EP0536025A1 - Frequency correlator - Google Patents

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EP0536025A1
EP0536025A1 EP92402633A EP92402633A EP0536025A1 EP 0536025 A1 EP0536025 A1 EP 0536025A1 EP 92402633 A EP92402633 A EP 92402633A EP 92402633 A EP92402633 A EP 92402633A EP 0536025 A1 EP0536025 A1 EP 0536025A1
Authority
EP
European Patent Office
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fiber
correlated
signals
light
wave
Prior art date
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Granted
Application number
EP92402633A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0536025B1 (en
Inventor
Jean-Luc Thomson-Csf Ayral
Daniel Thomson-Csf Dolfi
Jean-Pierre Thomson-Csf Huignard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP0536025B1 publication Critical patent/EP0536025B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
    • G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
    • G06E3/005—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements using electro-optical or opto-electronic means

Definitions

  • the invention relates to a frequency correlator and more particularly to a correlator of electrical signals.
  • the invention is applicable in particular to an information processing device ensuring the correlation of very broadband signals - typically 1 to 20 GHz.
  • This device which exploits the non-linear optical properties of single-mode optical fibers (Kerr effect) is particularly well suited to the processing of signals having a large instantaneous bandwidth.
  • This invention is based on a spatial integration of the optical nonlinearities induced in a single mode fiber. It can be extended to the production of broadband programmable filters.
  • FIGS. 1a and 1 show diagrams of the correlation device which is the subject of the invention.
  • This device uses a single-mode fiber F1 having a third order optical non-linearity. That is to say a fiber in which a variation of photoinduced index is proportional to the intensity of the optical field in the core of the fiber.
  • the fiber F1 receives, by its two ends A1, A2, two optical waves whose incident optical fields are perpendicular to the axis of the fiber F1.
  • FIG. 1 b two signals to be correlated 8 1 (t) and 8 2 (t) are transposed on an optical beam of frequency ⁇ o by means of broadband light intensity modulators M 1 and M 2 .
  • These modulators can be made in integrated optics according to known techniques.
  • the modulated beams E1 and E2 are transmitted to the ends A1 and A2 respectively of the fiber.
  • the fiber is therefore the seat of variations in photoinduced indices by the interference of the modulated optical signals. These variations in indices are illustrated in FIG. 2 where ⁇ n (t, z) represents the amplitude of the photoinduced network and A represents the spatial period of the network of photoinduced index.
  • the signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated are electrical signals and the modulators M 1 , M 2 are electrooptical modulators.
  • FIG. 3 represents the optical fiber F1 in which an array of indices has been registered by the interference of the modulated optical fields transmitted to the inputs A1 and A2.
  • a reading optical beam (E L ) is transmitted to an input A1 of the fiber M. This transmission can be done using a semi-reflecting mirror MS. The optical beam is partly reflected by the photoinduced index grating. The reflected flux E d is returned by the mirror MS to a photodetector P.
  • the reading beam E L has the same wavelength ⁇ as the modulated beams E 1 and E 2 . Its intensity I o is proportional to E 2 o .
  • Each elementary portion of fiber of length dz (taken equal to c / ⁇ f RF where f RF is the maximum frequency of the microwave signals) at the abscissa z, leads, at each instant t, to a reflection coefficient R determined in amplitude of the probe wave E o .
  • the reading must be carried out with a laser whose coherence length is equal to dz, so that the integration over the total length of the fiber takes place in intensity.
  • This length dz corresponds to a coherence wavelength equal to the inverse of the maximum value of the frequencies to be processed.
  • the reflection of the probe beam, in intensity is given by: To do amounts to doing:
  • the intensity of the backscattered probe, and therefore the current of the photodetector, is directly proportional to the correlation product of the two signals Si and S 2 .
  • FIG. 4 represents a detailed embodiment of the device of the invention.
  • This device comprises a light source L1 (laser) emitting a beam of coherent light of wavelength ⁇ .
  • This beam is transmitted to two electrooptical modulators M1, M2 which modulate the light received from the source L1, using electrical signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated.
  • the modulated beams E1 and E2 are transmitted to the ends A1 and A2 of the fiber F1.
  • the two beams E1 and E2 interfere in the fiber F1 and give rise to the creation of one or more index networks in the fiber F1.
  • a second light source L2 emits a light beam of the same wavelength ⁇ but of short coherence length corresponding to the inverse of the maximum frequency to be correlated.
  • This beam is transmitted by two semi-reflecting mirrors MS1 and MS2 to the input A1 of the fiber. It is reflected by the photoinduced index networks.
  • the reflected beam (s) are retransmitted by the mirrors MS1 and MS2 to a detector P of light intensity which thus identifies the correlation peaks.
  • a time clock HT is put into service at the instant of application of the signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated.
  • the detector P informs a processing circuit which records the position of the time clock. The system can thus know the position of each detected correlation peak with respect to the start of the signals S 1 (t) and S 2 (t), i.e. the position of each correlation peak inside the signals S 1 (t) and S 2 (t).
  • the modulators allow very wide band modulation (from 1 to 20 GHz for example) and can be produced in integrated optics.
  • Such a system makes it possible to store pulses of duration 5 ⁇ s on a fiber of 1 km which makes it possible to correlate signals of duration 5 ⁇ s.
  • signals of duration 5 ⁇ s According to another example, on 5 meters of fiber we can correlate pulses of 25 ns.
  • FIG. 5 represents a broadband correlator with amplification of the optical signals transmitted to the fiber F1.
  • the device of FIG. 5 comprises elements which complete the invention.
  • An isolator 11 prohibits any return of light to the source L1.
  • the transmission of the beam emitted by the source L1 to the modulators M1 and M2 is done by a coupler C1 achievable in integrated optics.
  • the beams modulated by the modulators M1 and M2 are amplified by fiber amplifiers AF1 and AF2.
  • these amplifiers each include an Erbium doped fiber.
  • the read laser L2 is coupled, to the optical path of the beam modulated by the modulator M1, between the modulator M1 and the amplifier AF1 so that the read beam benefits from the amplification by the amplifier AF1.
  • This coupling is done by an isolator 12 and a coupler C2 (in integrated optics for example).
  • the detector P is coupled to the access A1 of the fiber F1 by a coupler C3 (achievable in integrated optics). Although this is not shown, an amplifier can also be provided between the detector P and the coupler C3.
  • This device allows modulation at low levels, then to adjust the optical intensity to the level necessary to generate a sufficient index variation by the Kerr effect.
  • Amplification gains of 20 to 30 dB for 30 meters of fiber can be achieved in fiber amplifiers, for example Erbium doped, at 1.55 ⁇ m.
  • the device of the invention allows a very compact embodiment using integrated optical techniques.
  • the amplifiers can be made as a semiconductor amplifier.
  • the device of the invention can also be applied to a programmable filter.
  • This reflectivity over a fiber length of 5 m makes it possible to use a probe laser with a coherence length of 5 mm to 1.32 ⁇ m of a few tens of mW.

