EP1314267A1 - Regenerateur tout-optique pour signaux multiplexes en longuer d'onde - Google Patents

Regenerateur tout-optique pour signaux multiplexes en longuer d'onde

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Publication number
EP1314267A1
EP1314267A1 EP01965361A EP01965361A EP1314267A1 EP 1314267 A1 EP1314267 A1 EP 1314267A1 EP 01965361 A EP01965361 A EP 01965361A EP 01965361 A EP01965361 A EP 01965361A EP 1314267 A1 EP1314267 A1 EP 1314267A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
multiplex
regenerator
regenerative
component
optical
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01965361A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Claude Simon
Bertrand Lambert
Slimane Loualiche
Bernard Sermage
David Pureur
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.)
Highwave Optical Technologies SA
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Highwave Optical Technologies SA
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Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA, Highwave Optical Technologies SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1314267A1 publication Critical patent/EP1314267A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/299—Signal waveform processing, e.g. reshaping or retiming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0221—Power control, e.g. to keep the total optical power constant

Definitions

  • the present invention relates to the field of communications by optical fibers, and more precisely that of the regeneration of signals for such communications.
  • a first type “1 R” the amplitude of the signal is simply amplified, without further processing.
  • a second type “2R” the signal is amplified and reshaped (noise cancellation, partial or total restoration of the amplitude and / or spectrum) without resynchronization.
  • a third type "3R" in addition to the preceding operations, the temporal jitter of the pulses is suppressed (the signal is synchronous at the rhythm frequency).
  • Regeneration devices of the first type have the drawback of also amplifying the signal defects (noise, jitter, spectral distortion).
  • the signal is processed electronically after detection, and the regenerated electronic signal (noise-free, generally resynchronized) must then be transferred to an optical carrier, either by direct modulation of the current of a laser, or by l 'through an electro-optical modulator.
  • This technique is very effective, but has the drawback of being particularly complex and expensive for very rapidly modulated signals (> 2.5 Gbit / s).
  • the devices available today do not show any transparency at flow rate.
  • signal processing, including amplification is obtained by purely optical means, thanks to various non-linear effects.
  • FIG. 1 symbolically represents the block diagram of a known all-type 2R optical regenerator.
  • the optical input signal corresponding to data ⁇ D is amplified in an amplifier 10 and reshaped, without resynchronization: the power of the signal to be regenerated non-linearly modulates the power of a pure optical carrier (of wavelength ⁇ c , for example of a local laser) and non-noisy, using a component 12 whose transmission factor depends non-linearly on the incident optical power.
  • the non-linear response of this gate 12 is adjusted so as to make it possible to reshape the signal and to eliminate part of the noise.
  • FIG. 2 schematically represents the principle of a known all-type 3R optical regenerator.
  • the signal leaving the regenerator is also resynchronized, that is to say that it is freed from the temporal fluctuations of the position of the pulses.
  • This requires recovering the rhythm frequency of the incident signal (for example by processing in a module 14 the signal taken from the input using a coupler 16), from which a local optical clock is created which the 'we remodulate in the same way as in the case "2R" (modulation in a nonlinear optical gate 12 by the input signal amplified at 10).
  • regenerators proposed in the literature comprising an all-optical element acting under the effect of an optical signal such as an opto-optical gate, the transmission of which varies non-linearly as a function of the intensity of this signal.
  • regenerators proposed in the literature comprising an all-optical element acting under the effect of an optical signal such as an opto-optical gate, the transmission of which varies non-linearly as a function of the intensity of this signal.
  • a reference to the state of the art on the subject can be found in the reference [JC SIMON et al., "Ail Optical Régénération Techniques", ECOC'99, Nice, 26-30 September 1999].
  • each channel of the multiplex is separated in a demultiplexer 20, then treated by a regeneration device per channel 12 1 f ..., 12 ⁇ ... at 12 n , then all the channels are re-multiplexed in a multiplexer 22.
  • the present invention now aims to provide a new optical signal regenerator device having higher performance than that of known prior devices.
  • a device designed to simultaneously regenerate the N channels of a multiplex characterized in that it comprises at least one regenerative component capable of coupling the input signal with a multiplex.
  • N optical carriers, the regenerative component being formed of a material having a line with inhomogeneous widening so that there is no interaction between the various channels involved, within the component.
  • the term “coupling” means the non-linear transfer of a signal over a multiplex.
