CA 022~9~ 1998-ll-16 REGFNERATION OPTI~UF POUR DF-~ SYSTFI~F.~; QF TRANSMISSION A
FIBI?F OPTlnUE A SIGNAUX SOI ITONS
La présente invention a pour obiet un regénerateur optique pour un 5 système de transmission à impulsions sotitons, et plus particulierement un régénérateur optique dans lequel le signal ~ orlo~e est obtenu par verrouillage de mode d'un laser à cavité.
L'invention concerne aussi un procédé de regeneration optique d'impulsions solitons. Enfin, elle cG"ce,l,e un système de lldns",i~sion o comprenant un tel regénérateur.
La transmission d'impulsions solitons ou solitons est un phenomène connu.
Ces impulsions sont des impulsions RZ de iargeur temporelle (FWHM) faible par rapport au temps bit, qui présentent une relation déterrninee entre la puissance, la largeur spectrale et la largeur temporelle, et qui se propagent généralement 15 dans la partie à dispersion ano""ale d'une fibre optique. L'évolution de l'enveloppe d'une telle impulsion soliton dans une fibre monomode peut être modélisée par l'équation de Schrudinger non lineaire; la ~ropAg~lion repose sur un équilibre entre la dispersion de la fibre et sa non-linéarité.
Divers effets limitent la t~dnsmission de telles impulsions, comme la gigue ~o induite par l'interaction des solitons avec le bruit présent dans le système de transmission, decrite par exemple dans l'article de J. P. Gordon et H. A. Haus, Optical Letters, vol. 11 n~ 10 pages 665-667. Cet effet, appelé effet Gordon-Haus. impose une limite théorique a la qualité ou au débit des transmissions parsolitons. Pour arriver à dep~sser cette limite, il est possible d'utiliser une 2s modulation synchrone des signaux solitons, par un signal d'horloge ou horloge, pour corriger leur gigue temporelle, comme expliqué par exemple dans un articie de H. Kubota, IEEE Joumal of Quantum Electronics, vol. 29 n~ 7 (1994), p. 2189 et s., pour ce qui est de la modulation d'intensité, et dans un article de N. J.Smith et N. J. Doran, Optical Fiber Technology, 1, p. 218 (1995), pour ce qui est 30 de la modulation de phase.
Un telle modulation implique une récupération d'horloge, à partir du signal solitons reçu. Cette récuperation d'l,orloye consis~e d'une part à récupérer un signal à une fréquence donnee, et d'autre part à synchroniser la phase de ce signal avec la phase des sol,tur,s reçu. Diverses solutions ont déià été
35 proposées pour assurer cette récupération d'l,GrlGye On peut nota",l,len~
effectuer une conversion optoélect,onique, une récupération de phase par des CA 022~9~ l998-ll-l6 moyens electronique, par ex~ ple a l'aide d'une boucle à verrouillage de phase, puis effectuer une reconversion electronique-optique du signal obtenu pour moduler les solitons. Cette solution Jimite intrinsèquement le debit de la liaison solitons, du fait de la limite supérieure de la bande passante des dispositifs semi-conducteurs utilisés. Cette solution est en outre co""~li4uée et coûteuse pour des débits élevés.
Une autre solution connue consiste à récupérer l'horloge par blocage de modes d'un laser a fibre en anneau, et d'appliquer l'horloge ainsi récuperée à un modulateur synchrone. Un article de W. A. Pender et al., Electronics Letters, vol.
31 n~ 18 (31.08.95) décrit un dispositH de récupération d'horloge par blocage demodes d'un laser à fibres en anneau. Cet article propose d'envoyer la moitié du signal incident dans un laser à fibre dopée à l'erbium en anneau, de sorte à
assurer un verrouillage de mode du laser à la fréquence du signal incident. Le signal d'horloge est extrait du laser en anneau par un coupleur, et est utilise s dans une porte Kerr faisant fonction de modulateur. Pour assurer la synchronisation des phases de l'horloge et du signal a regenérer, cet article propose d'utiliser un système d'élongation mécanique de la fibre en sortie du laser en anneau.
T. Ono et al., OFC '94 Technical Digest, ThM3, p. 233 et s. propose un ~o circuit de récuperation d'horloge utiiisant une diode laser Fabry-Perot, qui est verrouillée en mode latéral par le signal incident pour fournir une horloge. Ce dispositif implique une fréquence bit cor,espondant exactement a la fréquence du mode latéral du laser.
K. Smith et al., Electronics Letters, vol. 28 n~ 19, p. 1814 et s., propose un ~5 autre circuit de récupération d'horloge, dans lequel la fibre de transmission et un laser a cavité partagent un modulateur optique non-linéaire, de sorte que le signal de la fibre de transmission module la lumière de ia cavité laser, par transmodulation de phase (XPM ou "cross phase modul~tion"). La cavité laser subit un verrouillage de mode à la frequence des solitons; un coupleur extrait de 30 la cavité un signal d'horloge.
D. M. Patrick et al., Elect,onics Letters, vol. 30 n~ 2 décrit un circuit de recupération d'horloge du même genre, dans lequel le signal incident module la lumière d'un laser en anneau a fibre dopée à l'erbium dans un amplir,cdleur à
semi-conducteur à ondes progressives (~W-SCA). Le signal d'horloge est extrait 35 de la cavité par un coupleur.
CA 022~9~ 1998-11-16 Ces trois articles ne mentionnent pas de méthode particulière pour assurer la modulation du signal par l'horloge récuperée.
