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DISPOSITIF DE GENERATION DE PORTEUSES POUR SYSTEME DE
TRANSMISSION OPTIQUE A MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D'ONDE A
SIGNAUX RZ
5 La présente invention concerne le domaine des transmissions par fibres
optiques, et notamment les systèmes de transmission optiques à multiplexage en
longueur d'onde. Elle concerne plus particulièrement les sources de signaux
pour des
systèmes de transmission à signaux RZ (retour à zéro).
La transmission de signaux en multiplexage de longueur d'onde implique de
générer des signaux optiques à différentes longueurs d'ondes, pour transporter
différentes informations. On appelle génération des porteuses optiques
l'émission de
lumière, suivie de la mise en forme des impulsions. Cette génération est
suivie d'un
codage des impulsions avant leur transmission.
La solution la plus simple et la plus répandue pour générer des porteuses
optiques pour un système de transmission à multiplexage en longueur d'onde
consiste à utiliser une source lumineuse par canal, à mettre en forme les
impulsions à
la fréquence bit, pour chacun des canaux, et enfin à coder séparément les
signaux
des différents canaux du peigne de longueurs d'onde. Cette solution implique
de
disposer d'un élément de chaque type - source, dispositif de mise en forme
20 d'impulsion et dispositif de codage - pour chacun des canaux. Le coût de la
solution
augmente donc avec le nombre de canaux dans le multiplex; le coût est d'autant
plus
élevé que la fréquence bit est importante - 40 Gbit/s par exemple - et que les
composants spécifiques sont rares, comme dans le cas des impulsions RZ.
Y Takushima, 10-GHz, over 20-channel multiwavelength pulse source by
slicing super-continuum generated in normal-dispersion fiber, IEEE Photonics
Technology Letters, vol. 1 1 no. 3, mars 1999, propose de générer un super-
continuum dans une fibre à dispersion normale par un laser à semi-conducteur
verrouillé en mode, et de découper ce super-continuum en canaux grâce à un
réseau
guide d'onde (en anglais AV~/G ou arrayed waveguide grating). Dans ce
dispositif,
30 l'impulsion générée par le laser est élargie spectralement par effet non-
linéaire dans
la fibre pour former un signal large bande sensiblement continu sur toute la
largeur
de bande et appelé super continuum. Ce dispositif fournit un signal aux
propriétés
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spectro-temporelles qui le rendent difficilement utilisables pour la
propagation
ultérieure.
B. Mikkelsen et autres, All-optical wavelength converter scheme for high
speed RZ signal formats, Electronics Letters, vol. 33 no. 25, Décembre 1997,
propose
un dispositif de conversion de longueur d'onde pour des signaux RZ, qui
constitué de
deux amplificateurs optiques à semiconducteur (SOA), disposés dans un
interféromètre de Mach-Zender qui est intégré monolithiquement. La conversion
s'effectue par modulation de phase croisée différentielle entre les deux
amplificateurs.
Ce dispositif est utilisé dans ce document comme convertisseur de longueur
d'onde.
10 Ce dispositif présente des pertes de l'ordre de 20 dB et serait donc
difficilement
utilisable pour générer une porteuse présentant les qualités spedro-
temporelles
nécessaires pour une transmission à multiplexage en longueur d'onde à haut
débit,
du type 40 Gbit/s par canal ou plus.
Par ailleurs, FR-A-2 742 $87 (folio 21069) décrit un miroir non-linéaire en
15 boucle (en anglais NOLM ou nonlinear optical loop mirror) à deux entrées de
contrôle, qui est utilisé comme régénérateur pour des signaux solitons. Ce
document
décrit en outre le principe de fonctionnement du miroir non-linéaire en
boucle. S.
Bigo et al., IEE Electronics Letters, vol. 31 n° 2, p. 2191-2193, ou S.
Bigo et al.,
Optics Letters, vol. 21 n 18, p. 1463-1465 décrivent une utilisation d'un
miroir
20 optique non-linéaire comme modulateur de phase.
II existe donc un besoin d'une solution simple et efficace pour générer des
porteuses optiques pour des systèmes de transmission à multiplexage en
longueur
d'onde.