  • the device designed to simultaneously regenerate the N channels of wavelength ⁇ , of a multiplex is characterized in that it comprises:
  • a first regenerative component able to couple the input signal with a multiplex of N optical carriers of wavelengths ⁇ ' j
  • a second regenerative component able to couple the regenerated multiplex a first time on the comb of lengths d 'wave ⁇ 'j, at the output of the first component, simultaneously with a multiplex of N optical carriers, wedged on the comb of wavelengths ⁇ j in which the first and the second component are formed of a material having a widening line inhomogeneous so that there is no interaction between the various channels involved, within the components.
  • a multi-wavelength filter calibrated on the multiplex ⁇ 'j is provided between the output of the first component and the input of the second component.
  • a multi-wavelength filter calibrated on the wavelengths ⁇ is provided between the output of the second component.
  • at least one of the multiplexes of N optical carriers is modulated by the rhythm frequency recovered from the corresponding channel.
  • FIG. 4 represents the general configuration of a regenerator in accordance with the present invention.
  • the principle of the regenerator in accordance with the present invention is based on the use of a single component performing the function of non-linear opto-optical gate regenerating all the N channels of the multiplex simultaneously.
  • FIG. 4 The general block diagram of such a regenerator in accordance with the present invention is illustrated in FIG. 4.
  • (data Di), calibrated on the comb of wavelengths ⁇ j, are simultaneously coupled in a first regenerative component 112 with a multiplex of N optical carriers, of wavelengths ⁇ 'j or not modulated in the case “2R” , or modulated in the case “3R", each by the rhythm frequency recovered from the corresponding channel.
  • the input data are preferably amplified at 110, before being applied to the component 112.
  • a multi-wavelength filter 130 (for example a Fabry-Perot standard or any other ad hoc filter) calibrated on the multiplex ⁇ 'j makes it possible to remove the incident data possibly transmitted at the output of the regenerative component 112.
  • the previous operation is repeated by coupling, in a second regenerative component 152, the multiplex regenerated a first time on the comb of wavelengths ⁇ 'j, simultaneously with a multiplex of N optical carriers not modulated or modulated at the rhythm frequency of the corresponding channel, as in the previous case, and calibrated on the comb of wavelengths ⁇ j.
  • a filter 160 is placed calibrated on the wavelengths ⁇ j in order to recover only the regenerated data. Furthermore preferably, as seen in FIG. 4, the signal is amplified at 132 before being applied to the filter 130 and at 162 before being applied to the filter 160.
  • 110, 132 and 162 represent optical amplifiers.
  • the configuration can be extended to X cascade regenerative blocks, with X> 2.
  • the non-modulated data and carriers are preferably transmitted in a co-propagative manner in the regenerative components 112 and 152.
  • the inventors have demonstrated that in this case, therefore involving two changes in wavelength (when it is desired to process signals without imposing any constraint on the polarization of the incident signal), the maximum bit rate of information processed is not limited only by the time of return to equilibrium of the non-linearity of the regenerative component.
  • the input data signal and the multiplexes of N optical carriers can be transmitted counterpropagantly in the regenerative component 112 or 152.
  • a circulator is placed at the input of the regenerative component, on the side of the input of the data signal in order to allow the regenerated signal to be collected, and an isolator is placed at the output, in order to block the signal data.
  • the wavelengths of the data signals and the corresponding wavelengths of the locally generated carrier multiplex can be identical.
  • Each of the regenerative components 112 and 152 must, according to the invention, be formed from a material whose optical properties (absorption or amplification or refractive index or polarization, etc.) can be modified by an optical signal at a length of given wave, without this modification being able to affect another wavelength corresponding to an adjacent channel.
  • the components 112 and 152 are formed by a material having a line with inhomogeneous widening, that is to say that the total line of fluorescence
  • the separation between the wavelengths is not arbitrary. On the one hand, this separation must be much less than the homogeneous line width, so as to obtain an effective opto-optical modulation (therefore: ⁇ less than or equal to ⁇ 4) and, on the other hand, that ⁇ is greater than the modulation bandwidth of the channel, in order to be able to efficiently filter the regenerated data (therefore ⁇ greater than or equal to 2 ⁇ inf0 ). In total, this limits the maximum bandwidth of the signal to be regenerated to around ⁇ H 8.
  • the time of return to equilibrium of the non-linearity of absorption, or gain, or of refractive index of the components 112, 152, after disturbance by a signal pulse is of the order of magnitude or a little shorter than the inverse of the frequency rhythm of the signal. Given the scope of applications targeted, this time is between 10 and 100 picoseconds.
  • the homogeneous line width is equal to at least about twice the rhythm frequency of the data to be processed.
