EP0505235A1

EP0505235A1 - Procédé d'intercorrélation large bande et dispositif mettant en oeuvre ce procédé

Info

Publication number: EP0505235A1
Application number: EP92400617A
Authority: EP
Inventors: Pierre Tournois; Daniel Dolfi; Jean-Pierre Huignard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1992-09-23
Also published as: JPH0627511A; US5307306A; FR2674391A1; FR2674391B1

Abstract

Architecture optique à deux dimensions permettant l'intercorrélation de deux signaux temporels à large bande instantanée. Le faisceau issu d'un laser monomode permet d'obtenir deux porteuses (W1, W2) pour des signaux R(t) et S(t) au moyen par exemple de modulateurs optiques intégrés (mod1, mod2). Ces deux porteuses ont des polarisations orthogonales et sont réparties dans une structure à deux dimensions comprenant des modulateurs spatiaux de lumière ainsi que des éléments séparateurs de polarisations. PxP canaux indépendants (C1 à Cn) sont ainsi réalisés. Leur détection sur une matrice de photodétecteurs (mod1 à modn) permet d'obtenir, sur chacun d'eux, le signal d'intercorrélation, pour différents retards des signaux R(t) et S(t). Applications : Mise en corrélation de signaux électriques large bande. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un procédé d'intercorrélation large bande et un dispositif mettant en oeuvre ce procédé.
Elle est applicable notamment dans tout système tel que système permettant la mise en corrélation de signaux électriques large bande.
Il est connu que pour effectuer une telle corrélation, des signaux R(t) et S(t) à corréler sont appliqués aux deux extrémités d'une ligne à retard comportant N points de couplage (typiquement N = 128) régulièrement espacés (figure 1). L'espacement entre deux points adjacents correspond à un temps τ de propagation du signal S(t). Ainsi en chacun de ces points, d'indice p, on peut prélever une fraction du signal S(t-pτ) + R[t-(N-p)τ]. Chaque point de couplage est suivi d'une diode qui réalise l'élévation au carré du signal. Un filtre passe bande permet ensuite d'isoler, sur chaque sortie, le produit S(t-pτ) R[t-(N-p)τ] qui est alors intégré. Les signaux S(t) et R(t) peuvent avoir une bande instantanée pouvant couvrir une bande de 20 GHz. Une telle bande nécessite un échantillonnage tel que τ vaut environ 12,5 ps. Actuellement le nombre d'incréments limités à N = 128 ne permet qu'une intercorrélation sur 1,6 ns, au détriment d'une bonne détermination des fréquences contenues dans le signal.
Le procédé et le dispositif de l'invention permettent de fonctionner avec une finesse d'incrément autorisant 20 GHz de bande passante, le nombre de ces incréments pouvant être porté à N = 1 024 ou 2 048. Cette réalisation utilise une architecture optique à base de modulateurs spatiaux de lumière à deux dimensions
L'invention concerne donc un procédé de corrélation de signaux électriques caractérisé en ce qu'une première et une deuxième ondes lumineuses sont modulées respectivement par un premier signal électrique et par un deuxième signal électrique, les deux ondes étant polarisées différemment et rendues colinéaires en un seul faisceau lumineux ; puis le faisceau lumineux est séparé en au moins deux canaux et dans chaque canal on introduit un retard sur une polarisation par rapport à l'autre ; enfin on détecte les canaux qui fournissent la fonction d'intercorrélation et le canal qui fournit le maximum de la fonction d'intercorrélation permet de détecter leretard existant entre le premier et le deuxième signal électrique.
L'invention concerne également un dispositif de corrélation de signaux électriques caractérisé en ce qu'il comporte au moins :

un premier et un deuxième modulateur électrooptique (mod1, mod2) recevant respectivement un premier et un deuxième signal électrique de commande ainsi qu'une onde lumineuse chacun, chaque onde lumineuse étant modulée par un signal électrique et étant polarisée selon une direction de polarisation qui lui est propre ;
un dispositif de couplage (PBS) superposant les deux ondes modulées en un seul faisceau lumineux ;
un dispositif de séparation de faisceau séparant le faisceau lumineux en au moins deux canaux ;
un dispositif de rotation de polarisation commutable (M1, Mk) associé à chaque canal ;
un dispositif de séparation de polarisation (B1 à Bk) associé à chaque dispositif de rotation de polarisation et transmettant une polarisation sur un premier trajet et l'autre polarisation sur un deuxième trajet ;
un dispositif de recombinaison des premier et deuxième trajets vers des photodétecteurs.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent :

la figure 1, un dispositif à ligne à retard selon la technique connue ;
la figure 2, un exemple de réalisation général d'un dispositif de corrélation selon l'invention ;
la figure 3, un exemple de réalisation détaillé du dispositif de corrélation selon l'invention ;
la figure 4, un exemple de réalisation plus détaillé du dispositif de l'invention ;
les figures 5a, 5b, des exemples de réalisation des circuits réalisant les retards ;
la figure 6, un diagramme de fonctionnement du dispositif de la figure 4 ;
la figure 7, un diagramme de fonctionnement d'un miroir à conjugaison de phase de la figure 4 ;
les figures 8 et 9 des variantes de réalisation permettant d'introduire des retards importants ;
les figures 10 et 11, une variante de réalisation incorporant un translateur de fréquence ;
la figure 12, une variante de réalisation dans laquelle la conjugaison de phase se fait dans un dispositif à mélange quatre ondes ;
la figure 13, une variante de réalisation ne prévoyant qu'un seul photodétecteur ;
la figure 14, une autre variante de création de retards ;
la figure 15, une autre variante du dispositif de la figure 14.

En se reportant à la figure 2, on va tout d'abord décrire un exemple de réalisation simplifié selon l'invention. Ce dispositif comporte deux modulateurs électro-optiques mod1 et mod2 recevant chacun une onde optique W1 et W2 et commandés chacun par un signal de modulation électrique R(t) pour le modulateur mod1 et S(t) pour le modulateur mod2. Les signaux électriques S(t) et R(t) sont les signaux électriques qu'on veut comparer par corrélation.
Les deux ondes optiques modulées sont polarisées selon des directions différentes (perpendiculaires par exemple) et sont rendues colinéaires sous forme d'un faisceau W3.
Le faisceau W3 est séparé en plusieurs canaux C1 à Cn, chaque canal comportant donc de la lumière polarisée ↑ (celle modulée par R(t)) et de la lumière polarisée ⊙ (celle modulée par S(t)).
Les différents canaux sont couplés à un circuit de création de retards CR qui introduit sur chaque canal des longueurs de chemins différentes pour les deux polarisations du canal. Les canaux sont ensuite couplés à des photodétecteurs mpd1 à mpdn. Le photodétecteur qui détecte le maximum d'intensité correspond au canal qui introduit un retard permettant de compenser le retard existant entre les signaux électriques R(t) et S(t).
On voit donc que le procédé de l'invention consiste à moduler deux ondes lumineuses, qui sont de préférence de même longueur d'onde, à l'aide des deux signaux électriques que l'on veut mettre en corrélation.
Les deux ondes étant polarisées différemment (perpendiculairement par exemple) soit avant modulation soit après modulation, on les rend colinéaires puis on sépare le faisceau obtenu en plusieurs canaux (au moins 2). Ensuite on introduit dans chaque canal un retard déterminé et connu qui affecte une polarisation par rapport à l'autre. Enfin, on détecte tousles canaux qui fournissent la fonction d'intercorrélation et le canal qui fournit le maximum de la fonction d'intercorrélation permet d'identifier le retard existant entre les signaux d'entrée R(t) et S(t).
La figure 3 représente un exemple de réalisation du dispositif de l'invention. Il comporte les modulateurs mod1 et mod2. Un coupleur CF regroupant les deux ondes modulées et polarisées perpendiculairement. Un séparateur de faisceau S1 sépare le faisceau obtenu en plusieurs canaux. Des dispositifs de rotation de polarisations commutables R1.1 à R1.n fait tourner à volonté de 90° les directions de polarisation contenues dans les différents canaux. Un premier polariseur b1 réfléchit une polarisation déterminée de chaque canal et transmet l'autre. Puis la polarisation réfléchie est rendue colinéaire par des miroirs ml, m2 et un coupleur, avec la polarisation transmise. Une polarisation est donc retardée par rapport à l'autre dans chaque canal. Un deuxième ensemble de dispositifs de rotation de polarisation R2.1 à R2.n d'un polariseur G2 et de miroirs m3, m4 réalisent une fonction similaire. Puis les différents canaux sont couplés à des photodétecteurs mpd1 à mpdn.
Comme on peut le voir sur la figure 3, si on considère les polarisations du canal C1, l'une des polarisations est retardée par le premier puis par le deuxième circuit à retard. Si chaque circuit apporte un retard de valeur t, les deux polarisations sont susceptibles d'être retardées de 2t en arrivant sur le photodétecteur MPD1, en supposant qu'elles étaient synchrones au départ, c'est-à-dire que les signaux R(t) et S(t) étaient en phase.
Pour le canal C2, l'une des polarisations est retardée dans le premier circuit à retard tandis que c'est l'autre polarisation qui est retardée dans le deuxième circuit à retard. La relation de phase entre les deux polarisations est donc conservée
On voit qu'en augmentant le nombre de circuits à retard, on augmente le nombre de retards possibles entre les polarisations. De cette façon, on augmente les possibilités de compensations de retard à détecter.