L'invention apporte une solution à ce besoin ; elle permet de générer
25 simplement des porteuses à partir d'une seule horloge RZ.
Plus précisément, l'invention propose un dispositif de génération de signaux
RZ, comprenant une pluralité de sources optiques fournissant chacune un signal
optique d'entrée, une horloge optique fournissant un signal d'horloge, et une
porte
optique recevant sur une entrée les signaux optiques d'entrée et sur une
entrée de
30 contrôle le signal d'horloge et fournissant en sortie pour chaque signal
d'entrée un
signal RZ. De préférence, lo porte optique présente des pertes inférieures à
15 dB.
Chaque source optique peut fournir un signal d'entrée sous forme d'une
onde continue, ou un signal d'entrée codé NRZ.
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Dons un mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non-
linéaire en boucle avec au moins un amplificateur optique. On peut utiliser un
amplificateur optique à servi-conducteur, ou deux amplificateurs optiques.
Dans un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir
non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de non-linéarité,
telle
une fibre non-linéaire.
II est avantageux que le miroir non-linéaire comprenne une entrée de
contrôle par laquelle le signal d'horloge est injecté dans la boucle du miroir
non-
linéaire. On peut aussi prévoir deux entrées de contrôle par lesquelles le
signal
d'horloge est injecté dans la boucle du miroir non-linéaire dans deux
directions de
propagation
Dans encore un mode de réalisation, la porte optique comprend un
interféromètre de Mach Zender dans lequel est disposé au moins un
amplificateur
optique.
On peut dans tous les cas prévoir en sortie de la porte optique un filtre
adapté à filtrer le signal d'horloge, ou un démultiplexeur.
L'invention propose aussi un procédé de génération de signaux RZ,
comprenant les étapes de
- application d'une pluralité de signaux d'entrée fourni chacun par une
source optique à l'entrée d'une porte optique ;
- application à l'entrée de contrôle de la porte optique d'un signal
d'horloge fourni par une horloge optique.
De préférence, la porte optique présente des pertes inférieures à 15 dB
Chaque signal d'entrée fourni par une source optique peut être une onde
continue ou un signal codé NRZ. Le signal d'entrée peut aussi être multiplexé
en
longueurs d'onde.
Dans un mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir non-
linéaire en boucle avec au moins un amplificateur optique, typiquement un
amplificateur optique à servi-conducteur. On peut aussi prévoir deux
amplificateurs
optiques.
Dans un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un miroir
non-linéaire en boucle avec au moins un moyen de génération de non-linéarité,
telle
une fibre non-linéaire.
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II est possible que le miroir non-linéaire comprenne deux entrées de
contrôle, et que l'étape d'application du signal d'horloge comprenne
l'application du
signal d'horloge aux deux entrées de contrôle.
Dans encore un autre mode de réalisation, la porte optique comprend un
interféromètre de Mach Zender dans lequel est disposé au moins un
amplificateur
optique.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de filtrage du signal
d'horloge en sortie de lo porte optique, ou une étape de démultiplexage des
signaux
fournis par la porte optique.
10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture
de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à
titre
d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent
- figure 1, une représentation schématique d'un dispositif de génération de
signaux RZ non-codés ;
15 - figure 2, une représentation schématique d'un dispositif de génération de
signaux RZ codés;
- figure 3, une représentation schématique d'un mode de réalisation pour
générer une porteuse sur une seule longueur d'onde, utile à la
compréhension de l'invention;
20 - figure 4, une représentation schématique d'un autre mode de réalisation
de
l'invention, dans lequel la porte optique comprend un miroir non-linéaire en
boucle;
- figure 5, une représentation schématique d'encore un mode de réalisation
de l'invention, dans lequel la porte optique comprend un miroir non-
25 linéaire en boucle a deux têtes ;
- figure 6, une représentation schématique d'encore un mode de réalisation
de l'invention, dans lequel la porte optique comprend un interféromètre.