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Abstract

Une fibre optique non linéaire (F1) reçoit par ses deux extrémités (A1, A2) deux ondes lumineuses (E1, E2) modulées chacune par deux signaux (S1(t), S2(t)) à l'aide de deux modulateurs (M1, M2). Ces ondes lumineuses créent dans la fibre des variations d'indices photoinduites proportionnelles à l'intensité du champ optique. Une source de lecture (L2) émet dans la fibre une onde de lecture qui est réfléchie au moins partiellement par la oul es variations d'indice. Un détecteur (P) reçoit l'onde réfléchie et permet, en calculant le temps de retour de l'onde, de déterminer la position des variations d'indices. Applications : Corrélateurs de signaux très large bande passante. <IMAGE>A nonlinear optical fiber (F1) receives by its two ends (A1, A2) two light waves (E1, E2) each modulated by two signals (S1 (t), S2 (t)) using two modulators ( M1, M2). These light waves create variations in the photoinduced indices in the fiber proportional to the intensity of the optical field. A reading source (L2) emits a reading wave in the fiber which is reflected at least partially by the index variations. A detector (P) receives the reflected wave and makes it possible, by calculating the return time of the wave, to determine the position of the variations of indices. Applications: Very wide bandwidth signal correlators. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un corrélateur de fréquences et plus particulièrement un corrélateur de signaux électriques.The invention relates to a frequency correlator and more particularly to a correlator of electrical signals.

L'invention est applicable notamment à un dispositif de traitement de l'information assurant la corrélation de signaux à très large bande - typiquement 1 à 20 GHz. Ce dispositif qui exploite les propriétés optiques non linéaires des fibres optiques monomodes (effet Kerr) est particulièrement bien adapté au traitement de signaux présentant une grande bande passante instantanée. Cette invention est basée sur une intégration spatiale des non linéarités optiques induites dans une fibre monomode. Elle peut être étendue à la réalisation de filtres programmables large bande.The invention is applicable in particular to an information processing device ensuring the correlation of very broadband signals - typically 1 to 20 GHz. This device which exploits the non-linear optical properties of single-mode optical fibers (Kerr effect) is particularly well suited to the processing of signals having a large instantaneous bandwidth. This invention is based on a spatial integration of the optical nonlinearities induced in a single mode fiber. It can be extended to the production of broadband programmable filters.