En se reportant à la figure 4, on va maintenant décrire un exemple de réalisation détaillé de l'invention.
Le faisceau polarisé issu d'un laser L₁ passe dans un isolateur I puis est séparé en deux au moyen d'un séparateur de faisceau, par exemple, d'un coupleur à fibres CF. Une partie passe dans un modulateur d'intensité mod1 excité par le signal R(t). On dispose ainsi en sortie de ce modulateur d'une porteuse optique dont l'intensité est modulée par R(t). De même l'autre partie du faisceau est modulée dans mod2 par S(t). Mod1 et mod2 sont par exemple des modulateurs optiques intégrés sur LiNbO₃ ou semiconducteur. Les performances de tels modulateurs autorisent en effet des bandes passantes s'étendant de 0 à 20 GHz et une dynamique compatible avec des signaux large bande à traiter. Les polarisations des deux faisceaux ainsi modulés sont rendues orthogonales (figure 4). Cependant la polarisation des faisceaux peut également être faite avant modulation. Ensuite les deux faisceaux sont superposés au moyen d'un coupleur tel qu'un cube séparateur de polarisation PBS puis étendus par un système afocal BE de manière à couvrir la surface d'un modulateur spatial de lumière M₁. Ce modulateur est par exemple une cellule à cristal liquide comportant P (P ∼ 1024) pixels. Chaque pixel du modulateur M₁ détermine un canal de lumière. Le modulateur spatial M₁ est disposé de telle sorte qu'il découpe P voies parallèles dans le faisceau laser étendu. Sur chaque pixel, la polarisation de la lumière incidente est tournée de 0 à 90° suivant la tension appliquée. On peut noter que seuls deux états (0 et 90°) sont nécessaires et que donc, des cellules à cristaux liquides ferroélectriques sont bien adaptées.
Un ensemble de cubes séparateurs de polarisation et de prismes à réflexion totale est placé à la sortie du modulateur. Comme on le voit sur la figure 5a le choix de l'état de polarisation sur le modulateur M₁ permet de choisir, pour chaque canal (pixel) le chemin suivi par chacune des deux polarisations.
La position du prisme P₁ (figure 5a) est ajustée de sorte que la différence de trajet optique entre les deux polarisations orthogonales d'un canal correspond à un retard de valeur τ. L'ensemble constitué par le modulateur spatial M₁, le cube séparateur de polarisation B1 et les dispositifs de réflexion P1 constituent donc un système de création de retard. Plusieurs systèmes de création de retard ainsi congrus sont disposés en série. A titre d'exemple dans le deuxième système de création de retard, la position de P₂ est choisie pour fournir un retard 2τ ; celle de P_i, pour un retard 2^i-1τ. Avec le système de création de retards, on dispose ainsi de 2^k valeurs de retards possibles pour les deux polarisations (O, τ, 2τ, ..., 2^kτ).
Les différents modulateurs M₁ à Mk sont identiques et sont alignés de façon que les différents pixels des modulateurs soient alignés sur les trajets optiques des différents canaux.
Si la porteuse du signal R(t) est polarisée ↑ à l'entrée de la structure des retards. Celle de S(t) est alors polarisée ⊙. Ainsi si on s'intéresse à un canal en particulier, on voit que les trajets suivis par les deux polarisations sont nécessairement complémentaires l'un de l'autre du point de vue retards (figure 5). En effet sur chaque modulateur spatial M_i, les deux polarisations orthogonales ↑ et ⊙, passant au travers du même pixel, subissent la même valeur de rotation de polarisation (⊙ reste ⊙ lorsque ↑ reste ↑ . Par contre ⊙ devient ↑ lorsque ↑ est changée en ⊙). On voit ainsi sur l'exemple de la figure 6 d'une structure fournissant un retard maximum de 15 τ (par exemple) que la porteuse R(t) subit un retard 11 τ alors que celle de S(t) en subit un retard de 4 τ. De manière plus générale, pour un dispositif fournissant un retard maximum Nτ, lorsque sur un canal la porteuse de R(t) subit un retard pτ alors sur le même canal, la porteuse S(t) subit le retard complémentaire (N-p)τ.
Lorsque les deux porteuses de R(t) et S(t), divisées en P canaux parallèles ont traversé la structure à retards, elles passent dans un modulateur spatial MA contrôlant l'intensité transmise a_p sur chacun des canaux. Ce modulateur à deux dimensions peut par exemple être une cellule à cristal liquide placée entre polariseurs.
Un système optique L assure ensuite la focalisation de tous ces canaux parallèles sur un ensemble de deux miroirs à conjugaison de phase MCP₁ et MCP₂. Ces deux miroirs sont précédés d'un cubes séparater CS2 de polarisation. MCP₁ est éclairé par la polarisation ⊙ alors que MCP₂ ne reçoit que les faisceaux polarisés ↑. MCP1 et MCP2 peuvent être par exemple des cristaux photoréfractifs de titanate de Baryum BaTiO₃. Chaque miroir à conjugaison de phase est dit "self pompé" car ce sont les ondes incidentes seules qui créent les réseaux photoinduits à partir desquels vont être créées les ondes conjuguées. Dans le cas simple d'une onde incidente unique, la création d'une onde conjuguée est schématisée en figure 7 et est décrite dans le document de J. FEINBERG, Optics Letters, 2, 486, 1982 :