Le problème de ces differents circuits tout-optiques de récupération d'horloge est que la synchronisation des phases de l'horloge et des solitons en 5 ligne est difficile à réaliser en tout-optiqtJe au~,~",e"l que par des lignes à retard mécaniques, comme dans le montage de W. A. Pender et al.
La présente invention propose une solution originale et simple au problème de 1~ récupération d'horloge et de la modulation synchrone des solitons. Elle permet d'éviter le problème de synchronisation des phases de l'horloge et du o signal à moduler, qui se pose dans l'art antérieur: de fait, I'invention combine en un dispositif unique le modulateur synchrone et la récupération d'horloge.
L'invention présente en outre l'avantage d'une grande compacite.
Plus précisément, I'invention propose un regénérateur pour système de transmissions à impulsions solitons, comprenant un laser à cavité dans lequel est inseré un modulateur, des moyens pour coupler le signal d'entrée à
régénérer en entrée du modulateur de sorte à assurer un blocage de mode du laser, et des moyens pour coupier en sortie du modulateur le signal régénéré.
Le laser est avantageusement un laser à cavité Fabry Perot ou un laser à
fibre en anneau. On peut prevoir dans le laser des moyens dispersifs, tels un o tronçon de fibre dispersive.
Le modulateur peut être un modulateur de phase ou un modulateur d'intensité. Il peut par exemple comprendre un miroir non linéaire en boucle, ouun amplificateur à semi-conducteur, de préférence à ondes progressives.
Le modulateur peut comprendre un tronçon de fibre dispersive assurant une modulation par effet Kerr.
Dans un mode de réalisation, le régénérateur cG,t".rel)d un amplificateur du signal d'entrée à regénérer, en amont du modulateur.
Avantageusement, le régénérateur présente un fiitre filtrant le signal régenéré.
Dans le cas d'un laser à cavité, le miroir d'entrée de la cavité Fabry Perot est de préférence sélectif en longueur d'onde, de sorte à séparer le signal régéneré du signal laser.
L'invention a aussi pour objet un systeme optique de trans",ission, comprenant au moins un tel régénérateur.
Elle concerne enfin un procedé de régénération d'un signal solitons, comprenant:
CA 022~9~ 1998-11-16 - la cl~alion d'une horloge par btocage de mode d'un laser à cavité dans lequel est inséré un modulateur, en modulant le signal laser par le signal solitons à régenérer;
- I'extraction en sortie de ce modulateur du signal solitons régénéré par modulation par l'horloge.
Le signal solitons peut effectuer dans le modulateur une modulation de phase du signal taser, eVou une modulation d'intensite du signal laser.
L'horloge peut effectuer dans le modulateur une modulation de phase du signal solitons, eVou une modulation d'intensité du signal solitons.
o Dans un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend l'étaJement du signal d'horloge dans le laser à cavité.
On peut aussi prévoir un filtrage du signal extrait en sortie du modulateur, de sorte à separer le signal régénéré de l'horloge.
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 reférence aux dessins annexés qui montrent:
- figure 1 une représentation schématique de principe d'un régénérateur selon l'invention;
- figure 2, en bas l'allure du signal soliton a régénérer, et en haut, I'allure du ~o signal d'horloge dans le laser à cavite;
- figure 3 une replésentalion schématique d'un régénérateur selon un premier mode de réalisation de l'invention;
- figure 4 une représentation schématique d'un regénerateur selon un deuxième mode de ré~lis~tion de l'invention;
'75 - figure 5 une représentation schématique d'un régénérateur selon un troisième mode de ré~lisation de l'invention;
- figure 6 une représentation schématique d'un régénerateur selon un quatrième mode de ré~lis~tion de l'invention;
- figure 7 une représentation schématique d'un régénérateur selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
L'invention propose d'associer dans un même circuit la fonction de récupération d'horloge, par blocage de modes d'un laser, et la fonction de modulation. A cet effet, elle repose sur la cGnstaldlion surp~nal-te que l modulateur utilisé pour assurer le blocage de mode du laser par le signal soliton à régénérer effectue en même temps la modulation de ce signal soliton par la lumière du laser. Dans un circuit formé d'un laser à cavite dans lequel est inséré
CA 022~9~ 1998-11-16 un modulateur, et de moyens pour coupler le signal d'entree à régénerer en entrée du modulateur. I'invention propose donc de prevoir, non pas des moyens pour extraire un signal d'horloge constitué par la lumiere du laser, mais des moyens pour extraire, en sortie du mod~ t~ur, le signal régenéré.
Comme dans les dispositifs connus de l'art antérieur, le signal soliton à
régenérer est couplé dans le modulateur inséré dans le laser à cavité, de sorte à
assurer un blocage actif des modes du laser, au rythme des bits du signal reçu.
Ceci permet de générer dans le laser en anneau un signal d'horloge à la fréquence bit du signal soliton à régénerer.
o Mais ce signal d'horloge circuie dans la cavité du laser, et donc dans lemodulateur qui y est inséré, et interagit dans le modulateur avec le signal soliton incident pour le moduler au rythme de l'horloge. Il est manifeste que la synchronisation du signal d'horloge et du signal soliton à moduler est assurée automatiquement par la structure même du régénérateur de l'invention, sans , qu'il soit nécess~ire de prévoir des mécanismes tels des lignes à retard ou autres.
On règle de façon connue en soi la longueur la longueur de la cavite pour assurer que l'intervalle spectral libre de la cavité est un sous-multiple entier de la fréquence bit du signal soliton.
