Brevet FR2901078A1 — publié le 20071116

DISPOSITIF RECONFIGURABLE DE MULTIPLEXAGE OPTIQUE A INSERTION/EXTRACTION COMPORTANT DES INTERFACES D'ENTREE/SORTIE OPTIQUES A BANDES LARGES. Le domaine de l'invention est celui des dispositifs reconfigurables de multiplexage optique à insertion/extraction et plus particulièrement, celui de leurs interfaces d'entrée/sortie. Ces dispositifs sont plus connus sous leur terminologie anglo-saxonne de ROADM signifiant Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer. Les réseaux modernes de télécommunications par fibres optiques sont de plusieurs catégories. On distingue les réseaux longues distances déployés à l'échelle d'un pays ou d'un continent, les réseaux métropolitains encore appelés réseaux intermédiaires mis en oeuvre à l'échelle d'une agglomération et enfin les réseaux locaux encore appelés réseaux de distribution ou réseaux d'accès. Ils représentent le dernier maillon de cette chaîne et finissent d'acheminer les informations à l'abonné. La topologie des réseaux métropolitains est généralement constituée de lignes de communication reliées entre elles par des dispositifs de type DSLAM, acronyme anglo-saxon signifiant Digital Subscriber Line Access Multiplexer. Généralement, les DSLAM sont raccordés à au moins un OADM comprenant essentiellement des multiplexeurs d'insertion/extraction optiques et qui permettent d'assurer les fonctions suivantes : • Extraction de données ; • Insertion de données ; • Suppression ou maintien des données. Lorsqu'on souhaite transmettre dans une même fibre optique un nombre important de canaux comportant des débits d'informations élevés, on utilise généralement le multiplexage en longueur d'onde encore appelé en terminologie anglo-saxonne WDM, acronyme signifiant Wavelength Division Multiplexing. Le principe mis en oeuvre consiste à coupler dans une seule fibre optique, au moyen de dispositifs optiques appropriés, plusieurs porteuses optiques à des longueurs d'onde voisines transmettant chacune des canaux d'informations différents. Des dispositifs optiques similaires sont utilisés en sortie de fibre pour séparer les différents canaux spectraux. On peut ainsi atteindre des débits de transmission de plusieurs dizaines de Gbits/s. Dans ce cas, les dispositifs DSLAM 1 raccordés aux ROADM ont l'architecture de la figure 1. Ils comportent essentiellement :. • un dispositif 11 et 12 de multiplexage/démultiplexage permettant de sélectionner les différents canaux spectraux; • Des dispositifs 10 de type ROADM disposés sur chacun des canaux spectraux représentés en gris sur la figure 1 ; • Des dispositifs 14 de conversion électro-optiques qui permettent de faire l'interface entre chaque ROADM 10 et les flux de données numériques venant des réseaux locaux ; • Des dispositifs complémentaires 13 de protection des cartes ROADM. Chaque dispositif est relié au reste du réseau par des liaisons à fibre optique. Il existe différentes technologies et différentes architectures possibles permettant de réaliser ces fonctions. Généralement, une structure OADM comprend des dispositifs de réception et d'émission électro-optiques permettant de recevoir, de bloquer, de transmettre ou d'ajouter des données sur chaque canal. Ainsi, il est possible de réaliser un ROADM en utilisant les technologies dites à blocage de longueur d'onde , encore appelées en terminologie anglo-saxonne wavelength blocker . Un ROADM utilisant cette technique comprend des moyens d'extraction et d'insertion de données entourant un ensemble de mutiplexage/démultiplexage comprenant une pluralité d'atténuateurs optiques variables encore appelés VOA pour Variable Optical Attenuator, chaque canal spectral disposé dans l'ensemble de mutiplexage/démultiplexage comportant un de ces atténuateurs. Cependant cette technologie a comme inconvénient principal de nécessiter un wavelength blocker qui est un composant coûteux Ce type de dispositif présente également certains inconvénients 35 liés aux conversions électro-optiques nécessaires aux traitements des données et aux sources d'émission utilisées. En effet, les conversions électroniques et les dispositifs associés comme par exemple des mémoires électroniques peuvent ralentir le traitement des données. D'autre part, l'émission doit se faire nécessairement à l'exacte longueur d'onde du canal. Ainsi, chaque carte comportant un système ROADM devient une carte spécifique ayant sa propre source d'émission émettant à une longueur d'onde spécifique. Dans ce cas, on parle de dispositifs colorés . On signifie ainsi que chaque ROADM fonctionne à une longueur d'onde spécifique. Pour pallier à ces inconvénients, le ROADM selon l'invention possède une architecture dite non colorée ou en en anglais colorless ne comprenant que des éléments électro-optiques fonctionnant sur une plage de longueurs d'onde suffisante permettant de traiter indifféremment tous les canaux spectraux d'une bande spectrale donnée. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction encore appelé ROADM apte à fonctionner pour tout canal spectral appartenant à une bande spectrale comportant une pluralité de canaux spectraux, ledit dispositif comprenant au moins un premier ensemble opto-électronique comportant un port d'entrée à fibre optique, un port de sortie à fibre optique, au moins une porte optique et des moyens de couplage optique, ladite porte et lesdits moyens aptes à fonctionner pour l'ensemble desdits canaux spectraux, les moyens de couplage étant couplés à au moins : • un modulateur optique dont la fonction est de transformer un signal électrique modulé en signal optique, couplé à une source d'émission de type WDM accordable, ledit modulateur et ladite source aptes à fonctionner au moins sur la totalité des canaux ; • un détecteur de photons également apte à fonctionner pour 30 l'ensemble desdits canaux spectraux dont la fonction est de transformer un signal optique modulé en signal électrique. Avantageusement, le modulateur optique ou le détecteur de photons sont des modulateurs optiques à électro-absorption pouvant fonctionner soit en transmission, soit en réflexion. Avantageusement, au moins un modulateur comporte un amplificateur optique à semi-conducteur. Avantageusement, la source d'émission de type WDM est une diode laser à réflecteur de Bragg distribué. Avantageusement, les moyens de couplage du premier ensemble opto-électronique comprennent un circulateur optique relié au moins aux ports d'entrée et de sortie et au modulateur optique. Avantageusement, le circulateur optique est également relié au détecteur de photons. Avantageusement, le premier ensemble opto-électronique comporte au moins un dispositif de multiplexage/démultiplexage relié au moins aux ports d'entrée et de sortie, les moyens de couplage étant disposés sur un des canaux. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : • La figure 1 représente le synoptique général d'un dispositif de commutation à ROADM ; La figure 2 représente le principe général d'un ROADM selon l'invention comprenant des éléments fonctionnant par transmission ; • La figure 3 représente le principe général d'un ROADM selon l'invention comprenant des éléments fonctionnant par réflexion ; Les figures 4, 5 et 6 représentent 3 variantes d'un ROADM selon l'invention comportant un circulateur optique relié à un modulateur ; • Les figures 7, 8 et 9 représentent 3 variantes d'un ROADM selon l'invention comportant un circulateur optique relié à un modulateur et à un détecteur de photons ; • Les figures 10 et 11 représentent deux variantes d'un ROADM selon l'invention comportant un dispositif de multiplexage/démultiplexage. Un ROADM doit pouvoir réaliser sur un signal arrivant sur son port d'entrée les opérations suivantes : • Transmission du signal sur le port de sortie ; • Atténuation ou blocage de ce signal ; • Extraction du signal et conversion en signal électrique appelée en terminologie anglo-saxonne fonction Drop • Conversion et insertion d'un nouveau signal électrique appelée en terminologie anglo-saxonne fonction Add . Pour que l'ensemble du ROADM soit colorless , c'est-à-dire apte à fonctionner avec n'importe quelle longueur d'onde appartenant à une bande spectrale donnée, il faut nécessairement que tous les éléments qui le composent le soient également. Typiquement, une bande spectrale utilisée en télécommunications optiques a une largeur de quelques dizaines de nanomètres et les longueurs d'onde utilisées sont séparées de moins de un nanomètre. Les longueurs d'onde utilisées sont généralement situées dans le proche infra-rouge autour de 1450 nanomètres ou de 1550 nanomètres. Les figures 2 et 3 représentent le principe général de ROADM selon l'invention comprenant des éléments fonctionnant ou par transmission ou par réflexion aptes à réaliser les fonctions ci-dessus. Lesdits ROADM 10 comprennent au moins : • un premier ensemble opto-électronique 20 comportant un port d'entrée à fibre optique 21, un port de sortie à fibre optique 22, des moyens de couplage optique ; • un modulateur optique 30 dont la fonction est de transformer un signal électrique modulé en signal optique, couplé à : • une source d'émission 40 de type WDM accordable ; • un détecteur de photons 50 dont la fonction est de transformer 30 un signal optique modulé en signal électrique. Sur les figures 2 et 3, la convention suivante a été adoptée : lorsque le composant fonctionne par réflexion, la liaison qui le relie au premier ensemble opto-électronique est une double flèche, lorsqu'il fonctionne par transmission, les liaisons sont indiquées par des flèches 35 simples. Pour que l'ensemble du ROADM soit colorless , il faut nécessairement que tous les éléments qui le composent le soient également. Les coupleurs et les détecteurs sont sensiblement colorless . Pour les fonctions de détection et d'insertion, on peut avantageusement utiliser des modulateurs optiques à électro-absorption, encore