L'invention concerne donc un corrélateur de fréquences caractérisé en ce qu'il comporte :

  • - une fibre optique monomode présentant une non linéarité, possédant une première extrémité et une deuxième extrémité ;
  • - au moins une première source lumineuse émettant une première onde lumineuse ;
  • - un premier modulateur de lumière recevant la première onde lumineuse, la modulant sous la commande d'un premier signal de commande à corréler et transmettant cette première onde modulée à la première extrémité de la fibre optique ;
  • - un deuxième modulateur de lumière recevant la première onde lumineuse, la modulant sous la commande d'un deuxième signal de commande à corréler et transmettant cette deuxième onde modulée à la deuxième extrémité de la fibre optique ;
  • - une deuxième source lumineuse émettant un faisceau lumineux de lecture dans la fibre optique par l'une des extrémités, la première extrémité par exemple ;
  • - un détecteur d'intensité couplé à la même extrémité de la fibre que la deuxième source lumineuse, la première selon l'exemple pris.
The invention therefore relates to a frequency correlator characterized in that it comprises:
  • - a single-mode optical fiber having a non-linearity, having a first end and a second end;
  • - at least a first light source emitting a first light wave;
  • a first light modulator receiving the first light wave, modulating it under the control of a first control signal to be correlated and transmitting this first modulated wave at the first end of the optical fiber;
  • a second light modulator receiving the first light wave, modulating it under the control of a second control signal to be correlated and transmitting this second modulated wave at the second end of the optical fiber;
  • - a second light source emitting a reading light beam in the optical fiber by one of the ends, the first end for example;
  • - an intensity detector coupled to the same end of the fiber as the second light source, the first according to the example taken.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suire et dans les figures annexées qui représentent :

  • - les figures 1a et 1 b, des exemples de réalisation simplifiés du dispositif de l'invention ;
  • - la figure 2, un schéma explicatif du dispositif de l'invention ;
  • - la figure 3, un mode de réalisation détaillé du dispositif de l'invention ;
  • - la figure 4, un exemple de réalisation détaillé du dispositif de l'invention ;
  • - la figure 5, une variante de réalisation détaillée du dispositif de l'invention.
The various objects and characteristics of the invention will appear more clearly in the description which follows and in the appended figures which represent:
  • - Figures 1a and 1b, simplified embodiments of the device of the invention;
  • - Figure 2, an explanatory diagram of the device of the invention;
  • - Figure 3, a detailed embodiment of the device of the invention;
  • - Figure 4, a detailed embodiment of the device of the invention;
  • - Figure 5, a detailed embodiment of the device of the invention.

Les figures 1a et 1 représentent des schémas du dispositif de corrélation faisant l'objet de l'invention. Ce dispositif utilise une fibre monomode F1 présentant une non linéarité optique du 3ème ordre. C'est-à-dire une fibre dans laquelle une variation d'indice photoinduite est proportionnelle à l'intensité du champ optique dans le coeur de la fibre. Comme cela est représenté en figure 1a, la fibre F1 reçoit, par ses deux extrémités A1, A2, deux ondes optiques dont les champs optiques incidents sont perpendiculaires à l'axe de la fibre F1. Selon la figure 1 b, deux signaux à corréler 81(t) et 82(t) sont transposés sur un faisceau optique de fréquence ωo par l'intermédiaire de modulateurs d'intensité lumineuse à large bande M1 et M2. Ces modulateurs peuvent être réalisés en optique intégrée selon les techniques connues.Figures 1a and 1 show diagrams of the correlation device which is the subject of the invention. This device uses a single-mode fiber F1 having a third order optical non-linearity. That is to say a fiber in which a variation of photoinduced index is proportional to the intensity of the optical field in the core of the fiber. As shown in FIG. 1a, the fiber F1 receives, by its two ends A1, A2, two optical waves whose incident optical fields are perpendicular to the axis of the fiber F1. According to FIG. 1 b, two signals to be correlated 8 1 (t) and 8 2 (t) are transposed on an optical beam of frequency ω o by means of broadband light intensity modulators M 1 and M 2 . These modulators can be made in integrated optics according to known techniques.

Les faisceaux modulés E1 et E2 sont transmis aux extrémités A1 et A2 respectivement de la fibre.The modulated beams E1 and E2 are transmitted to the ends A1 and A2 respectively of the fiber.