L'invention propose donc d'extraire en sortie du modulateur le signal soliton ayant servi au blocage de modes du laser, qui constitue un signal régénéré.
La figure 1 montre une représentation schématique de principe d'un regénérateur selon l'invention, fonctionnant selon ce principe. Le régenérateur de la figure 1 comprend un laser à cavité, en l'espèce un laser à fibre en anneau, '5 comprenant une fibre 1, formant un anneau; sur la fibre sont disposés un isolateur 2, un filtre 3, et des moyens 4 d'amplification optique du signal. La flèche du modulateur montre le sens de circulation de la lumière dans la cavité.Dans la cavité est inséré un modulateur 5, qui reçoit en entrée non seulement lesignal provenant de la hbre 1, sur une entrée 6, mais aussi, sur une entrée 7, le 30 signal soliton à régénérer. En sortie, le modulateur est relié à la fibre 1, sur une sortie 8, de sorte à permettre un blocage de mode actif du laser par le signal soliton. Le modulateur fournit en outre sur une sortie 9 le signal soliton régénéré.
On peut prévoir sur la fibre 1 des moyens dispersifs 10, qui permettent de contrôler la largeur des impulsions du signal d'horloge dans la fibre, et 35 notamment d'élargir les impulsions d'horloge. On ameliore ainsi la co"~tion de la gigue temporelle du signal soliton par la modulation par le signal d'horloge. On . .
CA 022~9~ l998-ll-l6 peut utiliser comme moyens de dispersion une fibre à fort coefficient de dispersion, ou encore un reseau de Bragg.
Le modulateur 5 de la figure 1 peut être un modulateur de phase, un modulateur d'intensité, ou un modulateur de phase et d'intensité combinees, comme expliqué dans les divers modes de re~lis~tion des figures 3 à 6.
La figure 2 montre, en bas, l'allure des signaux solitons reçus sur l'entrée 7 du modutateur 5, et en haut l'allure du signal d'horloge correspondant obtenu lorsque le modulateur est un amplificateur à semi-conducteur comme dans le mode de réalisation de la figure ~; ce signal circule dans le laser à cavité. Onconstate que le blocage de mode actif du laser permet de récupérer un signal d'horloge de qualité.
La figure 3 montre une representation schématique du modulateur d'un régénérateur selon un premier mode de réalisation de l'invention. On n'a pas représenté sur la figure 3, I'anneau de fibre 1,1'isolateur 2, le filtre 3, les moyens 15 4 d'amplification optique du signal, ni les moyens dispersifs 10. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le modulateur 5 est formé d'un miroir non linéaire en boucle ~NOLM). Celui-ci est formé d'une longueur de fibre fortement dispersive 20, par exemple une longueur de l'ordre de 10km. Les deux extrémités de la fibre 20 sont couplées à travers un coupleur 2/2 21, et sont reliés à la fibre 1 de ~o sorte à former l'entrée 6 et la sortie 8 du modulateur. Sur la boucle de fibre 20 sont prévus deux coupleurs 2/2 22 et 23, disposés symétriquement par rapport au coupleur 21, et dans des sens opposés. Le coupleur 22 couple dans le NOLM
le signal soliton a régénérer, et constitue l'entrée 7 du modulateur. Le coupleur 23 extrait du modulateur le signal soliton régéneré et l'horloge. En aval du 25 coupleur 23 est prévu un filtre 24 passe bas qui bloque l'horloge. La sortie du filtre 24 constitue la sortie 9 du modulateur 5.
Le fonctionnement du NOLM de la figure 3 est le suivant. Le signal soliton induit un blocage de mode du laser, par modulation d'intensité et de phase sur le signal circulant dans la fibre du NOLM. Le signal provenant de la fibre 1 est 30 couplé dans le NOLM par le coupleur 21, où il est sépare en deux signaux se propageant en sens inverse, comme indiqué par les flèches 26 et 27. Il est recombiné au niveau du coupleur 21, et est réfléchi en sortie 6 Le signal se propageant dans le sens de la flèche 26 est modulé en intensite par le signal soliton incident introduit dans le NOLM par le coupleur 22. On o~tient en sortie3~ du coupleur 23 le signal soliton régénéré et le signal d'horloge. Le filtre 24 coupe le signal d'horloge. Par ailleurs, le signal d'horloge assure une modulation r CA 022~9~ 1998-ll-16 synchrone de phase du signal soliton incident, et assure ainsi la correction de sa gigue temporelle. Pour plus de precisions sur le fonctionnement du NOLM
comme modulateur, on pourra se reporter à l'article de S. Bigo et al.. Electronics Letters, vol. 31 n~ 21 (1995).
Dans le montage de la figure 3 peut en outre être prevu, en amont du coupleur 22, un amplificateur 25 pour les signaux solitons incidents.
Le montage de la figure 3 est particulièrement avantageux, en ce que le blocage de mode est assuré par une modulation d'intensité, tandis que la modulation du signal soliton par l'horloge est assurée par une modulation de 10 phase. On peut de ce fait régler de façon indépendante la profondeur de modulation du signal laser par le signal soliton, et la profondeur de modulationdu signal soliton par le signal laser. Le réglage de la profondeur de modulationde phase peut être effectué en jouant sur la puissance du signal d'horloge dans la cavité; le réglage de la profondeur de modulation d'intensité peut être effectué
15 en jouant sur le taux de couplage du coupleur d'entrée, pour une puissance donnée du signal d'horloge dans la cavité.
