systèmes de transmission par fibre optique. Pour des fibres optiques, on qualifie généralement le profil d'indice en fonction de l'allure du graphe de la fonction qui associe au rayon de la fibre l'indice de réfraction. On représente de façon classique sur les abscisses la distance r au centre de la fibre, et sur les ordonnées la différence entre l'indice de réfraction du coeur et l'indice de réfraction de la gaine de la fibre. On parle ainsi de profil d'indice en "échelon", en "trapèze" ou en "triangle" pour des graphes qui présentent des formes respectives d'échelon, de trapèze ou de triangle. Ces courbes sont généralement représentatives du profil théorique ou de consigne de la fibre, les contraintes de fabrication de la fibre pouvant conduire à un profil sensiblement différent. Dans les nouveaux réseaux de transmission à hauts débits et multiplexés en longueur d'onde, dit WDM pour Wavelength Division Multiplexing, il est avantageux de gérer la dispersion chromatique, notamment pour des débits supérieurs ou égaux à 40Gbit/s ou à 160Gbit/s. L'objectif est d'obtenir, pour toutes les valeurs de longueur d'onde du multiplex, une dispersion chromatique cumulée sensiblement nulle sur la liaison, de sorte à limiter l'élargissement des impulsions. On appelle "dispersion chromatique cumulée", l'intégrale de la dispersion chromatique sur la longueur de la fibre; à dispersion chromatique constante, la dispersion chromatique cumulée est égale au produit de la dispersion chromatique par la longueur de la fibre. Une valeur cumulée de quelques dizaines de ps/nm pour la dispersion totale est en général acceptable. Il est aussi intéressant d'éviter, au voisinage des longueurs d'onde utilisées dans le système, les valeurs nulles de la dispersion chromatique locale, pour lesquelles les effets non linéaires sont plus importants. Enfin, il est aussi intéressant de limiter la pente de dispersion chromatique cumulée sur la plage du multiplex de sorte à éviter ou limiter les distorsions entre les canaux du multiplex. Cette pente est classiquement la dérivée de la dispersion chromatique par rapport à la longueur d'onde. On utilise classiquement comme fibre de ligne pour les systèmes de transmission à fibres optiques des fibres à saut d'indice, appelées aussi fibres SMF (acronyme de l'anglais "Single Mode Fiber"), ou des fibres à dispersion décalée non nulle, appelées aussi fibres NZ-DSF+ (acronyme de l'anglais "Non-Zero Dispersion Shifted Fiber"). On qualifie de NZ-DSF+ des fibres à dispersion décalée, présentant une dispersion chromatique non nulle et faiblement positive pour les longueurs d'onde auxquelles elles sont utilisées, typiquement autour de 1550 nm. Ces fibres présentent pour ces longueurs d'onde une dispersion chromatique faible, typiquement inférieure à 11 ps/(nm.km) à 1550 nm, et une pente de dispersion chromatique entre 0,04 et 0,1ps/(nmz.km). Les fibres SMF présentent pour ces mêmes longueurs d'onde, une dispersion chromatique typique de 17 ps/(nm.km) à 1550 nm, et une pente de dispersion chromatique d'environ 0.056ps/(nm2.km). Pour compenser la dispersion chromatique et la pente de dispersion chromatique dans des fibres SMF ou NZ-DSF+ utilisées comme fibres de ligne, il est connu d'utiliser des faibles longueurs de fibre de compensation de dispersion ou DCF (Dispersion Compensating Fiber en langue anglaise). Des fibres DCF sont décrites par exemple dans US-A-5 568 583 ou US-A-5 361 319, pour la compensation de la dispersion chromatique cumulée dans une fibre SMF. EP-A-1 067 412 ou la demande de brevet français déposée sous le numéro 01 06246246 décrivent des fibres de compensation de dispersion adaptées à compenser la dispersion chromatique et la pente de dispersion chromatique d'une fibre DSF à dispersion chromatique positive dans la bande de transmission. Ces fibres de compensation de dispersion connues présentent au voisinage d'une longueur d'onde de 1550 nm une dispersion chromatique négative et une pente de la dispersion chromatique négative. On cherche en général à respecter la relation suivante: (D/D')L SMF =(D/D')LDCF avec, D: la valeur de la dispersion chromatique; D' : la valeur de la pente de la dispersion; LSMF: la