FR2830088A1 - Electro-optical modulation method for e.g. telecommunication signals applies indexed control signal to electro-optic modulator and samples light at output to update reference value - Google Patents

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    • G02F1/0121Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0123Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops

Abstract

An indexed control signal is applied to an electro-optical modulator (110). Part of the modulator output is fed back through a sampler (400) and compared (210) to a reference value, which is modified. The method involves in converting the sampled light into a digital signal, and in digitally analyzing the signal (220) for updating the reference value (Vdc).

Description

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L'invention concerne la modulation électro-optique dans le domaine des télécommunications.  The invention relates to electro-optical modulation in the telecommunications field.

Le développement des télécommunications et des réseaux informatiques entraîne un besoin croissant en terme de débit d'informations échangées entre utilisateurs au moyen d'ordinateurs. L'exemple le plus significatif à ce sujet est le développement extraordinaire d'internet qui accompagne l'accroissement de l'utilisation d'ordinateurs personnels comme outils de la vie quotidienne. A ces besoins en débit correspondent aussi des besoins en nombre d'interconnexions, puisque le nombre d'utilisateurs est sans cesse croissant. Actuellement, les technologies évoluent rapidement,

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- de nombreux notamment les formats numériques et le codage des données ; de nombreux progrès, tels ceux obtenus sur les paires de cuivre, permettent de transporter davantage d'informations sur les supports classiques et accroissent ainsi la capacité des réseaux. The development of telecommunications and computer networks brings with it an increasing need in terms of speed of information exchanged between users by means of computers. The most significant example on this subject is the extraordinary development of the Internet which accompanies the increase in the use of personal computers as tools of daily life. These flow requirements also correspond to the number of interconnections, since the number of users is constantly increasing. Technologies are evolving rapidly,
Figure img00010001

- many including digital formats and data coding; numerous advances, such as those obtained on copper pairs, make it possible to transport more information on conventional supports and thus increase the capacity of networks.

L'enjeu qui se présente est alors de déterminer quelle technologie de coût modéré pourra continuer à répondre à la demande croissante en terme de débit d'un nombre croissant d'utilisateurs et se substituer de manière continue à la technologie existante. Une variable reste toutefois à évaluer, celle du besoin réel de l'utilisateur en terme de débit. Un débit de 100 Mbps restera-t-il suffisant pour les applications quotidiennes ? En effet, il ne faut pas perdre de vue que la généralisation des techniques de traitement numérique du signal standardise et vulgarise les méthodes de compressions des données, qu'elles soient de type multimédia ou de type fichier. Il est reconnu que l'emploi de la fibre optique prend toute sa quintessence pour du réseau de débit supérieur à 1000 Mbps. Ainsi, l'opportunité de la généralisation de la fibre optique comme support physique découlera directement du débit réellement nécessaire.  The challenge that arises is then to determine which moderate cost technology can continue to meet the increasing demand in terms of throughput of an increasing number of users and continuously replace the existing technology. A variable remains to be evaluated, that of the real need of the user in terms of throughput. Will a speed of 100 Mbps remain sufficient for everyday applications? In fact, it should not be forgotten that the generalization of digital signal processing techniques standardizes and popularizes data compression methods, whether multimedia or file type. It is recognized that the use of optical fiber takes all its quintessence for the network of speed higher than 1000 Mbps. Thus, the advisability of the generalization of optical fiber as a physical medium will flow directly from the speed actually necessary.

L'utilisation de fibres optiques multimode (en verre ou en polymère) à gradient d'indice offre des perspectives intéressantes en terme de facilité de  The use of multimode optical fibers (glass or polymer) with an index gradient offers interesting prospects in terms of ease of

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connexion à l'intérieur de bâtiments, mais leur utilisation sera probablement limitée à quelques centaines de mètres, soit à cause de l'atténuation, soit à cause de la limitation de la bande passante dues à des effets de dispersion chromatique ou modale. Un tel réseau optique multimode devrait par ailleurs être connecté à un réseau optique à base de fibres optiques monomodes tels ceux utilisés pour les transmissions optiques à grandes distances et à très haut débit ( > 2.5 GHz).  connection inside buildings, but their use will probably be limited to a few hundred meters, either because of attenuation or because of the bandwidth limitation due to chromatic or modal dispersion effects. Such a multimode optical network should moreover be connected to an optical network based on single-mode optical fibers such as those used for long-distance optical transmissions at very high speed (> 2.5 GHz).

Cette croissance en débit va se heurter cependant à la limite physique que constitue la bande passante des dispositifs en cuivre qui, associés à des composants à base d'une technologie silicium, assurent le coût modéré des installations actuelles et entraînent leur expansion. Le développement des techniques de traitement numérique du signal (implémentées dans le silicium) permet, en partie, de repousser cette limite. C'est ce que nous constatons quotidiennement lorsque nous utilisons notre modem pour nous connecter, par le réseau téléphonique RTC (réseau téléphonique commuté), à notre fournisseur d'accès Internet. Historiquement, les premiers modems grand public utilisaient la modulation par saut de fréquence (modulation FSK - modulation par saut de fréquence) selon les recommandations V21 & V23 de l'UTI (organisme international qui gère les normes de télécommunications). Cette technique permet de transmettre des données numériques à un débit s'échelonnant de 75 à 1200 bits/seconde. L'utilisation de la modulation de phase à m états (modulation BPSK-modulation par saut de phase binaire ou QPSK-modulation par saut de phase quadratique) permit d'augmenter le débit à 2400 bits/seconde. Ces techniques n'étant pas suffisantes, la modulation d'amplitude quadratique (MAQ-Modulation Alumine Quadratique 16,34 ou 256 états) fut utilisé afin de repousser la limitation du débit à 56 000 bits/seconde. Ces évolutions démontrent que pour un même support physique, intrinsèquement limité en bande passante, la mise en oeuvre d'algorithmes de traitement numérique du signal permet, dans un rapport non négligeable, d'accroître le débit. Le dernier exemple en date est celui de l'ADSL (Asymetric Data Suscribe Line) qui permet d'assurer  This growth in throughput will however come up against the physical limit constituted by the bandwidth of copper devices which, associated with components based on silicon technology, ensure the moderate cost of current installations and lead to their expansion. The development of digital signal processing techniques (implemented in silicon) allows, in part, to push this limit. This is what we see daily when we use our modem to connect, via the PSTN telephone network (switched telephone network), to our Internet service provider. Historically, the first consumer modems used frequency hopping modulation (FSK modulation - frequency hopping modulation) according to the recommendations V21 & V23 of the UTI (international organization which manages telecommunications standards). This technique allows digital data to be transmitted at a rate ranging from 75 to 1200 bits / second. The use of m-state phase modulation (BPSK modulation-binary phase jump modulation or QPSK-quadratic phase jump modulation) increased the bit rate to 2400 bits / second. As these techniques were not sufficient, quadratic amplitude modulation (MAQ-Quadratic Alumina Modulation 16.34 or 256 states) was used in order to push back the speed limitation to 56,000 bits / second. These developments demonstrate that for the same physical medium, intrinsically limited in bandwidth, the implementation of digital signal processing algorithms makes it possible, in a non-negligible ratio, to increase the bit rate. The latest example is that of ADSL (Asymetric Data Suscribe Line) which allows

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un débit de 2Mbit/s sans changer le support physique de la ligne de l'abonné, c'est à dire que l'information est transportée par le cuivre. De façon parallèle, les réseaux dits locaux (LAN-Local Access Network) ont vu leur débit fortement augmenter, et ce dans des proportions bien supérieures à ceux des modems. Ainsi, le réseau physique Ethernet est passé en quelques années d'un débit de 10Mb/s à celui de 1 Gigabit/s. Dans les réseaux locaux haut débit, le transport physique de l'information sur de longues distances ( > 100 mètres) se fait essentiellement par fibre optique. Ainsi pour le réseau LAN, il est à ce jour acquis que haut débit et fibre optique vont de pair car, le seuil des 100 mètres étant très vite atteint dans une configuration de réseaux locaux d'entreprise, la fibre optique présente une immunité aux bruits inégalée.  a speed of 2Mbit / s without changing the physical medium of the subscriber's line, that is to say that the information is transported by copper. At the same time, the so-called local access networks (LAN-Local Access Network) saw their throughput greatly increase, and in much higher proportions than those of modems. Thus, the physical Ethernet network has moved in a few years from a speed of 10Mb / s to that of 1 Gigabit / s. In local broadband networks, the physical transport of information over long distances (> 100 meters) is mainly done by optical fiber. Thus for the LAN network, it is to this day acquired that broadband and optical fiber go hand in hand because, the threshold of 100 meters being very quickly reached in a configuration of local business networks, optical fiber has immunity to noise unmatched.