Ainsi, on assure le blocage de mode du laser et une bonne régénération qui ne dégrade pas les solitons.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, on peut utiliser le NOLM dans sa ~o configuration classique en miroir, avec un coupleur dissymétrique. On peut aussi régler le NOLM en mode "transmetteur", par exemple en utilisant des contrôleurs de polarisation dans la cavite, ou en utilisant une lame birefringente aux axes correctement alignes. Ceci permet de rendre le modulateur non bloquant pour l'hortoge en présence de zéros, de sorte à éviter toute perte de l'horloge lors des '5 zéros du signal soliton. Dans ce cas on peut utiliser un coupleur d'entrée symétrique. L'efficacité en puissance est alors maximale.
La figure 4 montre une représentation schématique d'un régénérateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; comme pour la figure 3, on n'a représenté à la figure 4 que le modulateur ~. La modulation, dans le mode de 30 réalisation de la figure 4, est une modulation de phase par effet Kerr dans une section de fibre à forte dispersion. _ cet effet, le modulateur 5 comprend une section de fibre 30 à forte dispersion, d'une longueur qui peut être de l'ordre de 10 km, et qui est reliée à la fibre 1 pour former l'anneau du laser, de sorte à
former l'entrée 6 et la sortie 8 du modulateur. une extrémite de la fibre 30, un35 coupleur 31 couple le signal soliton à régénérer dans la fibre; à l'autre extrémité
de la fibre 30, un coupleur 32 couple le signal soliton et l'horloge vers un filtre 33 , . . . .
CA 022~9~ 1998-11-16 Le filtre 33 bloque le signal d'horloge, et la sortie du filtre 33 constitue la sortie 9 du modulateur ~. En amont du coupleur 31, on peut prévoir comme dans le cas de la figure 3, un amplificateur dont l'entree constitue l'entrée 7 du modulateur.
Le montage de la figure 4 fonctionne de la façon suivante. Le signal soliton induit un blocage de mode du laser, par modulation de phase par effet Kerr dans la fibre 30. Le signal d'horloge assure une modulation synchrone de phase du signal soliton incident. Le filtre 33 bloque le signal d'horloge.
Dans le montage de la figure 4, la modulation du signal soliton, comme le blocage de mode sont effectuées par le même modulateur. La profondeur de o modulation est choisie suffisamment importante pour garantir le blocage de modes du laser en anneau; elle est toutefois maintenue à un niveau tel que la modulation par la lumière du laser assure une régenération correcte, et ne dégrade pas les solitons.
La figure 5 montre une représentation schématique d'un regénérateur selon 15 un troisième mode de réalisation de l'invention; comme pour les figure 3 et 4, on n'a représenté à la figure 5 que le modulateur 5. La modulation, dans le mode deréalisation de la figure 5, est une modulation d'intensité et de phase dans un amplificateur à semi-conducteur, par exemple un amplificateur à semi-conducteur à ondes progressives (TW-SCA). Le modulateur de la figure 5 ~o comprend donc un amplificateur à semi-conducteur à ondes progressives 40, dont l'entrée et la sortie sont reliées aux extrémités de la fibre 1. En amont du TW-SCA 40, un coupleur 41 couple dans la fibre 1 le signal solitons incident. Enaval du TW-SCA 40, un coupleur 42 fournit le signal soliton modulé et le signal d'horloge. Le coupleur 42 est relié à un filtre 43 qui bloque le signal d'horloge. La '5 sortie du filtre 43 constitue la sortie 9 du modulateur 5. En amont du coupleur 41, on peut prévoir comme dans le cas des figures 3 et 4, un amplificateur 44 dont l'entrée constitue l'entrée 7 du modulateur.
Le montage de la figure 5 fonctionne de la façon suivante. Le signal soliton induit un blocage de mode du laser, par modulation de phase et d'intensité dans 30 le TW-SCA 40. Le signal d'horloge assure quant à lui une modulation synchronede phase et d'intensité du signal soliton incident. Le filtre 43 bloque le signal d'horloge. On règle la profondeur de modulation comme indiqué à la figure 4.
La figure 6 montre une représentation schématique d'un régénérateur selon un quatrieme mode de réalisation de l'invention; comme pour les figures 35 precédentes, on n'a représenté à la figure 6 que le modulateur 5. Le dispositif de la figure 6 correspond à celui de la figure 3, et les mêmes numéros de référence CA 022~9~ 1998-ll-16 WO98/41900 PCT~R98/00523 sont utilisés. Toutefois, le dispositlf de la figure 6 comprend en outre dans leNOLM un amplificateur à semi-conducteur à ondes progressives 50, entre les coupleurs 22 et 23. Ce dispositif permet de limiter l'encombrement du NOLM, en remplaçant la fibre de propagation par un modulateur à semi-conducteurs.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 6 est analogue à celui du dispositif de la figure 3. On peut notamment régler indépendamment les profondeurs de modulation respectives de l'horloge et du signal soliton.
La figure 7 montre une représentation schématique d'un régénerateur selon un cinquième mode de re~lis~tion de l'invention. Dans le mode de realisation de o ia figure 7, on utilise comme cavité non par un anneau, mais une cavité FabryPerot. On insère dans la cavite un modulateur, par exemple un amplificateur à
semi-conducteur, tel qu'un amplificateur à semi-conducteur à ondes progressives.