longueur de fibre de ligne; LOCF: la longueur de fibre de compensation. Ainsi, pour un tronçon de fibre de ligne donné, il faudra associer un tronçon donné de fibre de compensation, la longueur de fibre de compensation utilisée dépendant directement de sa valeur de dispersion négative et de sa pente de dispersion négative. On cherche à réaliser des profils de fibre permettant d'atteindre de très fortes valeurs de dispersion chromatique et de pente de dispersion négatives afin de limiter les longueurs de fibres de compensation utilisées dans les systèmes de transmission. Un tel profil de fibre de compensation de dispersion chromatique est par exemple décrit dans la publication A Novel design of a Dispersion Compensating Fiber , de K. Thyagarajan, R.K. Varshney, P. Palai, A.K. Ghatak, et I.C. Goyal, IEEE Photonics Technology Letters, Vol 8, Nol 1, Novembre 1996, pp1510-1512. Un tel profil permet d'atteindre une dispersion négative inférieure à 4500 ps/(nm.km) à 1550nm. Cependant, un tel profil de fibre entraîne une surface effective réduite et l'apparition d'effets non linéaires importants lorsque le signal optique se propage dans une telle fibre. Le document WO 02/21172 propose un autre profil de fibre de compensation de dispersion chromatique qui cherche à concilier une surface effective minimale et une dispersion chromatique négative importante. Une telle fibre présente une dispersion inférieure à -150ps/(nm.km) à 1550nm avec une surface effective comprise entre 12pm2 et 25pm2. Un autre profil est décrit dans la publication -1800ps/(nm.km) chromatic dispersion at 1.55pm in dual concentric core fiber de J.L. Auguste, R. Jindal, J.M. Blondy, M. Clapeau, J. Marcou, B. Dussardier, G. Monnom, D.B. Ostrowsky, B.P. Pal et K. Thyagarajan, Electronics Letters, 28 septembre 2000, Vol. 36, No 20, pp. 1689-1691. Un tel profil de fibre double coeur permet d'atteindre une forte compensation locale de la dispersion dans la fenêtre de transmission à 1.55pm. Une dispersion de - 1800ps/(nm.km) a été mesurée à 1.558pm. Une telle valeur de compensation est cependant limitée à une longueur d'onde donnée. Or, dans le cadre de systèmes de transmission WDM, il est nécessaire de compenser la dispersion sur l'ensemble des canaux de transmission d'une bande donnée. La publication Accurate tuning of the highly-negative-chromaticdispersion wavelength into a dual concentric core fibre by macro-bending de S. Février, J.L. Auguste, J.M. Blondy, A. Peyrilloux, P. Roy, D. Pagnoux, Proceedings of the ECOC 2002, Poster session, P1.08, Copenhagen, Denmark, décrit un profil de fibre présentant un fort minimum de dispersion chromatique négative, aux alentours de - 1800ps/(nm.km), à une longueur d'onde donnée. Ce minimum peut être décalé spectralement et sa valeur modifiée en courbant la fibre. Par ailleurs, le document WO 02/099483 propose un dispositif pour ajuster la dispersion chromatique par une action localisée sur une fibre de compensation de dispersion. Cette action peut être thermique ou mécanique et permet de modifier la compensation de la dispersion chromatique du signal avec une boucle de rétroaction. Une telle action permet une modification dynamique de la compensation de dispersion localisée sur une longueur d'onde donnée. Un tel dispositif ne permet pas de réaliser une compensation chromatique sur une large bande spectrale. Un tel dispositif permet d'atteindre une dispersion chromatique comprise entre - 70ps/(nm. km) et -140ps/(nm.km) pour des longueurs d'onde comprises entre 1520nm et 1570nm. La présente invention propose un module de compensation de dispersion et de pente de dispersion qui permet de réaliser une compensation de dispersion de l'ensemble des longueurs d'onde d'une bande spectrale donnée pour un signal optique multiplexé se propageant avec une dispersion chromatique et une pente de dispersion positive sur ladite bande spectrale. Cette compensation est effective tout en minimisant l'apparition d'effets non linéaires dans la propagation du signal. A cet effet, l'invention propose un module optique de compensation de dispersion chromatique comprenant une fibre optique enroulée de manière à présenter un rayon de courbure variable, la