Brevet FR3133504A1 — publié le 20230915

Système de modulation 10 configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant : un modulateur optique configuré pour recevoir : un signal d’entrée formé par une porteuse SOE, SOE1, SOE2, et un signal de modulation SM, SM1, SM2, un dispositif de refroidissement 12, 12-1, 12-2 configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 SYSTEME DE MODULATION CONFIGURE POUR CONTROLER LA MODULATION D’UN SIGNAL DOMAINE DE L’INVENTION L’invention a pour objet un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal optique d’entrée ETAT DE LA TECHNIQUE La conversion d’information du domaine électrique vers le domaine optique implique l’usage d’un modulateur. Il est connu d’avoir recours à des modulateurs permettant une modulation’ en amplitude. Un exemple de modulation en amplitude est la modulation d’impulsions en amplitude, qui est également nommée modulation « PAM » (dont l’acronyme anglais signifie « Pulse Amplitude Modulation »). Cette modulation est une forme de modulation du signal dans laquelle l'information de message est codée selon l'amplitude d'une série d'impulsions de signal. C'est un schéma de modulation des impulsions analogiques dans lequel les amplitudes d'un train d'impulsions de porteuse sont modifiées en fonction de la valeur d'échantillon du signal de message. Un type de modulation alternative est la modulation d’amplitude en quadrature, cette modulation est également nommée « QAM » (dont l’acronyme anglais signifie « Quadrature Amplitude Modulation »). Cette modulation est une forme de modulation d'une porteuse par modification de l'amplitude de la porteuse elle-même et d'une onde en quadrature selon l'information transportée par deux signaux d'entrée. Une quadrature est définie par une onde qui est déphasée de 90° par rapport à la porteuse. Autrement dit, la modulation QAM peut être considérée comme une modulation d'amplitude d'une onde, exprimée en complexe, par un signal, exprimé en complexe. L’amplitude et la phase de la porteuse sont simultanément modifiées en fonction de l'information à transmettre. Ces deux types de modulation sont connus pour comprendre une constellation de 16, 32 ou 64 points, comme illustrée en figures 1a, 1b et 1c, pour le cas de la modulation d’amplitude en quadrature. Les constellations QAM ayant un nombre important de points peuvent être utilisées pour obtenir un débit de données plus important. Et les constellations QAM ayant un nombre de points plus faibles sont utilisées pour réduire le bruit induit par la modulation et garantir un faible taux d'erreur binaire. Les figures 1a, 1b et 1c illustrent un diagramme de constellation. Le diagramme de constellation est la représentation d'un signal modulé par une modulation numérique comme la modulation d'amplitude en quadrature (QAM). La représentation se situe dans un diagramme bi-dimensionnel dont les axes délimitent le plan complexe aux instants d'échantillonnage des symboles. Les points dans le plan complexe sont les images des symboles présents à cet instant donné résultant de la modulation. Les diagrammes de constellation peuvent être utilisés pour identifier le type des interférences ou de la distorsion dans un signal. Représenter un symbole comme un nombre complexe permet d'en extraire les parties réelles (cosinus) et imaginaires (sinus). Un symbole peut donc être transmis en modulant deux porteuses de même fréquence avec ces composantes. On les appelle alors porteuses en quadrature. Un détecteur cohérent est capable de démoduler séparément ces composantes. Le principe qui consiste à moduler indépendamment deux porteuses constitue la base de la modulation en quadrature. Les deux composantes d'un symbole pris comme un nombre complexe peuvent être visualisées dans un système de coordonnées avec comme abscisse la composante réelle (axe des I, ou « en-phase ») et comme Ordonnée la composante imaginaire (axe des Q, ou « en quadrature »). Afficher l'ensemble des symboles à un instant donné dans ce système de coordonnées constitue le diagramme de constellation. Les points dans un diagramme de constellation sont appelés points de constellation. Les diagrammes de constellation illustrés en figures 1a, 1b et 1c montrent les différentes positions des états dans différents ordres de modulation d'amplitude en quadrature (QAM16, QAM32 et QAM 64). Plus l'ordre de la modulation augmente, plus le nombre de points sur le diagramme de constellation QAM augmente. On peut voir sur ces diagrammes de constellation QAM, que plus l'ordre de modulation augmente, plus la distance entre les points de la constellation diminue pour une amplitude maximale donnée. Par conséquent, de petites quantités de bruit peuvent causer des problèmes plus importants lorsque l'ordre de modulation augmente. Plus le niveau de bruit augmente en raison de la faiblesse des signaux, plus la zone couverte par un point de la constellation augmente. Si elle devient trop grande, le récepteur est incapable de déterminer la position du signal transmis sur la constellation, ce qui entraîne des erreurs. On constate également que plus l'ordre de modulation du signal QAM est élevé, plus la variation d'amplitude du signal transmis est importante si l’on veut maintenir une distance constante entre les points de la constellation. Les mêmes enseignements s’appliquent pour une modulation d’impulsions en amplitude, dite modulation PAM. Toutefois, les diagrammes de constellation PAM sont formés par une pluralité de points définis le long d’un axe. Pour pouvoir définir le nombre de points de la constellation, il est important de prendre en compte la zone linéaire et le taux d’extinction de l’amplificateur utilisé comme modulateur. Le taux d’extinction correspond au rapport en dB entre la puissance maximale du signal modulé par rapport à la puissance minimale du signal modulé. Le taux d’extinction du même amplificateur à température ambiante est de l’ordre de 20 dB. La zone linéaire définit la plage de puissances pour laquelle le signal d’entrée est amplifié à un gain désiré moins, par exemple, 1 ou 3 dB. Pour convertir un signal électrique en signal optique, Il est connu