Le dispositif de la figure 7 comprend donc un circulateur 55 à trois bornes, 15 qui reçoit sur une entrée sur une première borne d'entrée 56 le signal soliton à
régénérer. Ce signal est fourni en sortie sur une deuxième borne de sortie et d'entrée 57 et est transmis à une cavité Fabry Perot 58 formée de deux miroirs 59, 60; le premier miroir 59 est un miroir selectif en longueur d'onde. Dans la cavité 58 est disposé un modulateur 61, typiquernent un amplificateur à semi-conducteur, de préference à ondes progressives. La troisieme borne 62 du circulateur 55 est une borne de sortie qui fournit le signal reçu en entrée sur la deuxième borne 57.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 7 est le suivant. Le signal soliton à régénérer est reçue sur la première borne 56 du sélecteur 55, et est CA 022 ~ 9 ~ 1998-ll-16 REGFNERATION OPTI ~ UF FOR DF- ~ SYSTFI ~ F. ~; QF TRANSMISSION A
FIBI? F OPTIONAL WITH SOON ITON SIGNALS
The object of the present invention is an optical regenerator for a 5 sotiton pulse transmission system, and more particularly a optical regenerator in which the signal ~ orlo ~ e is obtained by locking mode of a cavity laser.
The invention also relates to a method of optical regeneration of soliton pulses. Finally, it cG "ce, l, e une system de lldns", i ~ sion o including such a regenerator.
The transmission of soliton or soliton pulses is a known phenomenon.
These pulses are RZ pulses of weak time width (FWHM) by with respect to bit time, which have a definite relationship between power, the spectral width and the temporal width, and which generally propagate 15 in the ano dispersion part "" ale of an optical fiber. The evolution of the envelope of such a soliton pulse in a single-mode fiber can be modeled by the nonlinear Schrudinger equation; the ~ ropAg ~ lion rests on a balance between the dispersion of the fiber and its non-linearity.
Various effects limit the timing of such pulses, such as jitter ~ o induced by the interaction of solitons with the noise present in the transmission, described for example in the article by JP Gordon and HA Haus, Optical Letters, vol. 11 n ~ 10 pages 665-667. This effect, called the Gordon- effect Haus. imposes a theoretical limit on the quality or speed of parsoliton transmissions. To reach this limit, it is possible to use a 2s synchronous modulation of the soliton signals, by a clock or clock signal, to correct their temporal jitter, as explained for example in an articie by H. Kubota, IEEE Joumal of Quantum Electronics, vol. 29 no.7 (1994), p. 2189 et s., with regard to intensity modulation, and in an article by NJ Smith and NJ Doran, Optical Fiber Technology, 1, p. 218 (1995), with respect to 30 of phase modulation.
Such modulation implies clock recovery from the signal solitons received. This recovery of l, orloye consis ~ e on the one hand to recover a signal at a given frequency, and on the other hand to synchronize the phase of this signal with ground phase, tur, s received. Various solutions have already been 35 proposed to ensure this recovery of l, GrlGye We can note ", l, len ~
perform an optoelectic, onical conversion, phase recovery by CA 022 ~ 9 ~ l998-ll-l6 electronic means, eg ~ ple using a phase locked loop, then carry out an electronic-optical reconversion of the signal obtained for modulate the solitons. This Jimite solution inherently links throughput solitons, due to the upper limit of the bandwidth of semi-devices conductors used. This solution is also co "" ~ li4ue and expensive for high flow rates.
Another known solution consists in recovering the clock by blocking modes of a ring fiber laser, and to apply the clock thus recovered to a synchronous modulator. An article by WA Pender et al., Electronics Letters, vol.
31 n ~ 18 (31.08.95) describes a device for clock recovery by blocking modes of a ring fiber laser. This article proposes to send half of the incident signal in a fiber laser doped with erbium in a ring, so that ensure a mode lock of the laser at the frequency of the incident signal. The clock signal is extracted from the ring laser by a coupler, and is used s in a Kerr door acting as a modulator. To ensure synchronization of clock and signal phases to regenerate, this article proposes to use a mechanical elongation system for the fiber leaving the ring laser.
T. Ono et al., OFC '94 Technical Digest, ThM3, p. 233 and s. offers a ~ o clock recovery circuit using a Fabry-Perot laser diode, which is locked in lateral mode by the incident signal to provide a clock. This device involves a bit cor frequency, spanning exactly the frequency side mode of the laser.
K. Smith et al., Electronics Letters, vol. 28 n ~ 19, p. 1814 and following, proposes a ~ 5 other clock recovery circuit, in which the transmission fiber and a cavity laser share a nonlinear optical modulator, so the signal of the transmission fiber modulates the light of the laser cavity, by phase transmodulation (XPM or "cross phase modulation"). The laser cavity undergoes a mode lock at the frequency of the solitons; a coupler extracted from 30 the cavity a clock signal.
DM Patrick et al., Elect, onics Letters, vol. 30 n ~ 2 describes a circuit of Clock recovery of the same kind, in which the incident signal modulates the erbium doped fiber ring laser light in an amplifier, traveling wave semiconductor (~ W-SCA). The clock signal is extracted 35 of the cavity by a coupler.
CA 022 ~ 9 ~ 1998-11-16 These three articles do not mention any particular method for ensuring modulation of the signal by the recovered clock.
The problem of these different all-optical recovery circuits is that the synchronization of the phases of the clock and the solitons in 5 line is difficult to achieve in all-optiqtJe to ~, ~ ", e" l only by delay lines mechanical, as in the assembly by WA Pender et al.