fibre ayant un profil d'indice tel qu'elle présente, pour le mode de propagation principal, une valeur de dispersion chromatique négative ayant un minimum à une longueur d'onde donnée dans une bande spectrale donnée, la valeur et la position spectrale du minimum de dispersion variant avec le rayon de courbure de la fibre. Selon une caractéristique, la valeur du minimum de dispersion chromatique de la fibre du module est inférieure à -500ps/(nm.km). Selon une caractéristique, la fibre du module est une fibre double coeur comprenant un coeur central d'indice de réfraction n,, une gaine d'indice de réfraction n2 et un coeur en anneau d'indice de réfraction n3, le profil de la fibre étant tel que la différence d'indice entre le coeur central et la gaine (On=n,-n2) est supérieure ou égale à 25.10-3 et la différence d'indice entre le coeur en anneau et la gaine (An'=n3-n2) est supérieure ou égale à 5.10-3, la différence d'indice de réfraction entre la zone située entre les deux coeurs concentriques et la gaine étant sensiblement égale à zéro. Selon une caractéristique, le coeur en anneau de la fibre du module a une largeur comprise entre 5pm et 8pm. Selon une caractéristique, la zone située entre les deux coeurs concentriques de la fibre du module a une largeur comprise entre 7pm et 1 lpm. Selon une caractéristique, le rayon de courbure de la fibre du module varie 10 entre 2cm et 30cm. Selon une caractéristique, une portion de la fibre du module présente un rayon de courbure infini. Selon une caractéristique, la fibre est enroulée de manière à ce que le module présente un coefficient de dispersion inférieur à -500ps/(nm.km) dans une 15 bande spectrale donnée de largeur supérieure ou égale à 5nm. Selon une caractéristique, la bande spectrale donnée est la bande C ou la bande L. L'invention concerne aussi un système de transmission optique comprenant une ligne de transmission et au moins un module de compensation de dispersion 20 chromatique selon l'invention. Selon une caractéristique, le système de transmission comprend un module de compensation de dispersion en entrée de ligne et un module de compensation de dispersion en sortie de ligne. Selon une caractéristique, le système de transmission comprend en outre une fibre de compensation de dispersion chromatique (DCF), la variation du rayon de courbure de la fibre du module de compensation de dispersion selon l'invention étant ajustée pour corriger des défauts de compensation de dispersion de la fibre de compensation de dispersion chromatique (DCF). Selon une caractéristique, le système de transmission comprend en outre des 30 moyens d'ajustement de l'enroulement de la fibre dans le module de compensation de dispersion. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront 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 qui représentent: - la figure 1, un profil d'indice d'une fibre utilisée dans le module selon 5 l'invention; la figure 2, une courbe de la dispersion chromatique simulée de la fibre de la figure 1 en fonction de la longueur d'onde; - la figure 3a, une vue schématique de côté d'un module de compensation de dispersion selon l'invention; la figure 3b, une vue schématique en coupe de la figure 3a; figure 4, une courbe de la dispersion chromatique simulée d'un module de la figure 3 en fonction de la longueur d'onde. Selon l'invention, un module optique de compensation de dispersion chromatique comprend une fibre optique enroulée de manière à présenter un rayon de courbure variable. La fibre peut être enroulée sur toute forme appropriée permettant une variation du rayon de courbure entre deux points donnés de la fibre, cette variation pouvant être linéaire ou non linéaire. Par exemple, une forme, tel qu'un cône, est adaptée pour obtenir une variation linéaire du rayon de courbure. La fibre possède un profil d'indice de réfraction présentant un coefficient de dispersion négatif ayant un minimum à une longueur d'onde donnée dans une bande spectrale donnée. Ce comportement spectral de la dispersion chromatique est vérifié pour le mode de propagation principal de la fibre qui peut être multimode dans certaines applications. Par ailleurs, le profil d'indice de réfraction