dans la région B ; le faisceau incident 1 donne naissance au faisceau 2, du fait de diffusion sur des microdéfauts du cristal.
le faisceau 2, deux fois réfléchis par le dièdre formé par les deux faces du cristal, fournit 3'.
par ailleurs, dans la région A, le faisceau 1 donne naissance à 2', également par diffusion. 2' suit le trajet inverse de 3' et après réflexion sur le dièdre fournit le faisceau 3.
l'interaction 1, 2, 3 dans la région B, ainsi que celle de 1 2' et 3' dans la région A, donne naissance au faisceau 4 par mélange à quatre ondes. Ce faisceau est en outre la réplique, conjuguée en phase de 1.

Pour chaque polarisation, l'ensemble des canaux issus du modulatur MA est ainsi conjugué en phase. L'utilisation de BaTiO₃ rend nécessaire la préparation des polarisations sur MCP₁ et MCP₂, car ce cristal n'est sensible qu'à une polarisation.
Après conjugaison, les deux polarisations sont superposées à nouveau par le cube séparateur CS2. Le faisceau ainsi reconstitué, ayant les mêmes caractéristiques que le faisceau incident mais se propageant en sens inverse, traverse à nouveau les différents systèmes de création de retards. Une partie, extraite par la lame semi-réfléchissante (LS) est dirigée vers un modulateur de phase MP comportant le même nombre de pixels qu'il y a de canaux et qu'il y a de pixels dans les modulateurs M1 à Mk. Après passage dans MP, les P canaux découpés par les modulateurs sont détectés par une matrice MPD de P photodétecteurs. On a en outre placé devant MPD, un polariseur P, orienté à 45° des directions ⊙ et ↑ et qui en assure la recombinaison sur une seule direction de polarisation. Sur chaque canal et donc sur chaque détecteur de MPD (figure 4) on peut ainsi détecter de manière cohérente les porteuses des signaux R(t) et S(t).
Grâce au système afocal BE, c'est une onde quasi plane qui traverse la structure à retard vers MCP₁ et MCP₂. La conjugaison de phase assure la compensation exacte de tous les défauts de phase rencontrés par cette onde. C'est donc encore une onde plane qui ressort de la structure après double passage et se réfléchit sur (LS). Cette conjugaison cependant ne compense pas les retards qui sont d'un autre ordre de grandeur. En effet, pour chaque canal on peut écrire : ${p.c.τ = Kp .λ + r}_{p} λ$