Les champs optiques à chaque extrémité de la fibre s'écrivent :

Figure imgb0001
Figure imgb0002
 The optical fields at each end of the fiber are written:
Figure imgb0001
Figure imgb0002

En tout point de la fibre de coordonnée z, et à l'instant t, les expressions des champs E1 et E2 s'écrivent respectivement :

Figure imgb0003
Figure imgb0004
où

  • - v = C/n est la vitesse de la lumière dans la fibre
  • - L est la longueur de la fibre.
At any point in the fiber with coordinate z, and at time t, the expressions of the fields E 1 and E 2 are written respectively:
Figure imgb0003
Figure imgb0004
or
  • - v = C / n is the speed of light in the fiber
  • - L is the length of the fiber.

La variation d'indice en un point de coordonnée z est donnée à tout instant t par l'effet Kerr optique, soit :

Figure imgb0005
The variation of index at a point of coordinate z is given at all times t by the optical Kerr effect, that is:
Figure imgb0005

Les deux premiers termes de Δn, |E1|2 et |E2|2, conduisent à une modulation de Δn, proportionnelle à S1(t-z/v) et S2(t-(1-z)/v) dont le pas est celui de l'onde hyperfréquence (5 mm pour 20 GHz) très supérieur à celui produit par les termes croisés E1 E*2 et E; E2. La variation d'indice efficace est donc donnée par :

Figure imgb0006
Figure imgb0007
 The first two terms of Δn, | E 1 | 2 and | E 2 | 2 , lead to a modulation of Δn, proportional to S 1 (tz / v) and S 2 (t- (1-z) / v) whose pitch is that of the microwave wave (5 mm for 20 GHz) very greater than that produced by the cross terms E 1 E * 2 and E; E 2 . The effective index variation is therefore given by:
Figure imgb0006
Figure imgb0007

Δneff(z,t) est donc un réseau d'indice stationnaire de période spatiale A = λ/2n dont l'amplitude est modulée par le terme produit :

Figure imgb0008
Δn eff (z, t) is therefore a network of stationary index of spatial period A = λ / 2n whose amplitude is modulated by the term product:
Figure imgb0008

La fibre est donc le siège de variations d'indices photoinduites par l'interférence des signaux optiques modulés. Ces variations d'indices sont illustrées par la figure 2 où Δn(t,z) représente l'amplitude du réseau photoinduit et A représente la période spatiale du réseau d'indice photoinduit.The fiber is therefore the seat of variations in photoinduced indices by the interference of the modulated optical signals. These variations in indices are illustrated in FIG. 2 where Δn (t, z) represents the amplitude of the photoinduced network and A represents the spatial period of the network of photoinduced index.

Selon un exemple de réalisation les signaux S1(t) et S2(t) à corréler sont des signaux électriques et les modulateurs M1, M2 sont des modulateurs électrooptiques.According to an exemplary embodiment, the signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated are electrical signals and the modulators M 1 , M 2 are electrooptical modulators.

La figure 3 représente la fibre optique F1 dans laquelle un réseau d'indices a été inscrit par l'interférence des champs optiques modulés transmis aux entrées A1 et A2. Un faisceau optique de lecture (EL) est transmis à une entrée A1 de la fibre M. Cette transmission peut se faire à l'aide d'un miroir semi-réfléchissant MS. Le faisceau optique est réfléchi en partie par le réseau d'indice photoinduit. Le flux réfléchi Ed est renvoyé par le miroir MS vers un photodétecteur P.FIG. 3 represents the optical fiber F1 in which an array of indices has been registered by the interference of the modulated optical fields transmitted to the inputs A1 and A2. A reading optical beam (E L ) is transmitted to an input A1 of the fiber M. This transmission can be done using a semi-reflecting mirror MS. The optical beam is partly reflected by the photoinduced index grating. The reflected flux E d is returned by the mirror MS to a photodetector P.

Le faisceau de lecture EL a même longueur d'onde λ que les faisceaux modulés E1 et E2. Son intensité Io est proportionnelle à E2 o.The reading beam E L has the same wavelength λ as the modulated beams E 1 and E 2 . Its intensity I o is proportional to E 2 o .

Chaque portion élémentaire de fibre de longueur dz (pris égal à c/εfRF où fRF est la fréquence max des signaux hyperfréquence) à l'abcisse z, conduit, à chaque instant t, à un coefficient de réflexion R déterminé en amplitude de l'onde de sonde Eo.Each elementary portion of fiber of length dz (taken equal to c / εf RF where f RF is the maximum frequency of the microwave signals) at the abscissa z, leads, at each instant t, to a reflection coefficient R determined in amplitude of the probe wave E o .