connus sous les acronymes français MEA ou anglais EAM. Le principe de fonctionnement des modulateurs à électroabsorption repose sur les modifications du spectre d'absorption d'un semi-conducteur soumis à un champ électrique. C'est au voisinage du bord d'absorption, là où la dérivée de l'absorption par rapport à la longueur d'onde est la plus grande que cet effet est le plus efficace. Une augmentation du champ électrique translate le bord d'absorption vers les grandes longueurs d'onde et de ce fait augmente l'absorption de la lumière traversant le conducteur. Ainsi, en pilotant la tension de commande d'un MEA au moyen d'un signal électrique modulé, on peut moduler l'amplitude d'un faisceau de lumière ayant une longueur d'onde correspondant au bord d'absorption. Il est également possible d'utiliser le modulateur en photodétecteur. Dans ce cas, l'absorption d'un signal optique modulé par le modulateur entraîne l'émission d'un courant induit dont l'amplitude a une modulation identique à celle du signal optique initial. Lorsque le faisceau de lumière traverse le modulateur, on dit qu'il fonctionne par transmission, lorsque le faisceau de lumière est réfléchi par la face arrière du modulateur, on dit qu'il fonctionne par réflexion. Dans ces conditions, la modulation est doublée. Un des intérêts du MEA est qu'il est opérationnel sur une bande spectrale compatible des bandes spectrales des télécommunications optiques. Par conséquent, un choix judicieux de ses différents paramètres peut le rendre colorless . Bien entendu, un modulateur ne peut émettre un signal modulé seul. Il faut nécessairement lui adjoindre une source de lumière de type WDM. Celle-ci peut être est une diode laser à réflecteur de Bragg distribué. L'intérêt de ce type de source est qu'il est possible d'en régler exactement la longueur d'onde d'émission. Ainsi, sans changer la source, il est possible d'adapter une carte ROADM selon l'invention à une longueur d'onde spécifique d'une bande spectrale donnée. On peut également adjoindre à un modulateur un amplificateur optique à semiconducteur, encore appelé SOA, acronyme signifiant Semiconductor Optical Amplifier. En commandant le gain de cet amplificateur, il est ainsi possible d'amplifier le signal ou de le stopper. L'ensemble peut être réalisé soit en composants discrets soit hybridé sur le même substrat. A partir des schémas de principe illustrés en figures 2 et 3, il existe une grande variété d'architectures possibles de dispositifs ROADM selon l'invention représentées sur les figures 4 à 11. Sur ces figures, seul le premier ensemble opto-électronique du ROADM a été détaillé. Les conventions suivantes ont été adoptées : les circulateurs optiques sont représentés par des cercles, les coupleurs optiques de type Y par des ellipses allongées, les éléments opto-électroniques par des carrés, les portes optiques par des rectangles. Les circulateurs optiques sont des dispositifs optiques passifs permettant d'envoyer ou de recevoir des signaux optiques sur plusieurs ports optiques. Afin d'éviter les échos parasites, un sens de rotation est privilégié. Ce sens de rotation est indiqué classiquement par une flèche semi-circulaire sur les figures 4 à 11. A titre de premier exemple non limitatif, les figures 4, 5 et 6 proposent trois variantes d'un même principe d'architecture de ROADM. La caractéristique essentielle de cette architecture est que le premier ensemble opto-électronique comporte un circulateur optique 23 relié au moins aux ports d'entrée 21 et de sortie 22 et au modulateur optique 30. La figure 4 représente une première variante de ce type d'architecture où le modulateur fonctionne par réflexion. Le premier ensemble opto-électronique 20 comprend : • un port d'entrée à fibre optique 21 ; • un port de sortie à fibre optique 22 ; • un circulateur optique 23 ; • une porte optique 24 ; • un amplificateur optique 26 ; • des coupleurs optiques 25 et 27.35 Sur la figure 4, Le circulateur 23 est relié : • au port d'entrée 21 par l'intermédiaire d'un premier coupleur 25 et d'une porte optique 24, ledit coupleur 25 étant lui-même relié au détecteur de photons 50. On réalise ainsi les fonctions de suppression et d'extraction de données ; • au modulateur optique 30 fonctionnant en réflexion, lui-même couplé à la source d'émission 40 de type WDM au moyen d'un second coupleur 27. On réalise ainsi la fonction d'insertion de données ; • au port de sortie 22. Cette première architecture peut avoir plusieurs variantes. Sur la figure 5, le modulateur fonctionne non plus par réflexion mais par transmission. II est ainsi couplé au circulateur 23 par deux ports différents, un port d'entrée et un port de sortie. Sur la figure 6, la porte optique comporte un élément de blocage 24 qui peut être un MEA et un élément d'amplification 28 qui peut être un SOA. Bien entendu, les architectures décrites sur les figures 5 et 6 peuvent être combinées. A titre de second exemple