Pour ces réseaux locaux, une autre option s'offre à ce jour à l'utilisateur : les réseaux WAN (Wireless Area Network). En effet les boucles locales se développent afin d'offrir une alternative à l'ADSL ; le débit numérique proposé reste de l'ordre de 2 Mbit/s. Le second réseau WAN à se développer est le réseau Bluetooth destiné aux micro réseaux locaux indoor) > . De portée limitée (quelques dizaines de mètres) et de débit inférieur à 2 Mbit/s, cette solution sera, pour le haut débit, inopérante indoor car elle nécessitera l'utilisation de fréquences supérieures à 20 GHz (2.4. GHz aujourd'hui) à des puissances d'émission interdites par la législation. D'autres solutions existent et sont l'objet d'études très actives.  For these local networks, another option is available to the user to date: WAN networks (Wireless Area Network). Local loops are indeed developing in order to offer an alternative to ADSL; the proposed digital bit rate remains around 2 Mbit / s. The second WAN network to develop is the Bluetooth network intended for indoor local micro networks)>. With a limited range (a few tens of meters) and a flow rate of less than 2 Mbit / s, this solution will, for broadband, be ineffective indoors as it will require the use of frequencies above 20 GHz (2.4 GHz today) emission powers prohibited by law. Other solutions exist and are the subject of very active studies.

L'utilisation des radiofréquences pour les communications d'extrémité permet la mobilité des terminaux au sein d'une cellule de réception dont la taille variable dépend du type d'utilisateur, mais peut être réduite à l'échelle d'un seul élément dans le cas de pico-cellule . La bande passante du signal reste limitée à l'heure actuelle pour ce type de communications, mais l'évolution des normes et des formats entraîne une multiplication des usages qui amplifie la demande en débit par ailleurs (mobiles de troisième génération à la norme UMTS par exemple). The use of radio frequencies for end communications allows the mobility of the terminals within a reception cell whose variable size depends on the type of user, but can be reduced to the scale of a single element in the pico-cell case. The signal bandwidth remains limited at present for this type of communications, but the evolution of standards and formats leads to a multiplication of uses which amplifies the demand for speed elsewhere (third generation mobiles to UMTS standard by example).

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L'extension des réseaux optiques à base de fibre optique monomode est actuellement limitée, malgré sa croissance rapide, par les coûts des bornes de raccordement : elles nécessitent l'utilisation de composants et d'électronique rapide à base de matériaux semi-conducteurs III-V.  The extension of optical networks based on single-mode optical fiber is currently limited, despite its rapid growth, by the costs of connection terminals: they require the use of components and fast electronics based on semiconductor materials III- V.

Les dispositifs actuellement utilisés à l'émission dans le domaine des télécommunications sur les fibres optiques sont les lasers à semiconducteurs. Les diodes électroluminescentes, compte-tenu de leur étalement spectral et des caractéristiques multimodes résultantes ne sont pas ou très peu utilisés. Il existe deux types de modulation du laser : les modulations directe et externe.  The devices currently used for transmission in the field of telecommunications over optical fibers are semiconductor lasers. Light-emitting diodes, taking into account their spectral spreading and the resulting multimode characteristics, are used little or very little. There are two types of laser modulation: direct and external modulation.

La modulation directe est la plus facile à mettre en oeuvre, cependant la variation de la concentration de porteurs dans le laser introduit des variations d'indice optique conduisant à un élargissement du bit numérique unitaire et une dégradation du taux d'erreur du système optique.  Direct modulation is the easiest to implement, however the variation in the concentration of carriers in the laser introduces variations in optical index leading to a widening of the unit digital bit and a degradation of the error rate of the optical system.

Un des moyens de contourner ce dysfonctionnement est d'utiliser la modulation externe. Dans ce cas, le laser est polarisé en continu et un modulateur assure une fonction de hacheur de lumière au rythme des impulsions binaires qui lui sont transmises. Il existe plusieurs types de modulateurs, de principes de fonctionnement associés différents. Cependant et dans tous les cas les choix des opérateurs et équipementiers sont guidés par le rapport performances/coût. Les paramètres entrants dans la structure du coût tiennent essentiellement aux procédés de fabrication utilisés pour le module optique d'émission, c'est à dire son niveau d'intégration. L'intégration monolitique sur substrat InP du laser et du modulateur est la plus complexe à réaliser, elle est cependant incontournable pour les très hauts débits (à partir de 10 Gbits/s). Toutefois, à ce niveau, le surcoût n'est pas un réel obstacle au déploiement d'un réseau de transport. Pour les débits plus faibles couvrant en particulier les réseaux métropolitains et les boucles locales où le coût est un élément primordial de la décision, il est demandé des solutions moins sophistiquées s'appuyant sur des procédés et assemblages simplifiés.  One of the ways to get around this dysfunction is to use external modulation. In this case, the laser is continuously polarized and a modulator performs a light chopping function at the rate of the binary pulses which are transmitted to it. There are several types of modulators, with different associated operating principles. However and in all cases the choices of operators and equipment manufacturers are guided by the performance / cost ratio. The parameters entering the cost structure are essentially due to the manufacturing processes used for the optical transmission module, ie its level of integration. The monolithic integration on an InP substrate of the laser and the modulator is the most complex to achieve, it is however essential for very high bit rates (from 10 Gbits / s). However, at this level, the additional cost is not a real obstacle to the deployment of a transport network. For lower speeds, in particular covering metropolitan networks and local loops where cost is a key element in the decision, less sophisticated solutions are required, based on simplified processes and assemblies.

Les modules hybrides sont alors considérés. Hybridation signifie association Hybrid modules are then considered. Hybridization means association

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du laser, du modulateur et de l'électronique de commande de ce dernier sur un substrat d'accueil (il en existe plusieurs variétés : alumine, téflon, duroïd, etc. ). Chaque composant est fabriqué selon des filières différentes, l'équipementier assurant l'approvisionnement et l'assemblage final. De plus, la possibilité de réparation du module est garantie au niveau du composant unitaire.  the laser, the modulator and the latter's control electronics on a host substrate (there are several varieties: alumina, teflon, duroid, etc.). Each component is manufactured in different ways, with the equipment supplier ensuring supply and final assembly. In addition, the possibility of repairing the module is guaranteed at the level of the unitary component.

C'est à ce niveau que l'introduction du modulateur à base de polymères électro-optiques prend toute sa signification. La synthèse du matériau, le faible nombre d'étapes de fabrication et leur ordonnancement en font un composant bas-coût capable de conduire les débits de 100 Mbits/s estimés chez l'abonné local à l'horizon de 10-20 ans.  It is at this level that the introduction of the modulator based on electro-optical polymers takes all its significance. The synthesis of the material, the low number of manufacturing steps and their scheduling make it a low-cost component capable of driving the speeds of 100 Mbits / s estimated at the local subscriber over the horizon of 10-20 years.

Un premier but de cette invention est de proposer une interface pour réseaux optiques, notamment monomodes, qui assure un compromis à la fois en termes de débit et de coûts, et qui soit totalement compatible avec les formats de codage de données utilisées sur les réseaux en cuivre ou dans les réseaux informatiques.  A first object of this invention is to provide an interface for optical networks, in particular single-mode networks, which provides a compromise both in terms of speed and costs, and which is fully compatible with the data coding formats used on networks in copper or in computer networks.

Il convient également d'aborder la stabilité temporelle des performances. Il s'agit d'un second but de l'invention.  Time stability of performance should also be addressed. It is a second object of the invention.

Ces buts sont atteints selon l'invention grâce à un procédé de modulation électro-optique dans lequel on applique sur un modulateur électro-optique un signal de commande indexé sur une valeur de référence, procédé au cours duquel on prélève de la lumière en sortie d'un modulateur soumis à cette valeur de référence et on déduit de cette lumière prélevée un signal que l'on analyse pour actualiser la valeur de référence, caractérisé en ce que l'on convertit la lumière prélevée en un signal numérique, et on réalise numériquement sur ce signal l'analyse d'actualisation de la valeur de référence.  These objects are achieved according to the invention by means of an electro-optical modulation method in which a control signal indexed to a reference value is applied to an electro-optical modulator, a process in which light is taken from the output of '' a modulator subjected to this reference value and a signal is deduced from this sampled light which is analyzed to update the reference value, characterized in that the sampled light is converted into a digital signal, and digitally produced on this signal the update analysis of the reference value.