d’utiliser des modulateurs de trois types, le modulateur Mach-Zehnder (communément appelé modulateur MZM), le modulateur électro-absorbant (communément appelé modulateur EAM) et l’usage d’un amplificateur à semi-conducteurs. Le modulateur Mach-Zehnder est un interféromètre. Un interféromètre est un instrument permettant de former et d'étudier des franges d'interférence. Le modulateur Mach-Zehnder possède un taux d’extinction de l’ordre de 25 à 30 dB. Néanmoins, le modulateur Mach-Zehnder présente un taux d’extinction fortement réduit dans la zone quasi linéaire du modulateur. Ceci est causé par la fonction de transfert de ce modulateur qui est de forme sinusoïdale. Cette fonction de transfert est conditionnée par la tension d’un signal de modulation. Pour un tel modulateur, l’ordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-16, à savoir une modulation sur 16 niveaux d’amplitude distincts. Le modulateur électro-absorbant est une diode polarisée inversée. La diode est constituée à partir de matériaux semi‐conducteurs. La variation de la tension de polarisation modifie l’absorption d’une onde lumineuse incidente. Ainsi, en fonction de la variation de la tension de polarisation, une modulation d'amplitude d’un signal optique incident en fonction d’une tension inverse appliquée est obtenue. Toutefois, un tel dispositif présente une fonction de transfert qui présente une non-linéarité limitant le taux d’extinction dans la partie linéaire à uniquement 15dB. La plage de tension sur laquelle le modulateur électro-absorbant est commandé est largement plus faible que le modulateur Mach-Zehnder. Pour le modulateur électro-absorbant, l’ordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-4, à savoir une modulation sur 4 niveaux d’amplitude distincts. Un amplificateur est un système électronique ou opto-électronique amplifiant un signal électrique ou optique. L’énergie nécessaire à l’amplification est tirée de l’alimentation électrique du système. Un amplificateur parfait ne déforme pas le signal d’entrée : le signal de sortie est une réplique exacte du signal l’entrée avec une puissance majorée. Les amplificateurs sont utilisés dans quasiment tous les circuits en électronique et en optique : ils permettent d’élever la tension d'un signal électrique ou la puissance d’un signal optique vers un niveau exploitable par le reste du système, d'augmenter le courant de sortie d’un capteur pour en permettre la transmission sans interférence, de fournir une puissance maximale suffisante pour alimenter une charge comme une antenne radioélectrique ou une enceinte électroacoustique. Un amplificateur permet d’amplifier un signal pour une certaine bande passante. Dans le cas d’un circuit électrique, la bande passante définit une plage de fréquences dans laquelle le signal peut être amplifié. Dans le cas d’un circuit optique, la bande passante définit une plage de fréquences ou de longueurs d’onde dans laquelle le signal peut être amplifié, fréquence et longueur d’onde étant liées par l’équation , avec f définissant la fréquence de l’onde lumineuse (définie en Hz), c définissant la célérité (définie en m.s -1 ) et λ définissant la longueur d’onde de l’onde lumineuse (définie en m). L’amplification optique est obtenue en polarisation directe. Une modulation d'amplitude d’un signal optique incident peut être obtenue par la variation du courant de polarisation. La variation du courant de polarisation modifie le gain de l’amplificateur optique à semi-conducteurs. Le taux d’extinction de l’amplificateur optique à semi-conducteurs est typiquement de l’ordre de 10 à 15 dB. Pour un amplificateur optique à semi-conducteurs ou d’un un amplificateur optique à semi-conducteurs réflectif, l’ordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-4, à savoir une modulation sur 4 niveaux d’amplitude distincts. Il existe donc un besoin de pouvoir augmenter la zone linéaire sur laquelle le signal peut être modulée et le nombre de points de constellations. L’invention vise à fournir un système pour répondre à ces besoins. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION A cet effet, la présente invention a pour objet un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant : un modulateur optique configuré pour recevoir : un signal d’entrée formé par une porteuse, et un signal de modulation, un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale Avantageusement, à une telle température cryogénique, le taux d’extinction du modulateur optique est de l’ordre de 50 dB pour un courant de 100mA. Ceci permet avantageusement d’augmenter d’environ 15 dB le gain dans la zone linéaire du modulateur optique. Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, l’ordre maximal de modulation multiniveaux peut atteindre par exemple PAM-32, à savoir une modulation sur 32 niveaux d’amplitude distincts. Et le nombre de points de la constellation peut atteindre au moins 256 points en modulation d’amplitude en quadrature, dans le cadre d’une modulation électro-optique. Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, permet de réduire le bruit au niveau du signal d’entrée et du signal de modulation. Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, la plage de linéarité du modulateur est augmentée par rapport aux systèmes de modulation de l’art antérieur. Cela permet une modulation de signaux d’entrée dont l’amplitude de l’enveloppe n’est pas constante, comme dans le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (communément appelé OFDM : « Orthogonal Frequency-Division Multiplexing »). L’OFDM est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme d’une pluralité de sous-porteuses. Cette technique permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en permettant une égalisation de faible complexité. Ces canaux se manifestent notamment en présence de trajets multiples et sont d’autant plus pénalisants que le débit de transmission est élevé. Avantageusement, le système de modulation peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le modulateur optique est un modulateur laser ; et/ou le modulateur laser est une diode laser ; et/ou le modulateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteurs ou un amplificateur optique à semi-conducteurs réflectif ; et/ou le signal de modulation est un signal électrique ; et/ou le signal de modulation est un signal optique ; et/ou l’amplificateur optique à semi-conducteurs est un composant bidirectionnel configuré pour recevoir un premier signal optique d’entrée à une borne et un second signal optique d’entrée, identique au premier signal optique d’entrée, à une autre borne dans des directions opposées ; et/ou le signal optique d’entrée a une puissance supérieure ou égale à -30 dBm et inférieure ou égale à +10 dBm ; et/ou le dispositif de refroidissement est actif ; et/ou le dispositif de refroidissement est passif ; et/ou le dispositif de refroidissement est direct ; et/ou le dispositif de refroidissement est indirect ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend un régulateur de température, le régulateur de température étant configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi-conducteurs à une température cible avec une marge de une marge inférieure ou égale à 500 mK, de préférence inférieure ou égale à 200 mK, et supérieure ou égale à -500 mK, de préférence supérieure ou égale à -200 mK ; et/ou l’amplificateur optique à semi-conducteurs est monté sur un composant intégré ; et/ou le composant intégré est un composant intégré photonique ; et/ou le système de modulation comprend plusieurs amplificateurs optiques à semi-conducteurs ou plusieurs amplificateurs optiques à semi-conducteurs réflectifs ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend un dispositif de régulation de la température d’au moins deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs ; et/ou au moins deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs sont à une température différente ; et/ou le signal de modulation est un signal de modulation mutualisé pour chacun des amplificateurs optiques à semi-conducteurs ; et/ou le signal de modulation possède une bande passante supérieure ou égale à 0,01GHz et inférieure ou égale à 100 GHz, de préférence inférieure ou égale à 40 GHz ; et/ou le signal optique de modulation et le signal optique d’entrée ont des polarisations différentes ; et/ou la longueur d’onde du signal optique d’entrée diffère de la longueur d’onde du signal optique de modulation d’au moins 0,05 nm, préférentiellement d’au moins 0,1 nm, préférentiellement d’au moins 0,5 nm, préférentiellement d’au moins 1 nm, préférentiellement d’au moins 1,5 nm et encore plus préférentiellement d’au moins 5 nm ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend : un barreau en un matériau ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 20 watts par mètre-kelvin sur lequel sont disposés les amplificateurs, un point froid disposé à un premier endroit du barreau, et un dispositif de régulation de la température comprenant un capteur de température disposé à un deuxième endroit du barreau. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n’est donnée qu’à titre indicatif et qui n’a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures ci-dessous : est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un premier mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un troisième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un quatrième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un cinquième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un sixième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un septième mode de réalisation, est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un huitième mode de réalisation, et est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un neuvième mode de réalisation. Système de modulation (10) configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant : un modulateur optique configuré pour recevoir : un signal d’entrée formé par une porteuse (SOE, SOE1, SOE2), et un signal de modulation (SM, SM1, SM2), un dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K. Le système de modulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur optique est un modulateur laser. Le système de modulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modulateur laser est une diode laser. Le système de modulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) ou un amplificateur optique à semi-conducteurs réflectif. Le système de modulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal de modulation (SM, SM1, SM2) est un signal électrique. Le système de modulation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est direct. Le système de modulation selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est indirect. Le système de modulation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) comprend un régulateur de température (14, 14-1, 14-2), le régulateur de température étant configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi-conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) à une température cible (T1, T2) avec une marge de ± 500 mK, de préférence ± 200 mK. Le système de modulation selon l’une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l’amplificateur optique à semi-conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) est monté sur un composant intégré (22). Le système de modulation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composant intégré est un composant intégré photonique. Le système de modulation selon l’une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le système de modulation comprend plusieurs amplificateurs optiques à semi-conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) ou plusieurs amplificateurs optiques à semi-conducteurs réflectifs. Le système de modulation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le même dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est configuré pour refroidir au moins deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs (AMP, AMP1, AMP2). Le système de modulation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de modulation (SM, SM1, SM2) possède une bande passante supérieure ou égale à 0,01GHz et inférieure ou égale à 100 GHz, de préférence inférieure ou égale à 40 GHz.