non limitatif, les figures 7, 8 et 9 proposent trois variantes d'un même principe d'architecture de ROADM. La caractéristique essentielle de cette architecture est que le premier ensemble opto-électronique comporte un circulateur optique 23 central relié au moins aux ports d'entrée 21 et de sortie 22, au modulateur optique 30 et au détecteur de photons 50. La figure 7 représente une première variante de ce type d'architecture. Le premier ensemble opto-électronique 20 comprend : • un port d'entrée à fibre optique 21 ; • un port de sortie à fibre optique 22 ; • un circulateur optique 23 ; • une porte optique 26 ; • un coupleur optique 27. Sur la figure 7, Le circulateur 23 est relié : • au port d'entrée 21 ; • à un détecteur de photons 50 ; • au modulateur optique 30 par l'intermédiaire d'une porte optique 26, le modulateur fonctionnant en réflexion, lui-même couplé à la source d'émission 40 de type WDM accordable au moyen d'un coupleur 27. On réalise ainsi les fonctions d'insertion et de suppression de données ; • au port de sortie 22. Cette seconde architecture peut avoir plusieurs variantes. Sur la figure 8, le détecteur de photons 50 fonctionne non plus par réflexion mais par transmission. Il est ainsi couplé au circulateur 23 par deux ports différents , un port d'entrée et un port de sortie. Sur la figure 9, le modulateur 30 fonctionne non plus par réflexion mais par transmission. Il est ainsi couplé au circulateur par deux ports différents, un port d'entrée et un port de sortie. Bien entendu, les architectures décrites sur les figures 8 et 9 peuvent être combinées. A titre de troisième exemple non limitatif, les figures 10 et 11 proposent deux variantes d'un même principe d'architecture de ROADM. La caractéristique essentielle de cette architecture est que le premier ensemble opto-électronique 20 comporte un ensemble multiplexeur/démultiplexeur 290 et 291 disposé entre les ports d'entrée 21 et de sortie 22. Comme il est indiqué sur les figures 10 et 11, chaque canal spectral disposé entre les ensemble de multiplexage/démultiplexage peut comporter les fonctions d'un ROADM réalisés au moyen des composants optiques et opto-électroniques décrits précédemment. Des embranchements secondaires 293 reliés à d'autres dispositifs opto-électroniques non représentés, peuvent également être insérés dans le premier ensemble opto-électronique 20 ainsi que des dispositifs de multiplexage/démultiplexage secondaires 292. Sur la figure 10, le modulateur 30 fonctionne par réflexion, sur la figure 11, le modulateur optique 30 fonctionne par transmission. REVENDICATIONS 1. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction encore appelé ROADM apte à fonctionner pour tout canal spectral appartenant à une bande spectrale comportant une pluralité de canaux spectraux, ledit dispositif comprenant au moins un premier ensemble opto-électronique (20) comportant un port d'entrée (21) à fibre optique, un port de sortie (22) à fibre optique, au moins une porte optique (24) et des moyens de couplage optique (25, 27), ladite porte et lesdits moyens aptes à fonctionner pour l'ensemble desdits canaux spectraux, les moyens de couplage étant couplés à au moins : • un modulateur optique (30) dont la fonction est de transformer un signal électrique modulé en signal optique, couplé à une source d'émission (40) de type WDM accordable, ledit modulateur et ladite source aptes à fonctionner au moins sur la totalité des canaux ; • un détecteur de photons (50) également apte à fonctionner pour 15 l'ensemble desdits canaux spectraux dont la fonction est de transformer un signal optique modulé en signal électrique. 2. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 20 modulateur optique (30) ou le détecteur de photons (50) sont des modulateurs optiques à électro-absorption. 3. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits 25 modulateurs fonctionnent en transmission. 4. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits modulateurs fonctionnent en réflexion. 5. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que au moins un modulateur comporte un amplificateur optique à semi-conducteur. 6. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'émission (40) de type WDM est une diode laser à réflecteur de Bragg distribué. 10 7. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage du premier ensemble opto-électronique comprennent un circulateur optique (23) relié au moins aux ports d'entrée et de sortie et au 15 modulateur optique. 8. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circulateur optique (23) est également relié au détecteur de photons. 20 9. Dispositif reconfigurable de multiplexage optique à insertion/extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble opto-électronique comporte au moins un dispositif de multiplexage/démultiplexage (290, 291) relié au moins aux ports d'entrée et 25 de sortie, les moyens de couplage étant disposés sur un des canaux. 5