On propose également selon l'invention un dispositif de modulation électro-optique, comprenant au moins un modulateur de lumière, des moyens pour fournir un signal de commande du modulateur indexé sur une valeur de référence, des moyens pour prélever la lumière en sortie d'un  An electro-optical modulation device is also proposed according to the invention, comprising at least one light modulator, means for supplying a control signal from the modulator indexed to a reference value, means for taking the light at the output of a

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modulateur soumis à cette valeur de référence, des moyens pour analyser un signal déduit de la lumière prélevée et déduire de cette analyse une valeur de référence actualisée, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement et les moyens d'analyse sont prévus pour convertir la lumière prélevée en un signal numérique, et fournir la valeur de référence actualisée à l'aide d'une analyse numérique de ce signal converti.  modulator subject to this reference value, means for analyzing a signal deduced from the light sampled and deducing from this analysis an updated reference value, characterized in that the sampling means and the analysis means are provided for converting the light taken from a digital signal, and provide the updated reference value using a digital analysis of this converted signal.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 représente un système de codage et de stabilisation du modulateur selon une première variante de l'invention, à contre-réaction par analyse du signal codé ; - la figure 2 représente un système de codage et de stabilisation selon une autre variante de l'invention, à contre-réaction par analyse d'un signal de test sur un modulateur supplémentaire, placé en parallèle ; - la figure 3 représente une autre variante à modulateur supplémentaire cette fois placé en série ; - la figure 4 est un synoptique fonctionnel concernant le système à modulateur supplémentaire de la figure 2 ; - la figure 5 est un synoptique fonctionnel d'un calcul dans une boucle de réaction, conformément à l'invention ; - les figures 6 et 7 sont des synoptiques fonctionnels d'un calcul particulier de correction de tension de référence, conforme à une variante de l'invention ; - les figures 8a, 8b et 8c représentent différentes implémentations d'une partie optique de modulateur selon l'invention, au moyen de modulateurs miroirs ; - les figures 9a et 9b représentent deux variantes d'implémentation de modules externes, selon l'invention ; - la figure 10a représente un mode de réalisation à partir d'un interféromètre de Mach-Zehnder à une seule sortie ;  Other characteristics, objects and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, made with reference to the appended figures in which: - Figure 1 shows a coding and stabilization system of the modulator according to a first variant of the invention, feedback by analysis of the coded signal; - Figure 2 shows a coding and stabilization system according to another variant of the invention, feedback by analysis of a test signal on an additional modulator, placed in parallel; - Figure 3 shows another variant with additional modulator this time placed in series; - Figure 4 is a functional block diagram of the additional modulator system of Figure 2; - Figure 5 is a functional block diagram of a calculation in a feedback loop, according to the invention; - Figures 6 and 7 are functional diagrams of a particular calculation of reference voltage correction, according to a variant of the invention; - Figures 8a, 8b and 8c show different implementations of an optical modulator part according to the invention, by means of mirror modulators; - Figures 9a and 9b show two alternative implementation of external modules, according to the invention; - Figure 10a shows an embodiment from a Mach-Zehnder interferometer with a single output;

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- la figure 10b représente un mode de réalisation de modulateur à partir d'un interféromètre de Mach-Zehnder à deux sorties complémentaires ; - la figure 10c représente un mode de réalisation à partir d'un coupleur optique.  - Figure 10b shows an embodiment of a modulator from a Mach-Zehnder interferometer with two complementary outputs; - Figure 10c shows an embodiment from an optical coupler.

- la figure 11 représente un exemple de montage pour le test de modulateurs électrooptiques. Dans l'encadré sont représentés le signal de modulation (en bas) et le signal optique détecté (en haut). Ld : diode laser, PD : photodiode ; - la figure 12 représente un exemple de dérive du point de fonctionnement mesurée par le montage de la figure 11.  - Figure 11 shows an example of assembly for the test of electrooptical modulators. In the box are shown the modulation signal (bottom) and the detected optical signal (top). Ld: laser diode, PD: photodiode; FIG. 12 represents an example of drift of the operating point measured by the assembly of FIG. 11.

- la figure 13 représente un schéma de principe de transmission optique utilisant le format de modulation FSK ; - les figures 14a et 14b représentent des exemples de trames de signaux numériques avant et après transmission via le modulateur électrooptique dont le point de fonctionnement est asservi numériquement ; - les figures 15a et 15b représentent des exemples de trames de signaux codés FSK avant et après transmission via le modulateur électrooptique dont le point de fonctionnement est asservi numériquement.  - Figure 13 shows a block diagram of optical transmission using the FSK modulation format; - Figures 14a and 14b show examples of digital signal frames before and after transmission via the electrooptic modulator whose operating point is digitally controlled; - Figures 15a and 15b show examples of FSK coded signal frames before and after transmission via the electrooptical modulator whose operating point is digitally controlled.

On décrira maintenant un système d'asservissement, de contrôle, de codage et de stabilisation de modulateurs électro-optiques selon l'invention permettant le codage à haut débit de signaux optiques à partir d'une électronique faible coût.  We will now describe a servo system, control, coding and stabilization of electro-optical modulators according to the invention allowing high speed coding of optical signals from low cost electronics.

Les applications visées par ce système concernent le domaine des télécommunications et des réseaux informatiques. Cette interface est destinée à être placée dans les bornes d'interconnexion de réseaux optiques. Elle offre la possibilité d'utiliser les formats de modem (modulateurdémodulateur) pour des applications de télécommunications ; elle pourra surtout être utilisée comme système de modulation faible coût dans les cartes de réseaux locaux à haut débit ( > 100 Mb/s).  The applications targeted by this system relate to the field of telecommunications and computer networks. This interface is intended to be placed in the interconnection terminals of optical networks. It offers the possibility of using modem formats (modulator-demodulator) for telecommunications applications; it can especially be used as a low-cost modulation system in high speed local area network cards (> 100 Mb / s).

La solution proposée se place à l'interface entre deux technologies :  The proposed solution is at the interface between two technologies:

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- la technologie silicium avec transmission via des paires de cuivre, solution à bas coût dont les débits sont limités à 2Mb/s dans le cadre de la solution la plus sophistiquée actuellement, l'ADSL (Asymetric Data Suscribe Line).  - silicon technology with transmission via copper pairs, a low-cost solution with speeds limited to 2Mb / s as part of the most sophisticated solution currently, ADSL (Asymetric Data Suscribe Line).

- la technologie utilisant le transport de signaux optiques à haut débit sur fibre optique monomode, dont l'implantation demeure onéreuse pour les utilisateurs par l'emploi d'une électronique rapide plus coûteuse et de sources laser à fréquence stabilisée (dans le cadre du mutliplexage en longueur d'onde).  - technology using the transport of high-speed optical signals over single-mode optical fiber, the installation of which remains expensive for users by the use of more expensive fast electronics and laser sources with stabilized frequency (in the context of mutliplexing wavelength).

Le mode de réalisation décrit ici comporte une interface optoélectronique stabilisée comprenant au moins un composant électrooptique de modulation dont le point de fonctionnement est stabilisé par un circuit numérique de faible coût.  The embodiment described here comprises a stabilized optoelectronic interface comprising at least one electrooptical modulation component whose operating point is stabilized by a low cost digital circuit.

Les avantages apportés sont un comportement insensible à la longueur d'onde optique dû à l'utilisation de la modulation électrooptique.  The advantages provided are behavior insensitive to the optical wavelength due to the use of electrooptical modulation.

Cette interface peut être particularisée pour différentes fréquences optiques d'utilisation dans le cas d'application dans un réseau WDM (Wavelength Division Multiplex) par l'adjonction de fibres optiques adaptées. This interface can be particularized for different optical frequencies of use in the case of application in a WDM (Wavelength Division Multiplex) network by the addition of suitable optical fibers.

L'utilisation d'un circuit numérique pour la stabilisation du point de fonctionnement du modulateur assure que le circuit de contre-réaction ne sera pas à la source de dérives.  The use of a digital circuit to stabilize the operating point of the modulator ensures that the feedback circuit will not be the source of drifts.

L'algorithme utilisé ici pour la stabilisation de composants permet la rétro-action en temps réel sur le composant. Il est particulièrement avantageux.  The algorithm used here for the stabilization of components allows real-time feedback on the component. It is particularly advantageous.

Différents schémas d'implémentation de l'invention sont proposés et permettent de l'adapter à une grande variété d'architecture de réseaux de télécommunications optiques.  Different implementation schemes of the invention are proposed and make it possible to adapt it to a wide variety of architecture of optical telecommunications networks.