de la fibre est tel que la valeur et la position spectrale du minimum de dispersion varie avec le rayon de courbure de la fibre. Une compensation de dispersion chromatique peut ainsi être accomplie sur toute une bande spectrale donnée et non pas seulement à une longueur d'onde donnée. De plus, des corrections de compensation peuvent être introduites pour des longueurs d'onde spécifiques à l'intérieur d'une bande spectrale donnée. La figure 1 illustre schématiquement le profil d'indice d'une fibre pouvant être utilisée dans un module de compensation de dispersion selon l'invention. La fibre est une fibre double coeur qui comprend un coeur central d'indice de réfraction n,, une gaine d'indice de réfraction n2 et un coeur en anneau d'indice de réfraction n3. Le profil de la fibre est tel que la différence d'indice entre le coeur central et la gaine (An=n,-n2) est supérieure ou égale à 25.10-3; et la différence d'indice entre le coeur en anneau et la gaine (An'=n3-n2) est supérieure ou égale à 5.103. De plus, la différence d'indice de réfraction entre la zone située entre les deux coeurs concentriques et la gaine est sensiblement égale à zéro. Le coeur central est très étroit, avec un rayon compris entre 0.75pm et 2pm et présente un saut d'indice important. Le coeur en anneau a un saut d'indice beaucoup plus faible que le coeur central et présente une largeur comprise entre 5pm et 8pm. La zone située entre les deux coeurs concentriques peut avoir une largeur comprise entre 7pm et 11 pm, cette zone n'est en outre pas enterrée, c'est-à- dire qu'elle ne présente pas un indice de réfraction négatif par rapport à l'indice de réfraction n3 de la gaine. La différence d'indice entre cette zone et la gaine est sensiblement égale à zéro. Cette différence d'indice peut être faiblement négative, de l'ordre de -3.10-3 à -2.10-3 sans qu'il soit considéré que cette zone est enterrée. Une fibre avec un tel profil d'indice présente une surface effective supérieure à 15,um2. Cette valeur permet en particulier de limiter les effets non linéaires. La propagation d'un signal optique dans une fibre présentant un tel profil d'indice avec deux coeurs concentriques fortement asymétriques est décrit dans la publication précédemment citée -1800ps/(nm.km) chromatic dispersion at 1.55pm in dual concentric core fiber de J.L. Auguste et al. La figure 2 montre une courbe simulée de la dispersion chromatique en fonction de la longueur d'onde dans une portion de la fibre de la figure 1. La dispersion chromatique D peut être calculée selon la formule suivante: D= - A/c * d2ne/ d,2 Avec, c, constante de la vitesse de la lumière; A longueur d'onde; ne, indice effectif. On constate sur la courbe simulée de la figure 2 que la valeur de la dispersion chromatique est fortement dépendante de la longueur d'onde dans le cas d'une fibre présentant le profil d'indice de la figure 1. La courbe présente un minimum à une longueur d'onde donnée, de -2908ps/(nm. km) à 1566nm dans l'exemple considéré. Ce pic de minimum est très sélectif et présente une largeur à mi-hauteur (FWHM) de 13nm. Il est ainsi possible d'introduire une très forte compensation de dispersion négative à une longueur d'onde donnée. Il a été établi par ailleurs que la valeur et la position spectrale de ce pic de minimum de dispersion négative pouvait varier avec le rayon de courbure de la fibre. Cela a en particulier été décrit dans la publication précédemment mentionnée Accurate tuning of the highlynegative-chromatic-dispersion wavelength into a dual concentric core fibre by macro-bending de S. Février et al. Les figures 3a et 3b illustrent un mode de réalisation d'un module de compensation de dispersion selon l'invention. Le module selon l'invention comprend une fibre optique 10, présentant un profil d'indice tel que décrit en référence à la figure 1. Au moins une portion 11 de cette fibre 10 est enroulée de manière à présenter un rayon de courbure variable. Par rayon de courbure variable, on entend une valeur de courbure différente entre deux points donnés de la fibre; et non pas une valeur constante de courbure de la fibre différente selon différents modes de réalisation. Une portion 11 de la fibre 