The present invention proposes an original and simple solution to the problem 1 ~ clock recovery and synchronous modulation of solitons. She avoids the problem of synchronization of the phases of the clock and the o signal to be modulated, which arises in the prior art: in fact, the invention combines a unique device, synchronous modulator and clock recovery.
The invention also has the advantage of being very compact.
More specifically, the invention proposes a regenerator for a soliton pulse transmissions, comprising a cavity laser in which a modulator is inserted, means for coupling the input signal to regenerate at the input of the modulator so as to ensure a mode blocking of the laser, and means for cutting the regenerated signal at the output of the modulator.
The laser is advantageously a Fabry Perot cavity laser or a laser ring fiber. Dispersive means can be provided in the laser, such as a o section of dispersive fiber.
The modulator can be a phase modulator or a modulator intensity. It can for example comprise a non-linear loop mirror, or a semiconductor amplifier, preferably with traveling waves.
The modulator may include a section of dispersive fiber ensuring modulation by Kerr effect.
In one embodiment, the regenerator cG, t ". Rel) of an amplifier of the input signal to be regenerated, upstream of the modulator.
Advantageously, the regenerator has a filter filtering the signal regenerated.
In the case of a cavity laser, the entrance mirror of the Fabry Perot cavity is preferably wavelength selective, so as to separate the signal regenerated laser signal.
The invention also relates to an optical system of trans ", ission, comprising at least one such regenerator.
Finally, it relates to a method for regenerating a soliton signal, including:
CA 022 ~ 9 ~ 1998-11-16 - the cl ~ alion of a clock by mode setting of a cavity laser in which is inserted a modulator, modulating the laser signal by the soliton signal to regenerate;
- the extraction at the output of this modulator of the soliton signal regenerated by clock modulation.
The soliton signal can modulate in the modulator taser signal phase, eVou an intensity modulation of the laser signal.
The clock can perform phase modulation in the modulator.
signal solitons, eVou an intensity modulation of the solitons signal.
o In one mode of implementation, the method comprises establishing the clock signal in the cavity laser.
It is also possible to provide a filtering of the signal extracted at the output of the modulator, so as to separate the regenerated signal from the clock.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading of the description which follows of embodiments of the invention, given to by way of example and with reference to the appended drawings which show:
- Figure 1 a schematic representation of the principle of a regenerator according to the invention;
- Figure 2, below the appearance of the soliton signal to be regenerated, and above, the appearance of the ~ o clock signal in the cavity laser;
- Figure 3 a schematic replresentation of a regenerator according to a first embodiment of the invention;
- Figure 4 a schematic representation of a regenerator according to a second mode of re ~ read ~ tion of the invention;
'75 - figure 5 a schematic representation of a regenerator according to a third embodiment of the invention;
- Figure 6 a schematic representation of a regenerator according to a fourth mode of re ~ read ~ tion of the invention;
- Figure 7 a schematic representation of a regenerator according to a fifth embodiment of the invention.
The invention proposes to associate in the same circuit the function of clock recovery, by blocking modes of a laser, and the function of modulation. For this purpose, it is based on the cGnstaldlion surp ~ nal-te that l modulator used to ensure the mode blocking of the laser by the soliton signal to be regenerated simultaneously modulates this soliton signal by the laser light. In a circuit formed by a cavity laser in which is inserted CA 022 ~ 9 ~ 1998-11-16 a modulator, and means for coupling the input signal to be regenerated in modulator input. The invention therefore proposes to provide, not means to extract a clock signal constituted by the light of the laser, but means for extracting, at the output of the mod ~ t ~ ur, the regenerated signal.
As in the known devices of the prior art, the soliton signal to regenerate is coupled in the modulator inserted in the cavity laser, so that ensure active blocking of the laser modes, at the rate of the bits of the received signal.
This generates a clock signal in the ring laser at the bit frequency of the soliton signal to be regenerated.
o But this clock signal circulates in the cavity of the laser, and therefore in the modulator which is inserted there, and interacts in the modulator with the soliton signal incident to modulate it to the rhythm of the clock. It is clear that the synchronization of the clock signal and the soliton signal to be modulated is ensured automatically by the very structure of the regenerator of the invention, without , that it is necessary to provide mechanisms such as delay lines or other.
The length of the cavity is adjusted in a manner known per se ensure that the free spectral interval of the cavity is an integer sub-multiple of the bit frequency of the soliton signal.
The invention therefore proposes to extract from the modulator the soliton signal used to block laser modes, which is a regenerated signal.
Figure 1 shows a schematic representation of the principle of a regenerator according to the invention, operating according to this principle. The regenerator of FIG. 1 comprises a cavity laser, in this case a ring fiber laser, '5 comprising a fiber 1, forming a ring; on the fiber are arranged a isolator 2, a filter 3, and means 4 for optical amplification of the signal. The arrow of the modulator shows the direction of light circulation in the cavity. In the cavity is inserted a modulator 5, which receives as input not only the signal coming from the room 1, on an input 6, but also, on an input 7, the 30 soliton signal to regenerate. At the output, the modulator is connected to fiber 1, on a output 8, so as to allow active mode blocking of the laser by the signal soliton. The modulator also supplies on an output 9 the regenerated soliton signal.
Dispersive means 10 can be provided on the fiber 1, which make it possible to control the width of the clock signal pulses in the fiber, and 35 in particular to broaden the clock pulses. This improves the cost of the temporal jitter of the soliton signal by the modulation by the clock signal. We . .