Dans les différentes variantes, l'interface optique stabilisée contre les dérives comporte l'association : - d'un bloc 100 de codage d'une onde optique (bloc de modulation par effet électrooptique linéaire) ;  In the various variants, the optical interface stabilized against drifts comprises the association: of a block 100 for coding an optical wave (modulation block by linear electrooptical effect);

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- d'une électronique numérique 200 pour l'asservissement du point de fonctionnement des modulateurs afin d'optimiser leur fonctionnement ; - éventuellement de sources optiques 300 et de détecteurs 400 intégrés en nombre variable suivant les implémentations.  - digital electronics 200 for servo-control of the modulators' operating point in order to optimize their operation; - possibly optical sources 300 and detectors 400 integrated in variable number according to the implementations.

Le bloc de codage optique peut avoir différents modes de fonctionnement :
Dans une première variante représentée à la figure 1, l'interface comprend un seul modulateur 110. Dans ce cas l'asservissement est assuré à partir du signal lui-même ou d'un signal de basse fréquence superposé au signal utile.
The optical coding block can have different operating modes:
In a first variant shown in FIG. 1, the interface comprises a single modulator 110. In this case, the control is ensured on the basis of the signal itself or of a low frequency signal superimposed on the useful signal.

Plus précisément, le signal à coder est mélangé par un processeur de signaux numériques (DSP) 210 avec un signal de correction d'erreur, transformé en commande analogique et appliqué à un composant électrooptique 110 qui code un faisceau optique. Une partie du signal optique est détectée par la photodiode (PIN) 400, convertie en signal numérique transmise (rétroaction) et analysée par le DSP 210 afin de générer le signal de correction d'erreur ;
Dans cette configuration à un élément de modulation, la rétroaction et le signal de données sont gérées simultanément par le DSP, qui extrait les distorsions du signal pour stabiliser le composant. Dans cette configuration, la bande passante du signal est préférentiellement inférieure à la bande passante du DSP, puisque c'est le signal lui-même qui permet de générer la contre-réaction contrôlant les dérives.
More specifically, the signal to be encoded is mixed by a digital signal processor (DSP) 210 with an error correction signal, transformed into analog control and applied to an electrooptical component 110 which encodes an optical beam. Part of the optical signal is detected by the photodiode (PIN) 400, converted into a transmitted digital signal (feedback) and analyzed by the DSP 210 in order to generate the error correction signal;
In this single-element configuration, the feedback and the data signal are managed simultaneously by the DSP, which extracts signal distortions to stabilize the component. In this configuration, the bandwidth of the signal is preferably less than the bandwidth of the DSP, since it is the signal itself which makes it possible to generate the feedback controlling the drifts.

Dans une seconde variante (figure 2), l'interface comprend des modulateurs 110,120 associés par paire (modulateurs jumeaux) : dans ce cas l'asservissement se fait à partir d'un signal de test appliqué sur un seul 120 des modulateurs. On n'applique que le signal continu sur le deuxième modulateur 120, on perturbe donc très peu le fonctionnement idéal de celuici (aucun signal de modulation superposé ne peut induire d'erreur de codage supplémentaire). Cette approche à l'avantage de permettre simplement l'asservissement à basse fréquence d'un modulateur haute-fréquence.  In a second variant (FIG. 2), the interface comprises modulators 110, 120 associated in pairs (twin modulators): in this case the servoing is done from a test signal applied to a single 120 of the modulators. Only the continuous signal is applied to the second modulator 120, there is therefore very little disturbance of the ideal operation of this (no superposed modulation signal can induce additional coding error). This approach has the advantage of simply allowing low-frequency servoing of a high-frequency modulator.

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Ainsi, on distingue ici deux configurations dans lesquelles on sépare les fonctions codage du signal et on contrôle les dérives par l'emploi, sur la même puce, de deux modulateurs identiques dont l'un est réservé pour le codage du signal de données tandis que le second est utilisé pour le contrôle des dérives (figures 2 et 3).  Thus, a distinction is made here between two configurations in which the signal coding functions are separated and the drifts are controlled by the use, on the same chip, of two identical modulators, one of which is reserved for coding the data signal while the second is used for the control of daggerboards (Figures 2 and 3).

Dans le premier cas (figure 2), les modulateurs sont placés en parallèle : une source optique 310 (LED) est couplée dans le modulateur de contrôle 120, tandis que la détection est assurée par une photodiode 400 (PIN). L'électrode de contre-réaction est commune aux deux modulateurs 110 et 120. L'asymétrie éventuelle des deux modulateurs 110 et 120 peut être calibrée lors de la fabrication et prise en compte par le processeur 210 (DSP). Les modulateurs jumeaux 110 et 120 sont ici placés en parallèle pour le contrôle des dérives et le codage de données. Le modulateur supérieur 110 code les données optiquement. Son point de fonctionnement est stabilisé par le modulateur inférieur 120 piloté par un oscillateur local 140 et le DSP 210. L'entrée optique du modulateur inférieur 120 est assurée par une diode luminescente.  In the first case (FIG. 2), the modulators are placed in parallel: an optical source 310 (LED) is coupled in the control modulator 120, while the detection is ensured by a photodiode 400 (PIN). The feedback electrode is common to the two modulators 110 and 120. The possible asymmetry of the two modulators 110 and 120 can be calibrated during manufacture and taken into account by the processor 210 (DSP). The twin modulators 110 and 120 are here placed in parallel for the control of the drifts and the coding of data. The upper modulator 110 codes the data optically. Its operating point is stabilized by the lower modulator 120 controlled by a local oscillator 140 and the DSP 210. The optical input of the lower modulator 120 is provided by a luminescent diode.

A la figure 3, les deux modulateurs 110 et 120 sont par contre placés en série, le premier 110 a deux sorties ce qui permet d'extraire le signal optique de données avec le minimum de pertes, tandis que le deuxième 120 a son entrée optique sur la deuxième sortie du premier modulateur 110, ce qui permet de faire l'économie d'une source optique intégrée et limite le nombre de couplages.  In FIG. 3, the two modulators 110 and 120 are on the other hand placed in series, the first 110 has two outputs which makes it possible to extract the optical data signal with the minimum of losses, while the second 120 has its optical input on the second output of the first modulator 110, which makes it possible to save on an integrated optical source and limits the number of couplings.

A la figure 3, les modulateurs jumeaux 110 et 120 sont donc placés en série pour le contrôle des dérives et le codage de données. Le modulateur supérieur 110 code les données optiquement. Son point de fonctionnement est stabilisé par un modulateur 120 piloté par l'oscillateur local 140 et le DSP 210. L'entrée optique du modulateur inférieur 120 est assurée par la source du premier modulateur 110 (signal complémentaire).  In FIG. 3, the twin modulators 110 and 120 are therefore placed in series for the control of the drifts and the coding of data. The upper modulator 110 codes the data optically. Its operating point is stabilized by a modulator 120 controlled by the local oscillator 140 and the DSP 210. The optical input of the lower modulator 120 is provided by the source of the first modulator 110 (additional signal).

Cette interface peut trouver des applications dans les points d'accès de réseaux optiques, notamment pour les réseaux optiques monomodes  This interface can find applications in access points of optical networks, in particular for single-mode optical networks

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utilisant le multiplexage en longueur d'onde (la même interface peut être utilisée pour chaque longueur d'onde lorsque celles-ci ont été séparées) et donc à l'interface entre ces réseaux optiques et d'autres réseaux comme les réseaux mobiles, les réseaux de fibre optique multimode, ou les réseaux informatiques locaux.  using wavelength multiplexing (the same interface can be used for each wavelength when these have been separated) and therefore at the interface between these optical networks and other networks such as mobile networks, multimode fiber networks, or local computer networks.

Le but est, dans ce mode de réalisation, de modifier en temps réel une tension continue de référence Vdc afin de compenser la dérive temporelle d'une tension de pincement des modulateurs. Si l'on parvient à faire varier Vdc en corrélation avec la variation de la tension de pincement Vn, les défauts intrinsèques du modulateur électro-optique deviennent minimaux. Le synoptique du système d'asservissement connecté au modulateur électrooptique est rappelé par la figure 4.  The aim is, in this embodiment, to modify in real time a DC reference voltage Vdc in order to compensate for the time drift of a pinching voltage of the modulators. If one manages to vary Vdc in correlation with the variation of the pinch voltage Vn, the intrinsic defects of the electro-optical modulator become minimal. The diagram of the servo system connected to the electrooptical modulator is recalled by FIG. 4.