  • the components 112, 152 can be formed from an absorbing semiconductor optical guide or amplifier, formed from quantum islands in the InAs system on an InP substrate [S. FRECHENGUES, Doctoral thesis, INSA Rennes, 27 Nov 1998], or even a glass guide including quantum islands of PbS [K. WUNDKE et al., Applied Physics Letters, vol. 76, N ° 1, 2000, pp. 10-12], these two materials being able to function at a wavelength of 1550 nm. In these two types of material, the inhomogeneous widening of the transition line comes from the variable size of the islands.
  • FIG. 4 therefore represents the most general version of the multi-wavelength regenerator proposed in the context of the present invention based on two regenerative components.
  • the device according to the present invention can comprise only one of such components.
  • the components 112, 152 formed from opto-optical gates based on non-linear material, can be the subject of numerous variant embodiments.
  • It may be an opto-optical door based on a material having either a saturable absorption or a saturable amplification, without modification of the refractive index.
  • Such a door can consist of two components separated by an optical isolator, a filter and an attenuator (if necessary).
  • the signal to be regenerated is separated into two parts and coupled in parallel in each component, while the locally generated wave (continuous intensity or modulated by the recovered clock) crosses the two components in series.
  • This configuration which can be extended to K (K> 2) components if necessary, has the particularity of improving the extinction rate and reducing the amplitude noise on the regenerated data.
  • K K> 2
  • it can reverse the polarity of the signal, in particular in the case where the opto-optical gates consist of optical semiconductor amplifiers, and therefore requires, in this case, a cascade of an even number of such gates to keep the polarity of the incident signal.
  • the data signal is coupled separately in the two regenerative components, while the locally generated carriers, modulated or unmodulated, successively pass through the two regenerative components.
  • It may be an opto-optical door based on material having a modulation of the refractive index induced by the data.
  • the opto-optical door can consist of a two-wave or multiple-wave interferometer, preferably a traveling wave such as a two-arm Mach-Zehnder interferometer, comprising in each arm a multi-length regenerative component of wave whose refraction has a spectrally inhomogeneous character in the sense described above.
  • the circuit preferably has the configuration illustrated in FIG. 5.
  • a small part of the input channel multiplex is taken with a coupler 140, then directed to a demultiplexer 142 in wavelengths.
  • Each output of the demultiplexer 142 is separated into 2 channels by appropriate means, one directed to a clock recovery device 144 generating a source of short pulses synchronous with the frequency rhythm of the corresponding channel, at the wavelength ⁇ 'j, the other to an identical device 146 but emitting at length ⁇ j.
  • Each output of the group of clocks at ⁇ 'j is recombined using appropriate means (a multiplexer 148 for example) inside the first multi-wavelength regenerative component 112, in which the main part of the data multiplex leaving the coupler 140 (after amplification at 110).
  • the output of the multi-wavelength regenerative component 112 is filtered by appropriate means (130) to allow the regenerated data to pass through the comb ⁇ 'j (and possibly amplified at 132). These data are in turn coupled into the regenerative component 152 as well as the clocks set on the comb ⁇ j (grouped for example by a multiplexer 149). Finally, the regenerated data leaving 152, calibrated on the initial comb, are filtered at 160 to eliminate all traces of the data from 112 on the ⁇ V comb.
  • the second comb of clocks with wavelengths ⁇ j can be simply replaced by a comb of carriers not modulated at ⁇ j, in particular when the second regenerative component consists of an opto door -interferometric optics operating in push-pull mode [K. TAJIMA JPn. J. Appl. Vol 32, Part 2, Nr 12A (1993) pp.L1746- 1749]
  • delay lines are also provided (not shown in FIG.
  • the device according to the present invention may comprise a single regenerator operating on each given channel.
  • the configuration illustrated in FIG. 6 is an example of such a variant allowing, thanks to a single multi-wavelength regenerative component 112 based on the saturated absorption in a material whose transition line is inhomogeneous widening as described more high, to improve the contrast (ratio between the power of the high level and that of the low level of an amplitude modulated binary digital communication signal) of each channel of the multiplex in wavelength.
  • the entire multiplex is amplified using an optical amplifier 110 to bring the level of the multiplex to the value corresponding to the operating point of the non-linear component 112, then the multiplex is coupled in the multi-length regenerative component. wave 112.
  • the lowest level is less transmitted than the highest level, which results in an improvement in contrast.
  • the absorption recovery time must in this case be of the order of one tenth of the duration of the pulse to be regenerated, so as not to distort the signal too much. It should be noted that this device does not eliminate noise on the high level of the signal, unlike the devices described above.