L'invention propose, pour générer plusieurs porteuses, de commuter des
ondes continues à l'aide d'une horloge optique RZ. L'utilisation d'une horloge
optique
30 unique rend possible l'utilisation d'une horloge de bonne qualité, et
permet d'obtenir
des signaux de sortie qui sont aussi de bonne qualité.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de
génération de signaux RZ non-codés; le dispositif de la figure 1 comprend une
série
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de sources d'ondes continues à différentes longueurs d'onde n.,, î,,2, ...
i..", et un
multiplexeur 2 pour multiplexer les ondes continues provenant des différentes
sources. On peut utiliser comme sources toutes les sources connues en soi, et
notamment des lasers à semi-conducteurs, ou des diodes ; on peut utiliser
comme
multiplexeur l'un des composants disponibles à cet effet dans le commerce. On
obtient en sortie du multiplexeur des ondes continues aux différentes
longueurs
d'onde du multiplex.
Les ondes continues multiplexées sont appliquées à une entrée d'une porte
optique 4. Celle-ci est commandée par une entrée de commende à laquelle est
appliquée une horloge optique, comme symbolisé sur la figure 1 par la flèche
6. On
obtient en sortie de la porte optique des porteuses non-codées, autrement dit
pour
chacune des longueurs d'onde, une série d'impulsions de même allure que
l'horloge
optique. De préférence, la porte optique présente des pertes inférieures à 15
dB, ce
qui assure en sortie un rapport signal à bruit suffisant pour permettre une
transmission à multiplexage en longueur d'onde des canaux générés
Comme l'invention propose en fait de répliquer la même horloge optique
sur différentes longueurs d'ondes, elle permet de n'utiliser qu'une seule
horloge de
bonne qualité. On assure que les porteuses générées sont d'une qualité
équivalente,
et présentent les caractéristiques spectrotemporelles permettant une bonne
propagation ultérieure.
Dans l'exemple de la figure l, les signaux fournis ne sont pas codés. La
figure 2 montre au contraire une représentation schématique d'un dispositif de
génération de signaux RZ codés. Le dispositif comprend comme le dispositif de
la
figure 1 comprend une série de sources à différentes longueurs d'onde ~.,,
~,2, ... ~.";
ces sources sont à l'inverse de la figure 1 des sources codées NRZ, et non pas
des
sources produisant des ondes continues. On peut par exemple utiliser des
sources
telles que des diodes, avec un courant d'émission modulé, ou toute autre
source NRZ
connue en soi.
Comme dans le dispositif de la figure 1, les signaux provenant des sources
aux différentes longueurs d'onde sont multiplexés par un multiplexeur 2. On
obtient
en sortie du multiplexeur des signaux NRZ multiplexés.
Ces signaux sont appliqués à une entrée d'une porte optique 4. Celle-ci est
commandée par une entrée de commande à laquelle est appliquée une horloge
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optique, comme symbolisé sur la figure 2 par la flèche 6. On obtient en sortie
de la
porte optique des porteuses codées, autrement dit pour chacune des longueurs
d'onde, une série d'impulsions de même allure que l'horloge optique, et qui
correspondent au niveau haut des signaux NRZ.
5 Le mode de réalisation de la figure 2 évite un codage ultérieur des signaux.
II présente les mêmes avantages que le mode de réalisation de la figure 1, et
notamment une bonne qualité des signaux RZ.
La figure 3 montre une représentation schématique d'un mode de réalisation
pour générer une porteuse sur une seule longueur d'onde, qui est utile à la
10 compréhension du mode de réalisation de l'invention représenté sur la
figure 4.
L'exmple de la figure 3 utilise un miroir non linéaire en boucle (NOLM) 10.
Celui-ci
est constituée d'une boucle de fibre 12 reliée à deux entrées d'un coupleur 14
à
quatre entrées. Le coupleur est par exemple un coupleur 50/50, ou plus
généralement un coupleur rl/1-r~. Les deux autres entrées du coupleur sont
15 respectivement l'entrée et la sortie du miroir non linéaire. Le miroir
présente une tête
ou coupleur 16 pour injecter dons la boucle de fibre un signal de commande,
qui
dans le dispositif de la figure 3 est le signal d'horloge de référence.