Afin de mener à bien cette fonction de régulation de la tension de commande, ce dispositif s'appuie sur une des propriétés de non-linéarité du modulateur : en effet, lorsque celui-ci est attaqué sur un de ses bras par un signal sinusoïdal pur Vac=A. sin (2. :. fo. t), on constate en effet qu'au cours du temps le signal en sortie présente une distorsion harmonique non nulle, c'est à dire que des harmoniques du signal d'excitation apparaissent. Il a été démontré que cette distorsion est directement liée à la dérive de la tension de pincement. Le système d'asservissement préféré met à profit cette constatation.  In order to carry out this function of regulating the control voltage, this device relies on one of the non-linearity properties of the modulator: in fact, when the latter is attacked on one of its arms by a pure sinusoidal signal Vac = A. sin (2.:. fo. t), it can be seen that over time the output signal has non-zero harmonic distortion, that is, harmonics of the excitation signal appear. It has been shown that this distortion is directly linked to the drift of the pinch voltage. The preferred servo system takes advantage of this finding.

Plus précisément, l'analyse du signal par le DSP 210 est ici la suivante : le signal étant transmis de manière analogique, il comporte une ou plusieurs fréquences caractéristiques. Le DSP 210 détecte si l'harmonique deux d'une fréquence caractéristique est présente dans le signal détecté, cette harmonique deux étant la signature d'une distorsion et donc d'une dérive de fonctionnement. Le DSP génère alors un signal de correction d'erreur fonction de l'erreur mesurée et permettant de la diminuer.  More specifically, the analysis of the signal by the DSP 210 is here as follows: the signal being transmitted in an analog manner, it comprises one or more characteristic frequencies. The DSP 210 detects whether the harmonic two of a characteristic frequency is present in the detected signal, this harmonic two being the signature of a distortion and therefore of an operating drift. The DSP then generates an error correction signal which is a function of the error measured and which makes it possible to reduce it.

Sur la figure 2 (mode de réalisation à deux modulateurs jumeaux), le modulateur inférieur 120 reçoit en entrée un signal lumineux constant émis par une diode électroluminescente (DEL) 310 Infra Rouge (1300m). Sur son  In FIG. 2 (embodiment with two twin modulators), the lower modulator 120 receives as input a constant light signal emitted by a light-emitting diode (LED) 310 Infra Red (1300m). On his

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bras inférieur 122, on applique un signal sinusoïdal Vac issu soit d'un oscillateur local 140, soit du système de contrôle. Sur son bras supérieur 124, on applique la tension de commande Vdc. On remarquera que, dans cette configuration, la tension de commande Vdc est commune aux deux modulateurs.  lower arm 122, a sinusoidal signal Vac is applied either from a local oscillator 140 or from the control system. On its upper arm 124, the control voltage Vdc is applied. It will be noted that, in this configuration, the control voltage Vdc is common to the two modulators.

A la sortie du modulateur inférieur 120, on place un photodétecteur 100 (diode PIN par exemple) derrière lequel on vient numériser le signal électrique après l'avoir amplifié. La suite d'échantillons représentant le signal lumineux en sortie du modulateur 120 va être traitée numériquement afin de déterminer la valeur Vdc corrigée de la variation de la tension de pincement.  At the output of the lower modulator 120, a photodetector 100 is placed (PIN diode for example) behind which the electrical signal is digitized after having amplified it. The series of samples representing the light signal at the output of the modulator 120 will be processed digitally in order to determine the value Vdc corrected for the variation of the pinch voltage.

La figure 4 expose avec plus de détails le système de contrôle. Ce dernier se compose de trois voies 260,270 et 280 dont une optionnelle. La voie d'entrée 260 est constituée d'un transconducteur qui convertit l'intensité de sortie du photo-détecteur en une tension. Ce signal est ensuite numérisé par un convertisseur analogique/numérique 220 et transmis au système de traitement 210 qui peut être un DSP ou un FPGA.  Figure 4 shows in more detail the control system. The latter consists of three channels 260, 270 and 280, one of which is optional. The input channel 260 consists of a transconductor which converts the output intensity of the photo-detector into a voltage. This signal is then digitized by an analog / digital converter 220 and transmitted to the processing system 210 which can be a DSP or an FPGA.

Selon une procédure que l'on détaillera ultérieurement, on détermine la tension Vdc à appliquer par la voie de sortie 270 aux modulateurs électrooptiques 110,120. Cette voie 270 est constituée d'un convertisseur numérique/analogique 230 et d'une chaîne d'amplification.  According to a procedure which will be detailed later, the voltage Vdc to be applied by the output channel 270 to the electrooptical modulators 110,120 is determined. This channel 270 consists of a digital / analog converter 230 and an amplification chain.

La seconde voie de sortie 280 sera intégrée, si l'on n'utilise pas un oscillateur local analogique. Celle-ci a pour fonction de moduler la tension de commande du bras inférieur par un signal sinusoïdal pour Vac.  The second output channel 280 will be integrated, if a local analog oscillator is not used. Its function is to modulate the control voltage of the lower arm by a sinusoidal signal for Vac.

Comme expliqué précédemment, cette modulation est appliquée afin de quantifier la distorsion harmonique due à la variation de tension de pincement.  As explained above, this modulation is applied in order to quantify the harmonic distortion due to the variation of pinch voltage.

En effet, la théorie permet de faire le lien entre l'amplitude de la raie 2fo à la tension résiduelle Vo. Plus précisément, les conditions d'asservissement que nous détaillerons ultérieurement nous incitent préférentiellement à considérer à la fois fo et 2. fo. Ces deux variables  Indeed, the theory makes it possible to make the link between the amplitude of the line 2fo at the residual voltage Vo. More precisely, the enslavement conditions which we will detail later encourage us preferentially to consider both fo and 2. fo. These two variables

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permettent de calculer, en continu, la tension de commande Vdc à appliquer au modulateur.  allow to continuously calculate the control voltage Vdc to be applied to the modulator.

Pour cela, nous procédons de la façon suivante (voir figure 5).  To do this, we proceed as follows (see Figure 5).

La suite d'échantillon {x (k)} issue de l'échantillonnage est mise sous une forme spectrale minimale, c'est à dire que l'on ne considère que les composantes spectrales fo et son premier harmonique.  The sample sequence {x (k)} resulting from the sampling is put in a minimal spectral form, that is to say that we only consider the spectral components fo and its first harmonic.

Cette analyse spectrale se fera par l'implémentation de l'algorithme de Goertzel. Par cette procédure, on peut évaluer avec précision l'amplitude de la distorsion harmonique. On sera alors en mesure de déterminer la valeur AV qu'il faut ajouter ou retrancher (selon le signe de AV) a Vdc afin de minimiser cette distorsion harmonique et de compenser de fait la dérive de la tension de pincement. La procédure de calcul de la correction est conforme à la procédure d'un contrôleur PI que nous détaillerons par la suite.  This spectral analysis will be done by the implementation of the Goertzel algorithm. By this procedure, the amplitude of the harmonic distortion can be accurately assessed. We will then be able to determine the value AV which must be added or subtracted (according to the sign of AV) to Vdc in order to minimize this harmonic distortion and to compensate for the drift of the pinch voltage. The procedure for calculating the correction is in accordance with the procedure for a PI controller, which we will detail below.

Parallèlement à cette procédure, dans le cas d'une non-intégration d'un oscillateur local analogique, le processeur 210 (DSP) devra transmettre au convertisseur numérique analogique les échantillons issus d'une table (LUT) afin de générer le signal de commande Vac. In parallel with this procedure, in the case of a non-integration of an analog local oscillator, the processor 210 (DSP) will have to transmit to the analog digital converter the samples coming from a table (LUT) in order to generate the control signal Vac.

Nous avons vu que, lors de l'asservissement, la variable à minimiser était la distorsion harmonique. Par conséquent, il nous faut dans un premier temps évaluer quantitativement cette variable afin d'aborder la correction voulue sur Vdc. A ce stade, plusieurs solutions s'offrent à nous : la première serait l'utilisation de la transformée de Fourier rapide afin d'effectuer en temps réel une analyse spectrale du signal x (n) :

Figure img00130001
We have seen that, during the enslavement, the variable to minimize is the harmonic distortion. Consequently, we must first evaluate this variable quantitatively in order to tackle the desired correction on Vdc. At this stage, several solutions are available to us: the first would be the use of the fast Fourier transform in order to perform in real time a spectral analysis of the signal x (n):
Figure img00130001

Cette solution impose de calculer N composantes fréquentielles dans le but d'en utiliser une ou deux, la rapidité inhérente à la FFT (Transformée This solution requires calculating N frequency components in order to use one or two, the speed inherent in FFT (Transformed

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de Fourier Rapide) étant donc masquée par la quantité d'information calculée et non exploitée.  of Fast Fourier) being therefore masked by the amount of information calculated and not used.