La lecture doit être effectuée avec un laser dont la longueur de cohérence est égale à dz, de façon à ce que l'intégration sur la longueur totale de la fibre ait lieu en intensité. Cette longueur dz correspond à une longueur d'onde de cohérence égale à l'inverse de la valeur maximale des fréquences à traiter. Dans ce cas, la réflexion du faisceau de sonde, en intensité, est donnée par :

Figure imgb0009

Faire
Figure imgb0010
revient à faire :
Figure imgb0011
 The reading must be carried out with a laser whose coherence length is equal to dz, so that the integration over the total length of the fiber takes place in intensity. This length dz corresponds to a coherence wavelength equal to the inverse of the maximum value of the frequencies to be processed. In this case, the reflection of the probe beam, in intensity, is given by:
Figure imgb0009
To do
Figure imgb0010
amounts to doing:
Figure imgb0011

Ceci est le produit de corrélation à l'instant t des signaux S2(t') (retardé de L/v) et Si(-t').This is the correlation product at time t of the signals S 2 (t ') (delayed by L / v) and Si (-t').

Pour bien réaliser dans la fibre le produit de corrélation désiré il est nécessaire de retourner temporellement l'un des deux signaux (t' devient -t'), de manière analogue à ce qui est fait dans le cas d'un corrélateur acousto-optique à 2 cellules de Bragg.To properly produce the desired correlation product in the fiber, it is necessary to return one of the two signals (t 'becomes -t') in time, analogous to what is done in the case of an acousto-optical correlator with 2 Bragg cells.

L'intensité de sonde rétrodiffusée, et donc le courant du photodétecteur, est directement proportionnelle au produit de corrélation des deux signaux Si et S2.The intensity of the backscattered probe, and therefore the current of the photodetector, is directly proportional to the correlation product of the two signals Si and S 2 .

La figure 4 représente un exemple de réalisation détaillé du dispositif de l'invention.FIG. 4 represents a detailed embodiment of the device of the invention.

Ce dispositif comporte une source lumineuse L1 (laser) émettant un faisceau de lumière cohérente de longueur d'onde λ. Ce faisceau est transmis à deux modulateurs électrooptiques M1, M2 qui modulent la lumière reçue de la source L1, à l'aide de signaux électriques S1(t) et S2(t) à corréler. Les faisceaux modulés E1 et E2 sont transmis aux extrémités A1 et A2 de la fibre F1. Les deux faisceaux E1 et E2 interfèrent dans la fibre F1 et donnent lieu à création d'un ou plusieurs réseaux d'indice dans la fibre F1.This device comprises a light source L1 (laser) emitting a beam of coherent light of wavelength λ. This beam is transmitted to two electrooptical modulators M1, M2 which modulate the light received from the source L1, using electrical signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated. The modulated beams E1 and E2 are transmitted to the ends A1 and A2 of the fiber F1. The two beams E1 and E2 interfere in the fiber F1 and give rise to the creation of one or more index networks in the fiber F1.

Par ailleurs, une deuxième source lumineuse L2 émet un faisceau lumineux de même longueur d'onde λ mais de longueur de cohérence faible correspondant à l'inverse de la fréquence maximale à corréler. Ce faisceau est transmis par deux miroirs semi-réfléchissants MS1 et MS2 à l'entrée A1 de la fibre. Il est réfléchit par les réseaux d'indice photoinduits. Le ou les faisceaux réfléchis sont retransmis par les miroirs MS1 et MS2 vers un détecteur P d'intensité lumineuse qui identifie ainsi les pics de corrélation.Furthermore, a second light source L2 emits a light beam of the same wavelength λ but of short coherence length corresponding to the inverse of the maximum frequency to be correlated. This beam is transmitted by two semi-reflecting mirrors MS1 and MS2 to the input A1 of the fiber. It is reflected by the photoinduced index networks. The reflected beam (s) are retransmitted by the mirrors MS1 and MS2 to a detector P of light intensity which thus identifies the correlation peaks.

Pour localiser dans le temps la position des pics de corrélation, une horloge de temps HT est mise en service à l'instant d'application des signaux S1(t) et S2(t) à corréler. Lors de la détection d'un pic de corrélation le détecteur P informe un circuit de traitement qui note la position de l'horloge de temps. Le système peut ainsi connaître la position de chaque pic de corrélation détecté par rapport au début des signaux S1(t) et S2(t) c'est-à-dire la position de chaque pic de corrélation à l'intérieur des signaux S1(t) et S2(t).To locate the position of the correlation peaks in time, a time clock HT is put into service at the instant of application of the signals S 1 (t) and S 2 (t) to be correlated. When a correlation peak is detected, the detector P informs a processing circuit which records the position of the time clock. The system can thus know the position of each detected correlation peak with respect to the start of the signals S 1 (t) and S 2 (t), i.e. the position of each correlation peak inside the signals S 1 (t) and S 2 (t).