  • the present invention provides a device for "all-optical" regeneration of digitally modulated fiber optic telecommunication signals, making it possible to simultaneously process in the same component, N (N> 2) wavelength-division multiplex optical channels, with fewer regenerative components than what is required by state-of-the-art systems.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif régénérateur pour signaux optiques multiplexés en longuer d'onde conçu pour régénérer simultanément les N canaux d'un multiplexe caracterisé en ce qu'il comprend au moins un composant régénérateur (112, 152) apte à coupler le signal d'entrée avec un multiplex de N porteuses optiques, le composant régénérateur (112, 152) étant formé d'un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène de sorte qu'il n'y ait pas d'interaction entre les divers canaux impliqués, au sein du composant.

Description

RÉGÉNÉRATEUR TOUT-OPTIQUE POUR SIGNAUX MULTIPLEXES EN LONGUEUR D'ONDE.
La présente invention concerne le domaine des communications par fibres optiques, et plus précisément encore celui de la régénération de signaux pour de telles communications.
L'homme de l'art sait que la régénération en ligne des signaux se propageant dans les systèmes de communication par fibre optique utilisant le multiplexage en longueur d'onde (WDM : Wavelength Division Multiplexing) devrait permettre d'augmenter considérablement la capacité de ces systèmes. Ce sujet fait actuellement l'objet d'un réel engouement de la part des équipementiers et des opérateurs de télécommunications.
Il existe 3 types connus de régénération du signal :
Un premier type " 1 R " : l'amplitude du signal est simplement amplifiée, sans autre traitement. Un second type " 2R " : le signal est amplifié et remis en forme (suppression du bruit, restauration partielle ou totale de l'amplitude et/ou du spectre) sans resynchronisation.
Un troisième type " 3R " : en plus des opérations précédentes, la gigue temporelle des impulsions est supprimée (le signal est synchrone à la fréquence rythme).
Les dispositifs de régénération du premier type présentent l'inconvénient d'amplifier également les défauts du signal (bruit, gigue, déformation spectrale).
Dans ce qui suit, nous ne nous intéresserons qu'à la régénération de type 2R ou 3R. II existe deux approches principales pour la régénération des signaux optiques: la régénération opto-électronique et la régénération "tout-optique".
Dans le premier cas, le signal est traité électroniquement après détection, et le signal électronique régénéré (débarrassé du bruit, en général resynchronisé) doit ensuite être transféré sur une porteuse optique, soit par modulation directe du courant d'un laser, soit par l'intermédiaire d'un modulateur électro-optique. Cette technique est très efficace, mais présente l'inconvénient d'être particulièrement complexe et onéreuse pour les signaux modulés très rapidement (>2,5 Gbit/s). De plus, les dispositifs aujourd'hui disponibles ne présentent aucune transparence au débit. Dans le second cas, le traitement du signal, y compris l'amplification, est obtenu par voie purement optique, grâce à divers effets non-linéaires.
La figure 1 représente symboliquement le schéma de principe d'un régénérateur connu tout optique de type 2R. Le signal d'entrée optique correspondant à des données λD est amplifié dans un amplificateur 10 et remis en forme, sans resynchronisation : la puissance du signal à régénérer module non-linéairement la puissance d'une porteuse optique pure (de longueur d'onde λc, provenant par exemple d'un laser local) et non-bruitée, à l'aide d'un composant 12 dont le facteur de transmission dépend non-linéairement de la puissance optique incidente. La réponse non-linéaire de cette porte 12 est réglée de manière à permettre de remettre en forme le signal et d'éliminer une partie du bruit.
.La figure 2 représente schématiquement le principe d'un régénérateur connu tout optique de type 3R. Dans ce cas, comme le montre la figure 2, le signal sortant du régénérateur est en plus resynchronisé, c'est-à-dire qu'on le débarrasse des fluctuations temporelles de la position des impulsions. Il faut pour cela récupérer la fréquence rythme du signal incident (par exemple par traitement dans un module 14 du signal prélevé sur l'entrée à l'aide d'un coupleur 16), à partir de laquelle on crée une horloge optique locale que l'on remodule de la même façon que dans le cas " 2R " (modulation dans une porte optique non linéaire 12 par le signal d'entrée amplifié en 10). Cette technique plus complexe pourrait s'avérer nécessaire si la gigue temporelle des signaux devient inacceptable, par exemple dans le cas de systèmes de transmission optique à très hauts débits (au-delà de 10 Gbit/s) et à longue portée (>2000 km). II existe plusieurs types de régénérateurs proposés dans la littérature comportant un élément tout-optique agissant sous l'effet d'un signal optique comme une porte opto-optique dont la transmission varie de manière non-linéaire en fonction de l'intensité de ce signal. On trouvera dans la référence [J.C. SIMON et al., " Ail Optical Régénération Techniques ", ECOC'99, Nice, 26-30 septembre 1999] un résumé de l'état de l'art sur le sujet. A la connaissance des inventeurs de la présente invention, jusqu'ici, pour la régénération d'un ensemble N de canaux multiplexes en longueur d'onde, il s'avère cependant indispensable d'utiliser autant de portes opto-optiques 12 à effet non linéaire, que de canaux du multiplex de longueurs d'onde, et ce quel que soit l'effet exploité, notamment : - pour les portes opto-optiques basées sur une interaction résonante saturée : i) la modulation d'absorption croisée (XAM en anglo-américain pour "cross- absorption modulation "), ou ii) la modulation de gain croisée (XGM en anglo-américain pour " cross-gain modulation "), ou iii) la modification de phase croisée (XPM en anglo-américain pour " cross- phase modulation "), - pour les portes opto-optiques basées sur une interaction non-résonante, tel que l'effet Kerr optique dans une fibre optique en verre de silice (ou autre), la modulation de phase croisée.