où :
. λ longueur d'onde de L₁
Kp ε

0 < r_p < 1
C'est la fraction r_pλ qui sera compensée par conjugaison de phase. En outre, compte tenu des valeurs respectives de λ et t, on a Kp >> r_p. Le photocourant fournit par le détecteur correspondant à pτ est ainsi :

où cette relation rend compte d'une moyenne sur le temps de réponse du détecteur. Dès lors que la longueur de cohérence de L₁ est plus importante que la plus importante différence de marche entre les porteuses R(t) et S(t) on a :
Le double passage double la valeur des retards fixés par la position des prismes P_i (τ → 2τ). En toute rigueur on ne considère pas S₁ (t-2pτ) mais S₁ (t-2K_p λ/C). Cependant, on peut négliger l'influence de la conjugaison de phase sur la valeur des retards affectés à R(t) et S(t). De plus, MCP₁ et MCP₂, même s'ils compensent des différences de phase supérieures à 2π(r_p > 1) celles-ci n'excèdent pas quelques unités et n'affectent pas la valeur p.τ. Les modulateurs spatiaux d'amplitude MA et de phase MP permettent d'obtenir en l'absence de modulations R(t) et S(t), un niveau de signal détecté uniforme sur l'ensemble de MPD :

le modulateur d'amplitude de MA en contrôlant l'amplitude permet de compenser les différences de coefficient de transmission sur les différents canaux (le nombre de dioptre rencontré n'est pas le même quelle que soit la valeur du retard) ainsi que les différences de coefficient de réflexion des MCP₁ et MCP₂(en fonction de l'incidence). Ce modulateur peut être une cellule à cristal liquide réalisée à l'aide d'un cristal liquide nématique twisté entre polariseurs.
MP agit sur les phases respectives des deux polarisations recombinées sur P. On agit sur la phase de ⊙, par exemple, en fonction de la tension appliquée sur le pixel, sans affecter ↑.

Ce modulateur de phase permet donc de contrôler uniquement l'amplitude du produit R(t) et S(t).
Chaque photodétecteur de MPD est suivi d'un intégrateur. Le temps d'intégration T est nécessairement supérieur au retard maximum 2Nτ.
Après intégration, chaque canal fournit un signal C_p(T) tel que :
Le terme R(T) + S(T) est commun à tous les canaux. Ceux-ci ne se différencient que par

qui, à une différence d'origine près est bien le signal de corrélation recherché. On réalise donc bien la fonction d'intercorrélation désirée sur P canaux, en tirant parti du parallélisme de l'architecture optique à deux dimensions. La détermination du signal de plus forte amplitude fournit le centre de la fonction d'intercorrélation qui détermine la valeur du retard existant entre les deux signaux électriques R(t) et S(t).
A titre d'exemple de réalisation, le dispositif de la figure 4 est réalisé avec des composants pouvant avoir les caractéristiques suivantes :