CA 022 ~ 9 ~ l998-ll-l6 can use a fiber with a high coefficient of dispersion, or a Bragg network.
The modulator 5 of FIG. 1 can be a phase modulator, a intensity modulator, or a phase and intensity modulator combined, as explained in the various modes of re ~ lis ~ tion of Figures 3 to 6.
Figure 2 shows, at the bottom, the shape of the soliton signals received on input 7 of the modulator 5, and at the top the shape of the corresponding clock signal obtained when the modulator is a semiconductor amplifier as in the embodiment of Figure ~; this signal flows through the cavity laser. Onconstates that the active mode blocking of the laser allows to recover a signal quality clock.
Figure 3 shows a schematic representation of the modulator of a regenerator according to a first embodiment of the invention. We do not have represented in FIG. 3, the fiber ring 1, 1 insulator 2, the filter 3, the means 15 4 optical signal amplification, nor the dispersive means 10. In the mode of embodiment of FIG. 3, the modulator 5 is formed of a non-linear mirror in loop ~ NOLM). This is formed from a length of highly dispersive fiber 20, for example a length of the order of 10 km. The two ends of the fiber 20 are coupled through a 2/2 coupler 21, and are connected to fiber 1 of ~ O so as to form the input 6 and the output 8 of the modulator. On fiber loop 20 two 2/2 couplers 22 and 23 are provided, arranged symmetrically with respect to to the coupler 21, and in opposite directions. The 22 torque coupler in the NOLM
the soliton signal to be regenerated, and constitutes input 7 of the modulator. The coupler 23 extracts from the modulator the regenerated soliton signal and the clock. Downstream of 25 coupler 23 is provided a low pass filter 24 which blocks the clock. Leaving the filter 24 constitutes the output 9 of the modulator 5.
The operation of the NOLM in FIG. 3 is as follows. The soliton signal induces laser mode blocking, by intensity and phase modulation on the signal flowing in the NOLM fiber. The signal from fiber 1 is 30 coupled in the NOLM by the coupler 21, where it is separated into two signals propagating in reverse, as indicated by arrows 26 and 27. It is recombined at the coupler 21, and is reflected at output 6 The signal is propagating in the direction of arrow 26 is modulated in intensity by the signal incident soliton introduced into the NOLM by the coupler 22. On o ~ holds at output 3 ~ of the coupler 23 the regenerated soliton signal and the clock signal. Filter 24 cuts the clock signal. Furthermore, the clock signal provides modulation r CA 022 ~ 9 ~ 1998-ll-16 synchronous phase of the incident soliton signal, and thus ensures the correction of its temporal jitter. For more details on how the NOLM works as a modulator, reference may be made to the article by S. Bigo et al. Electronics Letters, vol. 31 n ~ 21 (1995).
In the assembly of Figure 3 can also be provided, upstream of the coupler 22, an amplifier 25 for incident soliton signals.
The assembly of FIG. 3 is particularly advantageous, in that the mode blocking is provided by intensity modulation, while the modulation of the soliton signal by the clock is ensured by modulation of 10 phase. You can therefore independently adjust the depth of modulation of the laser signal by the soliton signal, and the depth of modulation of the soliton signal by the laser signal. The adjustment of the phase modulation depth can be carried out by adjusting the power of the clock signal in the cavity; the intensity modulation depth can be adjusted 15 by adjusting the coupling rate of the input coupler, for a power clock signal in the cavity.
Thus, it ensures the mode blocking of the laser and a good regeneration which does not degrade the solitons.
In the embodiment of FIG. 3, the NOLM can be used in its ~ o classic mirror configuration, with an asymmetrical coupler. Can also set the NOLM to "transmitter" mode, for example using controllers polarization in the cavity, or by using a birefringent blade on the axes correctly aligned. This makes the modulator non-blocking for the hortoge in the presence of zeros, so as to avoid any loss of the clock during '5 zeros of the soliton signal. In this case you can use an input coupler symmetrical. The power efficiency is then maximum.
Figure 4 shows a schematic representation of a regenerator according to a second embodiment of the invention; as for figure 3, we have shown in Figure 4 as the modulator ~. Modulation, in the mode of 30 embodiment of FIG. 4, is a phase modulation by Kerr effect in a fiber section with high dispersion. _ for this purpose, the modulator 5 includes a fiber section 30 with high dispersion, a length which can be of the order of 10 km, and which is connected to fiber 1 to form the laser ring, so form input 6 and output 8 of the modulator. an end of the fiber 30, a coupler 31 couples the soliton signal to be regenerated in the fiber; at the other end of the fiber 30, a coupler 32 couples the soliton signal and the clock to a filter 33 ,. . . .
CA 022 ~ 9 ~ 1998-11-16 The filter 33 blocks the clock signal, and the output of the filter 33 constitutes the output 9 of the modulator ~. Upstream of the coupler 31, one can provide as in the case in Figure 3, an amplifier whose input is the input 7 of the modulator.
The assembly of Figure 4 works as follows. The soliton signal induces laser mode blocking, by phase modulation by Kerr effect in fiber 30. The clock signal provides synchronous phase modulation of the incident soliton signal. The filter 33 blocks the clock signal.
In the assembly of figure 4, the modulation of the soliton signal, like the mode blocking are performed by the same modulator. The depth of o modulation is chosen large enough to guarantee blocking of ring laser modes; it is however maintained at a level such that the modulation by the laser light ensures correct regeneration, and does not not degrade solitons.