Aussi, dans le cas particulier d'un calcul de composante fréquentielle de fréquence préalablement connue en nombre limité, le calcul par transformée de Fourier discrète (TFD) paraît plus opportun.  Also, in the particular case of a computation of frequency component of frequency previously known in limited number, the computation by discrete Fourier transform (TFD) seems more opportune.

La forme générale de la TFD :

Figure img00140001

pour les N composantes fréquentielles se résume à :
Figure img00140002

Le gain de temps de calcul est proportionnel au nombre d'opérations évitées. The general form of TFD:
Figure img00140001

for the N frequency components comes down to:
Figure img00140002

The saving in calculation time is proportional to the number of operations avoided.

La nécessité d'utiliser un produit de convolution discret restreint fortement le choix du système numérique dans lequel une telle application peut être implémentée. Dans un souci de développer une solution matérielle de faible coût, on a été amené à chercher une implémentation qui soit, dans un contexte temps-réel, implémentable dans un circuit logique programme (FPGA-Field Programmable Gate Array), un coeur DSP (low cost), voire un micro-contrôleur rapide.  The need to use a discrete convolution product greatly restricts the choice of the digital system in which such an application can be implemented. In order to develop a low-cost hardware solution, we were led to seek an implementation which is, in a real-time context, implementable in a program logic circuit (FPGA-Field Programmable Gate Array), a DSP core (low cost), or even a fast microcontroller.

Afin de permettre une réalisation faible coût, nous avons été amenés à optimiser le temps de calcul de notre algorithme. Dans cette démarche, nous nous sommes référés à un algorithme très utilisé en téléphonie pour le décodage DTMF : l'algorithme de Goerzel. Il est connu que cette approche permet l'implémentation de la TFD (pour m fréquence prédéfinie) sous la forme d'un filtre à réponse impulsionnelle infinie.  In order to allow a low cost realization, we have been brought to optimize the computation time of our algorithm. In this approach, we referred to an algorithm widely used in telephony for DTMF decoding: the Goerzel algorithm. It is known that this approach allows the implementation of the TFD (for m predefined frequency) in the form of a filter with infinite impulse response.

La figure 6 est un synoptique d'un tel filtre.  Figure 6 is a block diagram of such a filter.

Conformément à l'implémentation en filtre numérique récursif préconisée par Goertzel, l'algorithme peut se scinder en deux phases. La  In accordance with the implementation in recursive digital filter recommended by Goertzel, the algorithm can be split into two phases. The

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première, réalisée N-1 fois (nous spécifierons la valeur de N ci-après), permet de calculer deux variables Qn et Qn-1 à partir des termes de rétroaction x (k) et-x (k-1) et du coefficient ak. La seconde, réalisée une fois tous les N échantillons, calcule sa valeur de la composante fréquentielle recherchée en utilisant les variables Qn & Qn-1 et le terme de phase WNk.  first, performed N-1 times (we will specify the value of N below), makes it possible to calculate two variables Qn and Qn-1 from the feedback terms x (k) and -x (k-1) and the coefficient ak. The second, performed once every N samples, calculates its value of the frequency component sought using the variables Qn & Qn-1 and the phase term WNk.

A la figure 7, la phase répétée (N-1) fois est représentée à gauche d'un trait vertical à tirets, et celle réalisée toutes les N fois est représentée à droite de ce trait à tirets.  In FIG. 7, the repeated phase (N-1) times is shown to the left of a vertical dashed line, and that performed every N times is shown to the right of this dashed line.

Par conséquent, l'équation aux différences sera de la forme : Qk (n) = ak. Qk (n-1)-Qk (n-2) +x (n) (A. 1) Avec : ak=2. cos (2. 7i. k/N) Qk (-1) =0 Qk (-2) =0 Pour n=0, 1,..., N-1.  Therefore, the difference equation will be of the form: Qk (n) = ak. Qk (n-1) -Qk (n-2) + x (n) (A. 1) With: ak = 2. cos (2. 7i. k / N) Qk (-1) = 0 Qk (-2) = 0 For n = 0, 1, ..., N-1.

Le terme y (N) est obtenu par l'expression suivante : Yk (N) =Qk (N-1) - WNkQk (N-2) =X (k).  The term y (N) is obtained by the following expression: Yk (N) = Qk (N-1) - WNkQk (N-2) = X (k).

L'asservissement reposant sur la valeur efficace de la composante fréquentielle 2. fo, on sera amené à calculer son énergie. Or, si les valeurs x (k) sont des grandeurs réelles issues de l'échantillonnage du signal, le terme de phase WNk est une grandeur complexe. On démontre alors que :

Figure img00150001
Since the servo rests on the effective value of the frequency component 2. fo, we will have to calculate its energy. However, if the values x (k) are real quantities resulting from the sampling of the signal, the phase term WNk is a complex quantity. We then demonstrate that:
Figure img00150001

Les formules A. 1 et A. 2 présentent l'avantage d'être implémentables soit dans un processeur DSP soit dans un FPGA. The formulas A. 1 and A. 2 have the advantage of being implementable either in a DSP processor or in an FPGA.

La détermination de la valeur N est définie par la formule suivante :
N=k. Fe/fO puisque l'on s'intéresse aux fréquences fO et 2. fO, la valeur k est égale à 2.
The determination of the value N is defined by the following formula:
N = k. Fe / fO since we are interested in the frequencies fO and 2. fO, the value k is equal to 2.

N=2. Fe/fO  N = 2. Fe / f

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Si, par exemple, on échantillonne le signal à une fréquence d'échantillonnage Fe de 180 kHz et si l'on utilise comme fréquence d'analyse fo=1 kHz, alors on obtient N=360 échantillons. If, for example, the signal is sampled at a sampling frequency Fe of 180 kHz and if the analysis frequency fo = 1 kHz is used, then N = 360 samples are obtained.

L'algorithme implémenté, on récupère, tous les 360 échantillons, un état de la distorsion harmonique. On définit alors une variable Tdh (k) Tdh (k) =Vfo (k) - V 2fO (k) NfO (k)
Pour des raisons de stabilité et d'immunité aux bruits, Tdh (k) est moyenné sur 256 valeurs. Par conséquent, toutes les 500 ms, on obtient une grandeur directement corrélée à la dérive de VO. Cette donnée va nous permettre de définir une loi de commande afin de contrôler la tension Vdc. De par le caractère numérique du calcul, cette donnée est insensible aux dérives éventuelles de l'électronique d'asservissement.
The algorithm implemented, we recover, every 360 samples, a state of harmonic distortion. We then define a variable Tdh (k) Tdh (k) = Vfo (k) - V 2fO (k) NfO (k)
For reasons of stability and noise immunity, Tdh (k) is averaged over 256 values. Consequently, every 500 ms, one obtains a quantity directly correlated to the drift of VO. This data will allow us to define a control law in order to control the voltage Vdc. Due to the numerical nature of the calculation, this data is insensitive to any drifts in the servo electronics.

L'équation aux différences est, de même que pour un contrôleur Pl, Vdc (n) = Vdc (n-1) +A1. T (n) +A2. T (n-1) Ou A1=Kp+K,. T ; A2=-Kp ; T=1/Fe
De nombreuses variantes de l'interface proposée sont possibles. Elles correspondent à l'architecture du réseau choisi :
Dans une première variante (figures 8a à 8c) le ou les lasers constituant les sources optiques sont déportés dans un central appartenant au gestionnaire du réseau. Dans ce cas, la carte d'interface ne contient pas de source optique, mais seulement des détecteurs. Le ou les modulateurs fonctionnent en mode miroir : la lumière qu'ils reçoivent est réfléchie et renvoyée dans le réseau après modulation.
The difference equation is, as for a P1 controller, Vdc (n) = Vdc (n-1) + A1. T (n) + A2. T (n-1) Or A1 = Kp + K ,. T; A2 = -Kp; T = 1 / Fe
Many variations of the proposed interface are possible. They correspond to the architecture of the chosen network:
In a first variant (FIGS. 8a to 8c) the laser or lasers constituting the optical sources are deported to a central belonging to the network manager. In this case, the interface card does not contain an optical source, but only detectors. The modulator (s) operate in mirror mode: the light they receive is reflected and returned to the network after modulation.