A titre d'exemple de réalisation les modulateurs permettent une modulation très large bande (de 1 à 20 GHz par exemple) et peuvent être réalisés en optique intégrée. Un tel système permet une mise en mémoire d'impulsions de durée 5 µs sur une fibre de 1 km ce qui permet de corréler des signaux de durée 5 µs. Selon un autre exemple, sur 5 mètres de fibre on peut corréler des impulsions de 25 ns.As an example of an embodiment, the modulators allow very wide band modulation (from 1 to 20 GHz for example) and can be produced in integrated optics. Such a system makes it possible to store pulses of duration 5 μs on a fiber of 1 km which makes it possible to correlate signals of duration 5 μs. According to another example, on 5 meters of fiber we can correlate pulses of 25 ns.

A titre d'exemple, les composants utilisés peuvent être les suivants :

  • - Laser d'inscription L1 : Laser YAG pompé diodes monomode-monofréquence Pi = 200 mW - λ = 1,32 µm (ou λ = 1,55 µm - Laser DFB)
  • - Laser de lecture L2 : Laser YAG pompé diodes λ = 1,32 µm (ou λ = 1,55 µm - Laser DFB)
  • - Fibre optique monomode F1 : Coeur de silice φcoeur - 5 µm
  • - Modulateurs M1-M2 : Modulateurs intégrés LiNb03 ou KTP (disponibles commercialement) Bande passante 0 → 20 GHz
  • - Moyens de couplage et de séparation spatiale des faisceaux (MS1, MS2) Coupleurs optique intégrée Coupleurs fibre monomode
  • - Effet non linéaire dans la fibre monomode SiO20-GeO2 . Densité de puissance dans la fibre φcoeur - 5 µm
    Figure imgb0012
    . Variation d'indice induite par effet Kerr
Figure imgb0013
Soit
Figure imgb0014
  • - Réflectivité maximale :
    Figure imgb0015
    dans laquelle L/dz représente le nombre de voies des signaux à corréler.
As an example, the components used can be the following:
  • - Registration laser L1: YAG laser pumped single-mode diode monofrequency P i = 200 mW - λ = 1.32 µm (or λ = 1.55 µm - DFB laser)
  • - L2 reading laser: YAG laser pumped diodes λ = 1.32 µm (or λ = 1.55 µm - DFB laser)
  • - Single mode optical fiber F1: Silica core φ core - 5 µm
  • - Modulators M 1 -M 2 : Integrated Modulators LiNb0 3 or KTP (commercially available) Bandwidth 0 → 20 GHz
  • - Means of coupling and spatial separation of the beams (MS1, MS2) Integrated optical couplers Singlemode fiber couplers
  • - Non-linear effect in the single-mode fiber SiO 20 -GeO 2 . Power density in the fiber φ core - 5 µm
    Figure imgb0012
     . Index variation induced by the Kerr effect
Figure imgb0013
Is
Figure imgb0014
  • - Maximum reflectivity:
    Figure imgb0015
     in which L / dz represents the number of channels of the signals to be correlated.

La figure 5 représente un corrélateur large bande avec amplification des signaux optiques transmis à la fibre F1. De plus, le dispositif de la figure 5 comporte des éléments qui complètent l'invention.FIG. 5 represents a broadband correlator with amplification of the optical signals transmitted to the fiber F1. In addition, the device of FIG. 5 comprises elements which complete the invention.

On retrouve, sur cette figure, le laser L1 qui émet un faisceau lumineux vers les modulateurs M1 et M2 lesquels transmettent des faisceaux modulés à la fibre F1.We find, in this figure, the laser L1 which emits a light beam towards the modulators M1 and M2 which transmit modulated beams to the fiber F1.

Un isolateur 11 interdit tout retour de la lumière vers la source L1.An isolator 11 prohibits any return of light to the source L1.

La transmission du faisceau émis par la source L1 aux modulateurs M1 et M2 se fait par un coupleur C1 réalisable en optique intégrée. Les faisceaux modulés par les modulateurs M1 et M2 sont amplifiés par des amplificateurs à fibres AF1 et AF2. Par exemple ces amplificateurs comprennent chacun une fibre dopée Erbium.The transmission of the beam emitted by the source L1 to the modulators M1 and M2 is done by a coupler C1 achievable in integrated optics. The beams modulated by the modulators M1 and M2 are amplified by fiber amplifiers AF1 and AF2. For example, these amplifiers each include an Erbium doped fiber.