10 peut donc être enroulée sur toute forme 20 appropriée permettant une variation du rayon de courbure R entre deux points donnés de la fibre. Cette variation du rayon de courbure R peut être linéaire ou non linéaire. Par exemple, une forme, tel qu'un cône 20, est adaptée pour obtenir une variation linéaire du rayon de courbure R. Ainsi, une première portion de la fibre présente un rayon de courbure R1 qui correspond à un minimum de dispersion chromatique négative d'une valeur donnée et à une longueur d'onde donnée; alors qu'une autre portion de la fibre présente un rayon de courbure R2, différent de R1, qui correspond à un autre minimum de dispersion chromatique négative d'une valeur donnée et à une longueur d'onde donnée. Or, le fait d'avoir des valeurs et positions spectrales de pics de dispersions négatives différentes sur une même portion de fibre 11 permet d'introduire une forte dispersion négative sur toute une bande spectrale donnée et non pas seulement pour une valeur de longueur d'onde donnée. Ainsi, pour toute une bande spectrale donnée, d'une largueur supérieure ou égale à 5nm, la valeur de la dispersion chromatique du module selon l'invention peut être inférieure ou égale à -500ps/(nm.km). En particulier, la bande spectrale donnée peut être tout ou partie de la bande C ou de la bande L ou toute autre bande spectrale ou sous bande utilisée pour de la transmission optique. Les variations du rayon de courbure R sur la portion de fibre 11 sont adaptées selon les applications. Le rayon de courbure R peut varier de 2cm, voir moins, à 30cm, voir plus, avec une ou plusieurs portions droites, c'est-à-dire présentant un rayon de courbure infini. La fibre peut également être enroulée sur plusieurs formes de diamètres différents. Le module peut alors être ajustable, en fonction des longueurs de fibre 15 enroulées sur l'une ou l'autre des formes. La figure 4 illustre une application du module selon l'invention. Les valeurs de dispersion reportées correspondent à la dispersion chromatique d'un agencement modélisé avec 150m de fibre sur un cône. Si on considère une courbe de dispersion donnée sur une bande spectrale donnée, constituant une courbe de gabarit de dispersion (courbe trait plein) ; il est possible de décomposer cette courbe en une pluralité de réponses élémentaires de dispersion chromatique à des longueurs d'onde données (courbes pointillés), chacune de ces réponses élémentaires étant obtenue par la fibre présentant un rayon de courbure donné. Ainsi, le module selon l'invention permet non seulement une forte compensation de dispersion chromatique sur une bande donnée mais permet également une correction localisée de compensation de dispersion en introduisant une dispersion négative plus forte sur une ou des longueurs d'onde données. Le module selon l'invention trouve ainsi une application dans les systèmes de transmission optiques comprenant des lignes de transmission introduisant une dispersion chromatique positive, telles que les fibres SMF ou NZ-DSF+ précédemment décrites. Selon une application, un module selon l'invention peut être placé en entrée de la ligne de transmission et un autre module en sortie de ligne. En effet, le fait de pouvoir introduire une forte valeur de dispersion négative sur toute une bande spectrale permet de compenser la dispersion chromatique d'une grande longueur de fibre de transmission par une longueur limitée de fibre enroulée dans un module selon l'invention. Selon une autre application, qui peut s'ajouter à la première, le module selon l'invention peut être disposé dans un système de transmission comprenant une fibre de transmission, telle qu'une SMF, et une fibre de compensation de dispersion classique, telle que les DCF mentionnées précédemment. Le module selon l'invention peut alors permettre de corriger localement un défaut de compensation de dispersion chromatique de la DCF. Par exemple, si certaines longueurs d'onde de la bande spectrale considérée ne sont pas assez compensées, le module selon l'invention peut rattraper cette disparité en ajustant une portion de la fibre spécifique avec le rayon de courbure adapté. En particulier, le système de transmission peut comprendre