Est enfin prévu sur la boucle de fibre un amplificateur optique à semi-
conducteur 18. Ce SOA est décalé sur la fibre, d'est à dire qu'il ne se trouve
pas à
20 équidistance des deux extrémités de la fibre. Au contraire, on note ~t (e
décalage
entre la position du SOA et le point de symétrie du miroir. Le SOA peut être
du type
commercialisé par Alcatel Optronics.
En sortie du miroir est prévu un filtre 19 de réfection du signal d'horloge,
par
exemple un filtre Fabry Perot centré sur la longueur d'onde du signal. .
25 Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est le suivant. Un signal
continu est injecté dans le miroir non-linéaire en boucle, par l'entrée du
coupleur ; il
est séparé par le coupleur en deux signaux qui se propagent dans la boucle
dans des
directions opposées. Les signaux se propageant dans les deux directions
opposées
traversent la fibre, sont recombinés dans le coupleur, et sortent du miroir
non-
30 linéaire. Par ailleurs, le coupleur 16 injecte dans la boucle de fibre un
signal
d'horloge de référence ; ce signal de référence excite l'amplificateur optique
à semi-
conducteur.
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Les signaux qui se propageant suivant des directions inverses dans la boucle
de fibre sont modulés par l'amplificateur à semi-conducteur ; la modulation de
phase croisée sur les deux signaux conduit à une réplication d'horloge optique
sur le
signal continu initialement injecté. La position de l'amplificateur optique
dans la
boucle permet de contrôler ie déphasage entre les deux signaux qui se
propagent
dans des directions opposées, et donc l'efficacité de la modulation de phase
croisée.
On obtient ainsi en sortie du miroir non-linéaire un signal à la longueur
d'onde du signai continu d'entrée, sur lequel est répliqué l'horloge de
sortie. Le filtre
permet d'éliminer du signal de sortie l'horloge utilisée pour commander la
porte
optique.
On pourrait injecter dans la dispositif de la figure 3 un signal codé NRZ à la
place d'une onde continue. Dans ce cas, comme expliqué en référence à la
figure 2,
on obtiendrait en sortie du dispositif une porteuse codée.
La figure 4 montre une représentation schématique d'un mode de réalisation
de l'invention pour générer une pluralité de porteuses. Le dispositif de la
figure 4
présente une configuration analogue à celle de la figure 1 ou 2, à cela près
que la
porte optique est comme dans le cas de la figure 3 un miroir non-linéaire en
boucle.
Le dispositif comprend donc une pluralité de sources aux différentes longueurs
d'ondes de porteuses à émettre ; ces sources peuvent être des sources d'ondes
continues, comme représenté à la figure, mais elles pourraient aussi être des
sources
codées NRZ ; Les diffërentes sources sont injectées dans un multiplexeur 20,
dont la
sortie est reliée à une entrée d'un miroir non-linéaire en boucle 22. Ce
miroir,
comme celui de la figure 3, comprend un coupleur 24, une fibre 25 reliée à
deux
entrées du coupleur, un coupleur 26 pour l'injection d'un signal de contrôle,
et un
amplificateur optique à semi-conducteur 28.
En sortie du miroir est prévu dans le mode de réalisation représenté à la
figure un démultiplexeur 30 pour démultiplexer les différentes porteuses
obtenues, et
permettre le codage des signaux.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est analogue à celui du
dispositif de la figure 3 : l'horloge injectée dans le miroir non-linéaire est
répliquée
sur les différentes ondes continues, et l'on obtient en sortie du miroir une
pluralité de
porteuses aux différentes longueurs d'onde. Le multiplexeur permet de séparer
les
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différentes longueurs d'onde pour le codage ultérieur. En outre, il assure
dans ce
mode de réalisation la réfection de l'horloge.