Le laser de lecture L2 est couplé, au trajet optique du faisceau modulé par le modulateur M1, entre le modulateur M1 et l'amplificateur AF1 de façon à ce que le faisceau de lecture bénéficie de l'amplification par l'amplificateur AF1. Ce couplage se fait par un isolateur 12 et un coupleur C2 (en optique intégrée par exemple).The read laser L2 is coupled, to the optical path of the beam modulated by the modulator M1, between the modulator M1 and the amplifier AF1 so that the read beam benefits from the amplification by the amplifier AF1. This coupling is done by an isolator 12 and a coupler C2 (in integrated optics for example).

Le détecteur P est couplé à l'accès A1 de la fibre F1 par un coupleur C3 (réalisable en optique intégrée). Bien que cela ne soit pas représenté, un amplificateur peut également être prévu entre le détecteur P et le coupleur C3.The detector P is coupled to the access A1 of the fiber F1 by a coupler C3 (achievable in integrated optics). Although this is not shown, an amplifier can also be provided between the detector P and the coupler C3.

Ce dispositif permet d'effectuer de la modulation à bas niveaux, puis d'ajuster l'intensité optique au niveau nécessaire pour générer une variation d'indice suffisante par effet Kerr. Des gains d'amplifications de 20 à 30 dB pour 30 mètres de fibres sont réalisables dans les amplificateurs à fibre, par exemple dopés Erbium, à 1,55 µm.This device allows modulation at low levels, then to adjust the optical intensity to the level necessary to generate a sufficient index variation by the Kerr effect. Amplification gains of 20 to 30 dB for 30 meters of fiber can be achieved in fiber amplifiers, for example Erbium doped, at 1.55 μm.

Le dispositif de l'invention permet une réalisation très compacte en utilisant les techniques d'optiques intégrées. De plus, les amplificateurs peuvent être réalisés en amplificateur à semiconducteurs.The device of the invention allows a very compact embodiment using integrated optical techniques. In addition, the amplifiers can be made as a semiconductor amplifier.

Le dispositif de l'invention peut également être appliqué à un filtre programmable.The device of the invention can also be applied to a programmable filter.

Il est en effet possible de générer optiquement un coefficient programmable sur chaque composante du produit

Figure imgb0016
afin de réaliser en sortie la fonction :
Figure imgb0017
 It is indeed possible to optically generate a programmable coefficient on each component of the product
Figure imgb0016
 in order to carry out the function:
Figure imgb0017

Ceci est obtenu en modulant en amplitude le faisceau de lecture 10 de telle façon que :

Figure imgb0018
This is obtained by modulating in amplitude the reading beam 1 0 in such a way that:
Figure imgb0018

Ainsi, un filtre large-bande (0-20 GHz) et programmable est réalisé.Thus, a broadband (0-20 GHz) and programmable filter is produced.

Cette réflectivité sur une longueur de fibre de 5 m permet d'utiliser un laser de sonde de longueur de cohérence 5 mm à 1,32 µm de quelques dizaines de mW.This reflectivity over a fiber length of 5 m makes it possible to use a probe laser with a coherence length of 5 mm to 1.32 μm of a few tens of mW.

Le dispositif selon l'invention permet la corrélation de signaux de très large bande passante, ce qui le rend particulièrement bien adapté aux applications radars. Les caractéristiques spécifiques au dispositif sont rappelées ci-dessous :

  • - La non-linéarité est induite optiquement par effet Kerr dans une fibre optique monomode (temps de réponse de l'effet inférieur à 10-'2s).
  • - La corrélation des deux signaux s'effectue par intégration spatiale le long de la fibre de longueur L.
  • - La longueur de fibre est adaptée à la durée des deux signaux à traiter (L = 2 c/n T).
  • - Les sources lasers utilisées sont du type monomode - à faible largeur de raie Lcoh 24ibre pour le laser modulé d'inscription Lcoh = C/2nfRF pour le laser de lecture
  • - Les signaux sont transférés sur l'onde optique par l'intermédiaire de modulateurs à large bande.
The device according to the invention allows the correlation of signals of very wide bandwidth, which makes it particularly well suited to radar applications. The specific characteristics of the device are recalled below:
  • - The non-linearity is optically induced by the Kerr effect in a single-mode optical fiber (response time of the effect less than 10- ' 2 s).
  • - The correlation of the two signals is carried out by spatial integration along the fiber of length L.
  • - The fiber length is adapted to the duration of the two signals to be processed (L = 2 c / n T).
  • - The laser sources used are of the single-mode type - with a low line width L coh 24ibre for the modulated registration laser L coh = C / 2nf RF for the read laser
  • - The signals are transferred on the optical wave by means of broadband modulators.

Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples numériques et les exemples de matériaux ou de composants utilisés n'ont été fournis que pour illustrer la description.It is obvious that the above description has been given only by way of example and that other variants can be envisaged without departing from the scope of the invention. Numerical examples and examples of materials or components used have been provided only to illustrate the description.

Claims (6)

1. Corrélateur de fréquences caractérisé en ce qu'il comporte : - une fibre optique monomode (F1) présentant une non linéarité, possédant une première extrémité (A1) et une deuxième extrémité (A2) ; - au moins une première source lumineuse (L1) émettant une première onde lumineuse ; - un premier modulateur de lumière (M1) recevant la première onde lumineuse, la modulant sous la commande d'un premier signal de commande à corréler (Slt) et transmettant cette première onde modulée à la première extrémité de la fibre optique ; - un deuxième modulateur de lumière (M2) recevant la première onde lumineuse, le modulant sous la commande d'un deuxième signal de commande à corréler (S2t) et transmettant cette deuxième onde modulée à la deuxième extrémité de la fibre optique ; - une deuxième source lumineuse (L2) émettant un faisceau lumineux de lecture dans la fibre optique par l'une des extrémités, la première extrémité par exemple (A1) ; - un détecteur d'intensité (P) couplé à la même extrémité de la fibre que la deuxième source lumineuse, la première selon l'exemple pris (A1). 1. Frequency correlator characterized in that it comprises: - a single mode optical fiber (F1) having a non-linearity, having a first end (A1) and a second end (A2); - at least a first light source (L1) emitting a first light wave; - a first light modulator (M1) receiving the first light wave, modulating it under the control of a first control signal to be correlated (S l t) and transmitting this first modulated wave at the first end of the optical fiber; - a second light modulator (M2) receiving the first light wave, modulating it under the control of a second control signal to be correlated (S 2 t) and transmitting this second modulated wave to the second end of the optical fiber; - a second light source (L2) emitting a reading light beam in the optical fiber by one of the ends, the first end for example (A1); - an intensity detector (P) coupled to the same end of the fiber as the second light source, the first according to the example taken (A1). 2. Corrélateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième source lumineuse (L2) présente une largeur de cohérence sensiblement égale à l'inverse de la valeur maximale des fréquences des signaux à corréler.2. Correlator according to claim 1, characterized in that the second light source (L2) has a coherence width substantially equal to the inverse of the maximum value of the frequencies of the signals to be correlated. 3. Corrélateur selon la revendication 1, caractérisé en ce la première onde lumineuse émise par la première source lumineuse (L1) a une longueur d'onde sensiblement égale à celle du faisceau de lecture émis par la deuxième source lumineuse (L2).3. Correlator according to claim 1, characterized in that the first light wave emitted by the first light source (L1) has a wavelength substantially equal to that of the reading beam emitted by the second light source (L2). 4. Corrélateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une horloge de temps (ht) détectant les instants de réception des signaux à corréler (Slt et S2t) par les modulateurs (M1, M2) et donnant les instants de détection par le détecteur (P) de chaque pic de corrélation.4. Correlator according to claim 1, characterized in that it comprises a time clock (ht) detecting the instants of reception of the signals to be correlated (S l t and S 2 t) by the modulators (M1, M2) and giving the instants of detection by the detector (P) of each correlation peak. 5. Corrélateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de traitement (CT) recevant de l'horloge de temps (HT) le temps de réception des signaux à corréler (Slt et S2t) et le temps de détection par le détecteur (P) de chaque pic de corrélation et calculant ainsi la position de temps de chaque pic de corrélation dans chaque signal à corréler.5. Correlator according to claim 4, characterized in that it comprises a processing circuit (CT) receiving from the time clock (HT) the time of reception of the signals to be correlated (S l t and S 2 t) and the detection time by the detector (P) of each correlation peak and thus calculating the time position of each correlation peak in each signal to be correlated. 6. Corrélateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux à corréler (Slt, S2t) sont des signaux électriques et que les modulateur (M1, M2) sont des modulateurs électrooptiques.6. Correlator according to claim 1, characterized in that the signals to be correlated (S l t, S 2 t) are electrical signals and that the modulators (M1, M2) are electrooptical modulators.
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