L₁ : laser état solide, pompé diode monomode longitudinal, quelques 100 mW, λ = 1,3 µm - 1,5 µm
mod₁, mod₂ :
- . modulateurs optiques intégrés sur LiNbO₃
- . large bande 0 → 20 GHz
- . profondeur de modulation : 80 à 100 %
- . pertes d'insertion : ∼ 6 dB
M_i :
- . cellules à cristal liquide nématique twisté ou ferroélectrique 40 x 40 mm²
- . 32 x 32 pixels commandés individuellement
- . taux d'extinction entre polariseurs croisés : 1 : 1000 (compatible avec la dynamique requise pour la corrélation)
MA :
- . cellule identique aux cellules M_i précédentes mais placée entre polariseurs croisés
MP :
- . cellule à cristal liquide nématique parallèle. Les axes de la cellule coïncident avec les polarisations ⊙ et ↑
MPD :
- . matrice de photodiodes rapides + intégrateur
- . suivant les temps d'intégration nécessaire, l'ensemble photodiodes + intégrateur peut être remplacé par un détecteur CCD
Valeur des retards :
- . pour une bande passante de 20 GHz → 2π = 25 ps.
- . 1024 incréments sont nécessaires à une corrélation de dynamique 30 dB. L'architecture comprend donc 10 modulateurs M_i.
- . pour les incréments les plus faibles (25 ps → 1 mm), la figure 5b donne un exemple de réalisation : une lame Lp d'épaisseur e fournit la différence de marche entre les deux polarisations (τ = en/c)
- . ainsi lorsque τ = 12,5 ps, e = 2,5 mm. De même pour 2τ, 4τ et 8τ. Les épaisseurs respectives sont 5 mm, 10 mm et 20 mm. A partir de 16 τ = 200 ps et jusqu'à 128 τ = 1600 ps le schéma de la figure 5a reste utili sable. Pour cette dernière valeur, la distance entre P₇ et B₇ est de 0,4 m. Pour les deux valeurs de retard les plus importantes, 256 τ et 512 τ, il faut réaliser le schéma de la figure 8 qui permet un repliement des trajets optiques. Pour une matrice de 32 x 32 mm, L ∼ 300 mm.
  256 τ D = 5 cm
  512 τ D = 10 cm
  La longueur totale du dispositif est alors de l'ordre de 1,2 m (700 mm pour les 8 premiers étages, 300 mm pour les deux derniers), sa largeur de 0,3mm. Son épaisseur peut ne pas excéder 40 mm, autorisant ainsi un repliement de l'ensemble sur deux couches superposées (volume) total ∼ 12 litres). On peut noter que pour un nombre de prises de 128 (au lieu de 1024) les dimensions sont de 400 x 600 x 40 mm³.

Un tel dispositif présente les avantages suivants:

Ce dispositif permet la corrélation de signaux large bande.
Les signaux de corrélations sont obtenus en parallèle sur P voies.
Un contrôle de l'amplitude de chaque voie permet la compensation de la dispersion des niveaux. Il permet en outre d'adapter la dynamique des signaux reçus à celle des photodétecteurs.
L'architecture proposée est entièrement, et à chaque instant, totalement reconfigurable. La valeur de l'incrément de retard peut ainsi être, en permance, adaptée à la bande de signal reçu.
Un nombre de voies supérieur à celui des retards autorise la défaillance de certains pixels sans affecter les perfor mances du système (de même pour les photodiodes).
Les miroirs à conjugaison de phase permettent de compenser toutes les distorsions de phase introduites sur la porteuse optique, sans pour autant affecter la précision avec la quelle sont déterminés les retards hyperfréquence. Cette conjugaison permet en outre de se passer de systèmes optiques imageant les modulateurs spatiaux M_i entre eux et qui autrement seraient rendus nécessaires par la diffraction due aux pixels.