La figure 5 montre une représentation schématique d'encore un mode de
réalisation de l'invention, dans lequel la porte optique est formée d'un
miroir non
linéaire à deux tëtes, comme celui décrit dans la demande de brevet FR-A- 2
742
887. Le dispositif de la figure 5 est analogue à celui de la figure 4,
toutefois, le miroir
non-linéaire présente deux têtes ou entrées de contrôle; en outre le miroir
non-
linéaire présente deux amplificateurs optiques 28 et 38. Le dispositif
présente donc
un coupleur 32, pour dupliquer le signal de contrôle à injecter. La première
sortie du
coupleur 32 est reliée au premier coupleur d'injection du signal de contrôle,
qui est
numéroté 26 comme dans la figure 4. La deuxième sortie du coupleur 32 est
reliée à
un deuxième coupleur 34 d'injection du signal de contrôle, qui injecte le
signal qu'il
reçoit dans la fibre du miroir non-linéaire, dans une direction inverse de
celle du
premier coupleur d'injection. Est prévu entre le coupleur 32 et le deuxième
coupleur
34 un dispositif de contrôle de la phase, par exemple un déphaseur 36. Ce
déphaseur permet de contrôler la phase relative des signaux de contrôle
injectés
dans les deux têtes du miroir non-linéaire. Lorsque les deux coupleurs
d'injection
présentent comme représenté à la figure 5 des positions symétriques dans le
miroir
non-linéaire, le dispositif de contrôle de la phase assure que les phases des
signaux
injectés sont identiques. Plus généralement, si les positions des deux
coupleurs ne
sont pas symétriques, le dispositif de contrôle de phase assure que la somme
des
phases est nulle au voisinage du coupleur d'entrée du miroir non-linéaire.
On note comme sur les figures précédentes ~t le décalage entre la position
du premier amplificateur et le point de symétrie du miroir, et Ot' le décalage
entre la
position du second amplificateur et le point de symétrie du miroir. Les
amplificateurs
sont disposés de part et d'autre du point de symétrie du miroir. La symétrie
du
dispositif du point de vue des ondes co-propagatives et contra-propagatives
permet
de moyenner les imperfections de l'amplificateur optique (dans le cas des
figures 3 et
4) ou des deux amplificateurs optiques (dans le cas de ia figure 5). On peut
de la
sorte mieux contrôler les impulsions que dans le cas où la porte optique est
formée
d'un interféromètre Mach-Zender.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est identique à celui de la
figure 4. Le miroir non-linéaire fonctionne comme décrit dans la demande de
brevet
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précitée : les deux séries de signaux aux différentes longueurs d'onde
injectées dans
le miroir non-linéaires sont modulées par les deux amplificateurs, et l'on
obtient en
sortie du miroir non-linéaire des porteuses sur lesquelles est reproduit le
signal
d'horloge. La modulation par le deuxième amplificateur s'exerce principalement
sur
5 les signaux se propageant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre,
ce qui
permet d'améliorer l'efficacité du miroir, en agissant sur les signaux se
propageant
dans les deux directions.
La figure 6 montre encore un mode de réalisation de l'invention, dans
lequel la porte optique est constituée d'un interféromètre Mach Zender 40 avec
un
amplificateur optique 42. Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est
identique
à celui de la figure 3.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes
de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses
variantes accessibles à l'homme de l'art. Ainsi, les modes de réalisation des
figures 4
et 5 présentent un démultiplexeur pour séparer les différentes porteuses et
permettre
leur codage : on pourrait bien entendu procéder à d'autres traitements sur
l'ensemble des signaux avant leur codage, ou transmettre les porteuses avant
de les
coder. La position des coupleurs permettant l'injection des signaux de
contrôle dans
les miroirs non-linéaires peut être différente de celle représentée sur les
figures. On
20 peut dans le cas de la figure 5 ajuster la longueur de fibre entre le
coupleur 32 et les
coupleurs d'injection pour fixer les phases relatives des signaux injectés
dans les deux
têtes du miroir non-linéaire.
Les modes de réalisation des figures 4 et 5 utilisent dans le miroir non-
linéaire un amplificateur optique à semi-conducteur comme moyens pour générer
25 des non-linéarités. On pourrait aussi utiliser un autre dispositif pour
générer ces non-
linéarités, et par exemple de la fibre fortement ou faiblement non-linéaire.
Une fibre
SMF ou une fibre chalcogénide sont adaptés. La non-linéarité accumulée dépend
de
ia longueur de fibre. Cette solution est moins avantageuse en ce qu'elle peut
générer
des instabilités d'origine mécanique, notamment si la longueur de fibre est
30 importante.