des moyens d'ajustement de l'enroulement de la fibre spécifique du module selon l'invention. Par exemple, en décalant tout ou portion de la fibre du module le long d'un cylindre conique, en changeant la forme de l'enroulement, ou en enroulant plus ou moins de longueur de fibre sur différents cylindres de diamètres différents. Le module selon l'invention peut ainsi compenser fortement une dispersion chromatique positive sur une large bande spectrale et/ou corriger localement dans une bande spectrale une disparité de dispersion chromatique à une longueur d'onde donnée. En outre, la compensation de dispersion chromatique avec un module selon l'invention peut être ajustée lors de la mise en place de la ligne et accordée par la suite selon l'évolution de la ligne. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples proposés plus haut. 30 En particulier, les variations du rayon de courbure sur la portion de fibre peuvent être ajustées et le profil d'indice de la fibre adapté selon les applications. REVENDICATIONS 1. Module optique de compensation de dispersion chromatique comprenant une fibre optique enroulée de manière à présenter un rayon de courbure variable, la fibre ayant un profil d'indice tel qu'elle présente, pour le mode de propagation principal, une valeur de dispersion chromatique négative ayant un minimum à une longueur d'onde donnée dans une bande spectrale donnée, la valeur et la position spectrale du minimum de dispersion variant avec le rayon de courbure de la fibre. 2. Module optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur du minimum de dispersion de la fibre du module est inférieure à 500ps/(n m. km). 3. Module optique selon la revendication 1 à 2, caractérisé en ce que la fibre est une fibre double coeur comprenant un coeur central d'indice de réfraction n,, une gaine d'indice de réfraction n2 et un coeur en anneau d'indice de réfraction n3, le profil de la fibre étant tel que la différence d'indice entre le coeur central et la gaine (An=n,-n2) est supérieure ou égale à 25.10 3 et la différence d'indice entre le coeur en anneau et la gaine (An'=n3-n2) est supérieure ou égale à 5.10-3, la différence d'indice de réfraction de la zone située entre les deux coeurs concentriques et la gaine étant sensiblement égale à zéro. 4. Module optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coeur en anneau a une largeur comprise entre 5pm et 8pm. 5. Module optique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la zone située entre les deux coeurs concentriques a une largeur comprise entre 7pm et 11pm. 6. Module optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la fibre varie entre 2cm et 30cm. 7. Module optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que une portion de la fibre présente un rayon de courbure infini. 8. Module optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fibre est enroulée de manière à ce que le module présente un coefficient 5 de dispersion inférieur à -500ps/nm/km dans une bande spectrale donnée de largeur supérieure ou égale à 5nm. 9. Module optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bande spectrale donnée est la bande C. 10. Module optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bande spectrale donnée est la bande L. 11. Système de transmission optique comprenant une ligne de transmission et au moins un module de compensation de dispersion chromatique selon l'une des revendications 1 à 10. 12. Système de transmission optique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un module de compensation de dispersion en entrée de ligne et un module de compensation de dispersion en sortie de ligne. 13. Système de transmission optique selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une fibre de compensation de dispersion chromatique (DCF), la variation du rayon de courbure de la fibre du module de compensation de dispersion étant ajustée pour corriger des défauts de compensation de dispersion de la fibre de compensation de dispersion chromatique (DCF). 14. Système de transmission optique selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'ajustement de 25 l'enroulement de la fibre dans le module de compensation de dispersion.