Les figures 8a à 8c représentent différentes implémentations de la partie optique au moyen de modulateurs miroirs. La figure 8a représente un mode de réalisation à partir d'un demi-interférométre de Mach-Zehnder, la figure 8b à partir d'un demi-interféromètre de Mach-Zehnder avec deux sorties complémentaires, la figure 8c à partir d'un demi-coupleur optique.  FIGS. 8a to 8c represent different implementations of the optical part by means of mirror modulators. FIG. 8a represents an embodiment from a Mach-Zehnder half-interferometer, FIG. 8b from a Mach-Zehnder half-interferometer with two complementary outputs, FIG. 8c from a half -optical coupler.

On peut noter qu'il existe des configurations insensibles à la polarisation de l'onde optique reçue, polarisation à priori aléatoire.  It can be noted that there are configurations which are insensitive to the polarization of the received optical wave, a priori random polarization.

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Dans une seconde variante, le ou les lasers sont placées sur la carte d'interface. Il s'agit par exemple d'un laser de faible coût ne pouvant être modulé à haute fréquence. La modulation est alors assurée par le modulateur électrooptique externe. Le schéma type de cette interface (transceiver) est représenté sur la figure 9a. Le bloc de modulation optique 100 est décrit plus en détail ci-dessous.  In a second variant, the laser or lasers are placed on the interface card. It is for example a low cost laser which cannot be modulated at high frequency. Modulation is then ensured by the external electrooptical modulator. The typical diagram of this interface (transceiver) is shown in Figure 9a. The optical modulation block 100 is described in more detail below.

Aux figures 9a et 9b, on a représenté deux exemples d'implémentation d'un modulateur externe avec une source laser et un détecteur pour un module d'émission/réception (transceiver). Le bloc de modulation optique, qui peut être plus complexe, a été ici représenté par un interféromètre de Mach-Zehnder. A la figure 9a, il s'agit d'un fonctionnement full-duplex. A la figure 9b, il s'agit d'un fonctionnement half duplex.  FIGS. 9a and 9b show two examples of the implementation of an external modulator with a laser source and a detector for a transmission / reception module (transceiver). The optical modulation block, which can be more complex, has been represented here by a Mach-Zehnder interferometer. In FIG. 9a, it is a full-duplex operation. In FIG. 9b, this is a half duplex operation.

D'autres implémentations de l'interface peuvent tirer avantage de l'insensibilité en longueur d'onde du modulateur par l'emploi de longueurs d'ondes différentes pour le signal montant et le signal descendant.  Other implementations of the interface can take advantage of the wavelength insensitivity of the modulator by the use of different wavelengths for the uplink signal and the downlink signal.

Le bloc de modulation électrooptique peut consister en un interféromètre de Mach Zehnder ayant une entrée et une sortie. La composante du signal nécessaire pour la contreréaction est alors extraite au moyen d'un coupleur optique. Il peut être avantageux d'utiliser un composant ayant une entrée et deux sorties (coupleur directif, interféromètre comportant un coupleur directif ou une jonction en X). Dans ce cas, une des sorties correspond au signal utile tandis que l'autre sortie correspond à l'inverse du signal utile. Ce signal inversé comporte la même sensibilité aux dérives que le signal utile et peut donc être utilisé dans la rétroaction sans que l'utilisation d'un coupleur (et l'introduction de pertes excédentaires) soit nécessaire.  The electrooptical modulation block can consist of a Mach Zehnder interferometer having an input and an output. The signal component necessary for the feedback is then extracted by means of an optical coupler. It may be advantageous to use a component having one input and two outputs (directional coupler, interferometer comprising a directional coupler or an X-junction). In this case, one of the outputs corresponds to the useful signal while the other output corresponds to the inverse of the useful signal. This inverted signal has the same sensitivity to drifts as the useful signal and can therefore be used in feedback without the use of a coupler (and the introduction of excess losses) being necessary.

Aux figures 10a à 10c, on a représenté trois exemples de modulateurs électro-optiques.  Figures 10a to 10c show three examples of electro-optical modulators.

A la figure 10a, à l'aide d'un interféromètre de Mach-Zehnder, à la figure 10b, à l'aide d'un interféromètre de Mach-Zehnder à deux sorties (modulations diverses l'une de l'autre), à la figure 10c, à l'aide d'un coupleur directif (modulations inverses l'une de l'autre).  In FIG. 10a, using a Mach-Zehnder interferometer, in FIG. 10b, using a Mach-Zehnder interferometer with two outputs (various modulations from one another), in FIG. 10c, using a directional coupler (modulations opposite to each other).

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Des essais et vérifications ont été effectués sur de tels dispositifs.  Tests and verifications have been carried out on such devices.

Pour caractériser la dérive d'un modulateur électrooptique, on peut réaliser l'expérience suivante : un modulateur est placé sur un banc de couplage. On injecte la lumière dans le modulateur par un objectif de microscope. La lumière en sortie est collectée par un autre objectif de microscope. En appliquant une tension de modulation sur les électrodes du modulateur, on observe une modulation du signal optique détecté par une photodiode (Fig. 11).  To characterize the drift of an electrooptical modulator, the following experiment can be carried out: a modulator is placed on a coupling bench. Light is injected into the modulator through a microscope objective. The output light is collected by another microscope objective. By applying a modulation voltage to the modulator electrodes, a modulation of the optical signal detected by a photodiode is observed (Fig. 11).

Sur la figure 12 représentant la dérive mesurée, VpAC correspond à la tension d'extinction dynamique (1 kHz), VpDC correspond à la tension d'extinction statique (liée à la dérive de la phase statique du modulateur) ;
Cette expérience permet ainsi de caractériser la dérive des modulateurs lorsqu'on applique un créneau de tension. Les temps caractéristiques de cette dérive sont de l'ordre de quelques minutes.
In FIG. 12 representing the measured drift, VpAC corresponds to the dynamic extinction voltage (1 kHz), VpDC corresponds to the static extinction voltage (linked to the drift of the static phase of the modulator);
This experiment thus makes it possible to characterize the drift of the modulators when applying a voltage niche. The characteristic times of this drift are of the order of a few minutes.

On a également mis en oeuvre l'invention avec un autre type de modulation.  The invention has also been implemented with another type of modulation.

Ainsi, la modulation FSK (Frequency Shift Keying) est une technique de base de modulation. Ce protocole élémentaire est utilisé par des appareils de communication lors de leur phase d'interconnexion. Dans cette expérience, le signal numérique (suite de 0 et de 1 ) contenant l'information est d'abord codé en fréquence par l'unité de commande : au code 0 correspond une fréquence fO, au code 1 correspond une fréquence fl.  Thus, FSK (Frequency Shift Keying) modulation is a basic modulation technique. This basic protocol is used by communication devices during their interconnection phase. In this experiment, the digital signal (continuation of 0 and 1) containing the information is first coded in frequency by the control unit: to code 0 corresponds to a frequency fO, to code 1 corresponds to a frequency fl.

A ce signal modulé en fréquence, on superpose un signal continu (tension de biais définissant le point de fonctionnement du modulateur). Ce signal est appliqué sur les électrodes du modulateur et code le signal optique.  A continuous signal (bias voltage defining the operating point of the modulator) is superimposed on this frequency modulated signal. This signal is applied to the modulator electrodes and encodes the optical signal.

Après détection par une photodiode, le signal est démodulé et comparé au signal initial. L'interface, objet de l'invention, permet les fonctions de modulation-démodulation et ajuste le point de fonctionnement du modulateur en analysant la dérive du point de fonctionnement.  After detection by a photodiode, the signal is demodulated and compared to the initial signal. The interface, object of the invention, allows the modulation-demodulation functions and adjusts the operating point of the modulator by analyzing the drift of the operating point.

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Pour cela, on détecte dans le signal de la photodiode la distorsion à la fréquence 2fo, que l'on minimise par la boucle d'asservissement. Ainsi, une des fonctions élémentaires de l'interface est d'implémenter des formats de modulation élémentaires comme la modulation FSK. Ce type de fonction est généralisable à d'autres formes de modulation en phase ou en fréquence, puisque le codage et le décodage sont effectués par le DSP. Cette expérience montre la compatibilité de cette interface avec tous les formats de modem électriques existants.  For this, the distortion at the frequency 2fo is detected in the photodiode signal, which is minimized by the servo loop. Thus, one of the elementary functions of the interface is to implement elementary modulation formats such as FSK modulation. This type of function can be generalized to other forms of phase or frequency modulation, since coding and decoding are carried out by the DSP. This experience shows the compatibility of this interface with all existing electrical modem formats.