La figure 9 représente une variante de réalisation du dispositif de l'invention.
Dans le cas d'un système où un retard minimum est déjà prévu, la mise en mémoire de ce retard est assurée par une longueur de fibre L_M à la sortie d'un modulateur, mod₁ par exemple (figure 9). Le reste de l'architecture reste identique. La fibre L_m permet ainsi de "centrer" les valeurs de retards fournis par l'architecture autour d'une valeur correspondant à la gamme moyenne du système.
La figure 10 représente une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention.
Dans cette variante, l'architecture proposée fonctionne en simple passage, sans conjugaison de phase, grâce à un décalage en fréquence entre les porteuses des signaux R(t) et S(t).
Un translateur de fréquence Trans modifie la fréquence du faisceau laser passant dans le modulatuer mod₂ (ω devient ω + 2πf). Cette translation est à fréquence fixe et niveau constant. Les deux porteuses de R(t) et S(t) restent polarisées orthogonalement. Après avoir recombinées, elles traversent le même dispositif à retard que celui décrit en figure 4. L'ensemble des canaux ainsi découpés traverse un modulateur de phase MP dont le fonctionnement a été décrit précédemment. Il est suivi d'un polariseur P à 45° de ⊙ et ↑, puis d'une matrice de photodiodes rapides. Chaque photodiode va donc fournir un photocourant de la forme :
où φ_p est contrôlé par M_p (ω′ = ω + 2πf)
La phase Φ_P dépend de la position des prismes mais sa valeur ne peut être fixée a priori puisque la précision requise sur leur positionnement est de l'ordre de grandeur de λ, longueur d'onde de L₁.
Un filtre passe bande F (figures 10 et 11) centrée sur f permet d'isoler le terme produit. Il faut pour cela que f > 3B/2 où B est l'étendue spectrale de R(t) et S(t). On se soustrait ainsi à l'influence du terme constant apparaissant lors de l'intégration.
Sur chaque canal, au cours d'une première phase d'étalonnage on choisit les Φ_p tels que :
Cette solution présente cependant l'inconvénient de rester sensible aux vibrations au contraire de celle intégrant une conjugaison de phase. La combinaison de la translation de fréquence et de la conjugaison de phase telle que réalisée en figure 4 permet de pallier ce problème.
La figure 12 représente une autre variante de réalisation dans laquelle on remplace les miroirs à conjugaison de phase self pompés MPC1 et MPC2 par des miroirs à conjugaison de phase résultant d'une interaction à quatre ondes comme cela est représenté en figure 12. Le matériau photoréfractif peut rester le même (BaTiO₃). La complexité accrue du montage est compensée par un gain en réflectivité du miroir. Elle peut être en effet supérieure à 1, l'amplification de l'onde conjuguée étant assurée par les faisceaux pompes (issus également de L₁).
La figure 13 représente une autre variante de réalisation dans laquelle l'architecture du dispositif est identique à celle proposée en figure 4, sauf en ce qui concerne la matrice de détection. En outre, sur le modulateur mod₁ est appliqué non pas le signal R(t) mais le signal R(-t) (après mémorisation du signal sur le temps d'observation).
Après double passage dans le dispositif à retards, modulation par MP et recombinaison des polarisations par P, toutes les voies sont sommées au moyen d'une optique (L₂) sur un photodétecteur unique PD. Cette photodiode délivre alors un photocourant de la forme :

Ce dernier terme peut s'écrire encore : ${A(t) =Σ}_{i} {S₁(t}_{i} {-t) S₂(t}_{i} {-2Nτ+t) cos φ}_{p}$
On dispose ainsi à chaque instant t du produit de corrélation des signaux R(t) et S(t). En outre chaque terme de la somme peut être affecté d'un poids de -1 à 1.
Pour des signaux R(t) et S(t) variant peu dans l'intervalle du temps d'observation, C(t) varie pratiquement comme A(t), produit de corrélation.
On peut également choisir, comme dans la variante représentée en figure 10, de décaler en fréquence une des porteuses de manière à pouvoir filtrer A(t).
La figure 14 représente une variante de réalisation dans laquelle pour diminuer l'encombrement, les valeurs de retard les plus importantes, peuvent être réalisées au moyen de faisceaux de fibres optiques FB. Dans certaines formes de réalisation ces fibres auront la même longueur pour les différents canaux.
Selon la variante de réalisation de la figure 14, on tire parti de la conjugaison de phase pour réaliser au mieux la sommation des différents canaux. Le modulateur de phase MP est supprimé. Les différents poids nécessaires à la sommation sont affectés aux canaux grâce à MA. Le système afocal BE assure la sommation, au travers du polariseur P, de tous les canaux sur la photodiode PD.
Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif. D'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les types d'éléments optiques, tels que les types de cellules à cristaux liquides, les types de polariseurs, les types de séparateurs de polarisations n'ont été indiqués que pour illustrer la description.