Figure 5 shows a schematic representation of a regenerator according to A third embodiment of the invention; as for figure 3 and 4, we in FIG. 5 only shows the modulator 5. The modulation, in the embodiment of FIG. 5, is an intensity and phase modulation in a semiconductor amplifier, for example a semiconductor amplifier traveling wave conductor (TW-SCA). The modulator of figure 5 ~ o therefore comprises a traveling wave semiconductor amplifier 40, whose input and output are connected to the ends of fiber 1. Upstream of the TW-SCA 40, a coupler 41 couples the incident soliton signal into fiber 1. In addition to the TW-SCA 40, a coupler 42 provides the modulated soliton signal and the signal clock. The coupler 42 is connected to a filter 43 which blocks the clock signal. The '5 output of the filter 43 constitutes the output 9 of the modulator 5. Upstream of the coupler 41, one can provide as in the case of FIGS. 3 and 4, an amplifier 44 whose the input constitutes input 7 of the modulator.
The assembly of Figure 5 operates as follows. The soliton signal induces laser mode blocking, by phase and intensity modulation in 30 the TW-SCA 40. The clock signal provides synchronous phase and intensity modulation of the incident soliton signal. Filter 43 blocks the signal clock. The modulation depth is adjusted as shown in Figure 4.
Figure 6 shows a schematic representation of a regenerator according to a fourth embodiment of the invention; as for the figures 35 previous, there is shown in Figure 6 that the modulator 5. The device Figure 6 corresponds to that of Figure 3, and the same reference numbers CA 022 ~ 9 ~ 1998-ll-16 WO98 / 41900 PCT ~ R98 / 00523 are used. However, the device of FIG. 6 further comprises in the NOLM a traveling wave semiconductor amplifier 50, between the couplers 22 and 23. This device makes it possible to limit the size of the NOLM, by replacing the propagation fiber with a semiconductor modulator.
The operation of the device in FIG. 6 is similar to that of the device of FIG. 3. In particular, the respective modulation depths of the clock and the soliton signal.
Figure 7 shows a schematic representation of a regenerator according to a fifth mode of re ~ read ~ tion of the invention. In the embodiment of o ia figure 7, one uses as cavity not by a ring, but a FabryPerot cavity. A modulator is inserted into the cavity, for example an amplifier with semiconductor, such as a wave semiconductor amplifier progressive.
The device of FIG. 7 therefore comprises a circulator 55 with three terminals, 15 which receives on an input on a first input terminal 56 the soliton signal to regenerate. This signal is output at a second output terminal and input 57 and is transmitted to a Fabry Perot 58 cavity formed by two mirrors 59, 60; the first mirror 59 is a selective wavelength mirror. In the cavity 58 is arranged a modulator 61, typically a semi amplifier conductive, preferably traveling wave. The third terminal 62 of circulator 55 is an output terminal which supplies the signal received as input on the second terminal 57.
The operation of the device of Figure 7 is as follows. The signal soliton to be regenerated is received on the first terminal 56 of the selector 55, and is
2~ transmis à travers la deuxième borne 57 à la cavité 58. Le signal soliton penètre dans la cavité 58, et module en phase et en intensité dans le modulateur 61 la lumière laser, de sorte à assure un blocage de mode. Le signal d'horloge module dans le modulateur 61 le signal soliton. Le miroir selectif en longueur d'onde 59 bloque le signal d'horloge et laisse passer le signal soliton modulé. Ce signal arrive ensuite en entrée sur la deuxième borne 57 du circulateur, et est transmis en sortie à la troisième borne 58.
Le mode de ré~lis~tion de la figure 7 présente l'avantage d'une extrême compacite. Comme dans les autres modes de réalisation, on peut prévoir un amplificateur en amont du circul~teur 55. On pourrait aussi, au lieu du circul~teur 2 ~ transmitted through the second terminal 57 to the cavity 58. The soliton signal penetrates in the cavity 58, and modulates in phase and intensity in the modulator 61 the laser light, so as to ensure a mode lock. The clock signal module in modulator 61 the soliton signal. The wavelength selective mirror 59 blocks the clock signal and lets the modulated soliton signal pass. This signal then arrives at the input on the second terminal 57 of the circulator, and is transmitted at the exit at the third terminal 58.
The mode of re ~ read ~ tion of Figure 7 has the advantage of an extreme compactness. As in the other embodiments, one can provide a amplifier upstream of the circulator ~ 55. We could also, instead of the circulator
3~ 55, utiliser un coupleur. On pourrait encore dans le mode de réalisation de la figure 7 prévoir dans la cavité des moyens dispersifs.
CA 02255595 l998-ll-l6 WO 98/41900 PCTtFR98/00523 Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et represP"t~s, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessihles à l'homme de l'art. Par exemple, il est clair que le montage des figures 3 et 4 est symétrique, et que l'on pourrait inverser la 5 position de la fibre de transmission et de la fibre du laser au niveau des coupleur 31 et 32, ou 41 et 42. 3 ~ 55, use a coupler. We could still in the embodiment of the Figure 7 provide dispersive means in the cavity.
CA 02255595 l998-ll-l6 WO 98/41900 PCTtFR98 / 00523 Of course, the present invention is not limited to the examples and embodiments described and represP "t ~ s, but it is likely to numerous variants accessible to those skilled in the art. For example, it is clear that the assembly of Figures 3 and 4 is symmetrical, and that we could reverse the 5 position of the transmission fiber and the laser fiber at the coupler 31 and 32, or 41 and 42.