Les signaux transmis à l'interface et reçus sont représentés aux figures 14a et 14b. Le traitement numérique permet de recouvrer le signal sans erreur. Le schéma de stabilisation du modulateur par asservissement numérique permet ainsi de transmettre un signal numérique en utilisant un codage analogique comme les formats de codage habituellement utilisés par les modems.  The signals transmitted to the interface and received are shown in Figures 14a and 14b. Digital processing allows the signal to be recovered without error. The stabilization scheme of the modulator by digital servoing thus makes it possible to transmit a digital signal using analog coding like the coding formats usually used by modems.

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Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Procédé de modulation électro-optique dans lequel on applique sur un modulateur électro-optique (110) un signal de commande indexé sur une valeur de référence (Vdc), procédé au cours duquel on prélève (400) de la lumière en sortie d'un modulateur (110,120) soumis à cette valeur de référence et on déduit de cette lumière prélevée un signal que l'on analyse (210) pour actualiser la valeur de référence (Vdc), caractérisé en ce que l'on convertit la lumière prélevée en un signal numérique, et on réalise numériquement sur ce signal (220) l'analyse d'actualisation de la valeur de référence (Vdc). 1. Electro-optical modulation method in which a control signal indexed to a reference value (Vdc) is applied to an electro-optical modulator (110), method in which light is taken (400) from the output d '' a modulator (110,120) subject to this reference value and a signal is deduced from this sampled light which is analyzed (210) to update the reference value (Vdc), characterized in that the sampled light is converted into a digital signal, and the update of the reference value (Vdc) is performed digitally on this signal (220). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on adopte deux modulateurs électro-optiques (110, 120), on réalise les étapes de prélèvement (400) et d'analyse (210) en sortie d'un seul des deux modulateurs (120), et on applique la valeur de référence (Vdc) actualisée sur les deux modulateurs (110,120).  2. Method according to claim 1, characterized in that two electro-optical modulators (110, 120) are adopted, the sampling (400) and analysis (210) steps are carried out at the output of only one of the two modulators (120), and the updated reference value (Vdc) is applied to the two modulators (110,120). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fournit sur l'un des modulateurs un signal utile de modulation et une lumière laser et sur l'autre des modulateurs un signal de perturbation et une lumière générée par une diode électroluminescente.  3. Method according to claim 2, characterized in that one provides on one of the modulators a useful modulation signal and a laser light and on the other of the modulators a disturbance signal and a light generated by a light emitting diode . 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique, en entrée du modulateur (120) sur lequel on fait le prélèvement de lumière, un signal de perturbation choisi (Vac) et on analyse numériquement des perturbations engendrées en sortie de ce modulateur (120) par ce signal de perturbation.  4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that a selected disturbance signal (Vac) is applied at the input of the modulator (120) on which the light sampling is carried out and disturbances are analyzed numerically. generated at the output of this modulator (120) by this disturbance signal. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'analyse d'actualisation comprend l'analyse d'une perturbation générée par le modulateur à une fréquence 2fo, par rapport à une composante fréquentielle donnée fo en entrée de ce modulateur.  5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the updating analysis comprises the analysis of a disturbance generated by the modulator at a frequency 2fo, with respect to a given frequency component fo at the input of this modulator. <Desc/Clms Page number 22> <Desc / Clms Page number 22> 6. Procédé selon la combinaison des revendications 4 et 5, et caractérisé en ce que l'on applique, en tant que signal de perturbation, un signal sinusoïdal (Vac) ayant une fréquence fo et on analyse numériquement (210) au moins la composante fréquentielle à la fréquence 2fo présente en sortie du modulateur (120).  6. Method according to the combination of claims 4 and 5, and characterized in that one applies, as disturbance signal, a sinusoidal signal (Vac) having a frequency fo and one analyzes digitally (210) at least the component frequency at the frequency 2fo present at the output of the modulator (120). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que la composante fréquentielle à 2fo est calculée par un filtrage numérique récursif.  7. Method according to any one of the preceding claims, in combination with claim 5, characterized in that the frequency component at 2fo is calculated by recursive digital filtering. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtrage récursif est réalisé selon une équation aux différences du type Qk (n) =ak. Qk (n-  8. Method according to claim 7, characterized in that the recursive filtering is carried out according to a difference equation of the type Qk (n) = ak. Qk (n-
Figure img00220001
Figure img00220001
1)-Qk (n-2) +x (n) avec ak=2. cos (2. Pl. k/N), Qk (-1) =0 et Qk (-2) =0, x (n) désignant les échantillons obtenus à partir du signal de sortie du modulateur, et en ce que ce filtrage est réalisé en au moins deux phases, l'une réalisée en N-1 étapes, qui permet de calculer QN et ON-1, et l'autre réalisée une fois après ces N-1 étapes, et fournissant un état de la composante fréquentielle à la fréquence 2fo, N étant donné par l'équation N=2fe/fo où fe est la fréquence d'échantillonnage du signal numérique obtenu à partir de la lumière prélevée.  1) -Qk (n-2) + x (n) with ak = 2. cos (2. Pl. k / N), Qk (-1) = 0 and Qk (-2) = 0, x (n) designating the samples obtained from the modulator output signal, and in that this filtering is carried out in at least two phases, one carried out in N-1 stages, which makes it possible to calculate QN and ON-1, and the other carried out once after these N-1 stages, and providing a state of the frequency component at the frequency 2fo, N being given by the equation N = 2fe / fo where fe is the sampling frequency of the digital signal obtained from the sampled light.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce qu'on adopte au moins deux modulateurs, l'entrée de l'un recevant des signaux issus d'une sortie de l'autre, en ce que l'on prélève pour analyse d'actualisation la lumière issue du modulateur aval, et en ce qu'on applique la valeur de référence actualisée par cette analyse sur les deux modulateurs.  9. Method according to any one of the preceding claims, in combination with claim 2, characterized in that at least two modulators are adopted, the input of one receiving signals from an output of the other , in that the light coming from the downstream modulator is taken for updating analysis, and in that the reference value updated by this analysis is applied to the two modulators. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fournit un signal numérique de commande (210), et on convertit ce signal numérique en un signal analogique de commande du modulateur, et en ce qu'on réalise en outre une correction du signal numérique de commande (210) en tenant compte de la valeur de référence actualisée (Vdc) avant de convertir ce signal numérique corrigé en le signal analogique de commande.  10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that a digital control signal is supplied (210), and this digital signal is converted into an analog control signal for the modulator, and in that one realizes further correcting the digital control signal (210) taking into account the updated reference value (Vdc) before converting this corrected digital signal into the analog control signal. <Desc/Clms Page number 23> <Desc / Clms Page number 23> 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on réalise l'analyse d'actualisation de la valeur de référence (Vdc) ainsi que la correction du signal numérique de commande à l'aide d'un même processeur (210).  11. Method according to the preceding claim, characterized in that the updating analysis of the reference value (Vdc) is carried out as well as the correction of the digital control signal using the same processor (210) . 12. Dispositif de modulation électro-optique, comprenant au moins un modulateur de lumière (110), des moyens pour fournir un signal de commande du modulateur (110) indexé sur une valeur de référence (Vdc), des moyens pour prélever la lumière (400) en sortie d'un modulateur (110, 120) soumis à cette valeur de référence, des moyens pour analyser un signal déduit de la lumière prélevée et déduire de cette analyse une valeur de référence (Vdc) actualisée, caractérisé en ce que les moyens de prélèvement et les moyens d'analyse (400,210) sont prévus pour convertir la lumière prélevée en un signal numérique (220), et fournir la valeur de référence actualisée à l'aide d'une analyse numérique de ce signal converti.  12. Electro-optical modulation device, comprising at least one light modulator (110), means for supplying a control signal from the modulator (110) indexed to a reference value (Vdc), means for taking the light ( 400) at the output of a modulator (110, 120) subject to this reference value, means for analyzing a signal deduced from the light picked up and deducing from this analysis an updated reference value (Vdc), characterized in that the sampling means and the analysis means (400,210) are provided for converting the sampled light into a digital signal (220), and supplying the updated reference value using a digital analysis of this converted signal. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il inclut un modulateur miroir.  13. Device according to claim 12, characterized in that it includes a mirror modulator. 14. Dispositif selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce qu'il inclut une carte d'interface et une source laser, ledit au moins un modulateur et la source laser étant placés sur la carte d'interface. 14. Device according to claim 12 or claim 13, characterized in that it includes an interface card and a laser source, said at least one modulator and the laser source being placed on the interface card.
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