Claims

Procédé d'intercorrélation de signaux électriques caractérisé en ce qu'une première et une deuxième ondes lumineuses sont modulées respectivement par un premier signal électrique et par un deuxième signal électrique, les deux ondes étant polarisées différemment et rendues colinéaires en un seul faisceau lumineux ; puis le faisceau lumineux est séparé en au moins deux canaux et dans chaque canal on introduit un retard sur une polarisation par rapport à l'autre ; enfin on détecte les canaux qui fournissent la fonction d'intercorrélation et le canal qui fournit le maximum de la fonction d'intercorrélation permet de détecter le retard existant entre le premier et le deuxième signal électrique.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux ondes sont polarisées perpendiculairement.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trajets différents des deux ondes de chaque canal sont obtenus par séparation de polarisations et transmission des deux polarisations vers deux trajets de longueurs différentes, la séparation de polarisations étant en outre précédée ou non par une rotation de 90° des polarisations.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la deuxième ondes lumineuses ont même longueur d'onde.
Dispositif d'intercorrélation de signaux électriques selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- un premier et un deuxième modulateurs électrooptiques (mod1, mod2) recevant respectivement un premier et un deuxième signal électrique de commande ainsi qu'une onde lumineuse chacun, chaque onde lumineuse étant modulée par un signal électrique et étant polarisée selon une direction de polarisation qui lui est propre ;

- un dispositif de couplage (PBS) superposant les deux ondes modulées en un seul faisceau lumineux ;

- un dispositif de séparation de faisceau séparant le faisceau lumineux en au moins deux canaux ;

- un dispositif de rotation de polarisation commutable (M1, Mk) associé à chaque canal ;

- un dispositif de séparation de polarisation (B1 à Bk) associé à chaque dispositif de rotation de polarisation et transmettant une polarisation sur un premier trajet et l'autre polarisation sur un deuxième trajet ;

- un dispositif de recombinaison des premier et deuxième trajets vers des photodétecteurs.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de séparation de faisceau et le dispositif de rotation de polarisation sont un même dispositif de séparation et de rotation (M1 à Mk).
Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de séparation et de rotation (M1 à Mk) est une cellule à cristal liquide.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de séparation de polarisation (B1 à Bk) comprend :
- un premier prisme de séparation de polarisation transmettant une première polarisation et réfléchissant une deuxième polarisation ;

- un dispositif de réflexion (P1 à Pk) recevant la deuxième polarisation réfléchie et la renvoyant vers un deuxième prisme de séparation de polarisation placée sur le trajet de la deuxième polarisation de telle façon que la deuxième polarisation soit réfléchie et ramenée colinéairement avec la première polarisation en étant ainsi retardée par rapport à la première polarisation.
Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un dispositif de séparation de faisceau, un dispositif de rotation de polarisation et un dispositif de séparation de polarisation forment un ensemble de création de retard et que plusieurs ensembles de création de retards sont placés en série.
Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, en série avec les ensembles de création de retards, au moins un miroir à conjugaison de phase (MPC1, MPC2) réfléchissant les différentes polarisations selon leur direction d'incidence ; un dispositif semi-réfléchissant étant situé entre le premier ensemble de création de retard et les modulateurs (mod1, mod2).
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un desdits premier ou deuxième trajets comporte des dispositifs de transmission (P1, ..., Pn) de façon à ce que la polarisation transmise selon ce trajet parcourt un trajet déterminé et soit ensuite ramenée colinéairement avec l'autre polarisation.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un desdits premier ou deuxième trajets comporte une ou plusieurs fibres optiques (FB).
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à retard (Lm) placé en série avec l'un des modulateurs (mod1, mod2).
Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le circuit à retard (Lm) est une fibre optique.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un translateur de fréquence (Trans) placé en série avec l'un des modulateurs (mod1, mod2) ainsi qu'un filtre (F) placés en sortie des photodétecteurs et filtrant les informations fournies par les photodétecteurs.
Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif séparateur/recombineur de polarisations, ainsi qu'un premier miroir à conjugaison de phase (MCP1) à cristal photoréfractif réfléchissant une première polarisation et un deuxième miroir à conjugaison de phase (MCP2) à cristal photoréfractif réfléchissant la deuxième polarisation.
Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le miroir à conjugaison de phase est un dispositif à mélange quatre ondes.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un des signaux R(t) est inversé dans le temps R(-t) et qu'il comporte un seul photodétecteur (PD), des moyens étant prévus pour concentrer la lumière ayant traversé les différents ensembles de création de retards vers ce photodétecteur (PD).