La structure d'un régénérateur de l'art antérieur peut donc être schématisée par la figure 3-a : chaque canal du multiplex est séparé dans un démultiplexeur 20, puis traité par un dispositif de régénération par canal 121 f ... , 12ι ... à 12n, puis l'ensemble des canaux est re-multiplexé dans un multiplexeur 22.
La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau dispositif régénérateur de signal optique présentant des performances supérieures à celles des dispositifs antérieurs connus.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif conçu pour régénérer simultanément les N canaux d'un multiplex, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composant régénérateur apte à coupler le signal d'entrée avec un multiplex de N porteuses optiques, le composant régénérateur étant formé d'un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène de sorte qu'il n'y ait pas d'interaction entre les divers canaux impliqués, au sein du composant.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par « couplage » le transfert non linéaire d'un signal sur un multiplex. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif conçu pour régénérer simultanément les N canaux de longueurs d'onde λ, d'un multiplex, est caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier composant régénérateur apte à coupler le signal d'entrée avec un multiplex de N porteuses optiques de longueurs d'onde λ'j, et - un deuxième composant régénérateur apte à coupler le multiplex régénéré une première fois sur le peigne de longueurs d'onde λ'j, en sortie du premier composant, simultanément avec un multiplex de N porteuses optiques, calé sur le peigne de longueurs d'onde λj dans lequel le premier et le deuxième composant sont formés d'un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène de sorte qu'il n'y ait pas d'interaction entre les divers canaux impliqués, au sein des composants. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un filtre multilongueurs d'onde calé sur le multiplex λ'j est prévu entre la sortie du premier composant et l'entrée du deuxième composant.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un filtre multilongueurs d'onde calé sur les longueurs d'onde λι est prévu entre sortie du deuxième composant. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'un au moins des multiplex de N porteuses optiques est modulé par la fréquence rythme récupérée du canal correspondant.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif et sur lesquels :
- les figures 1 à 3 précédemment décrites illustrent schématiquement l'état de la technique,
- la figure 4 représente la configuration générale d'un régénérateur conforme à la présente invention, et
- les figures 5 et 6 représentent deux variantes conformes à la présente invention.
Le principe du régénérateur conforme à la présente invention est basé sur l'utilisation d'un seul composant réalisant la fonction de porte opto-optique non-linéaire régénérant simultanément tous les N canaux du multiplex.
Le schéma de principe général d'un tel régénérateur conforme à la présente invention, est illustré sur la figure 4.
On décrira plus loin de manière plus détaillée séparément les cas " 2R " et " 3R ". Dans le cas général (illustré sur la figure 4), les N canaux à régénérer
(données Di), calés sur le peigne de longueurs d'ondes λj, sont simultanément couplés dans un premier composant régénérateur 112 avec un multiplex de N porteuses optiques, de longueurs d'onde λ'j soit non modulées dans le cas " 2R ", soit modulées dans le cas " 3R ", chacune par la fréquence rythme récupérée à partir du canal correspondant. De préférence, les données d'entrées sont de préférence amplifiées en 110, avant d'être appliquées au composant 112.
A la sortie du composant régénérateur 112, un filtre multilongueurs d'onde 130 (par exemple un étalon de Fabry-Perot ou tout autre filtre ad hoc) calé sur le multiplex λ'j permet de supprimer les données incidentes éventuellement transmises à la sortie du composant régénérateur 112.
Afin de restituer les données aux longueurs d'onde initiales et de parfaire la régénération, on répète l'opération précédente en couplant dans un deuxième composant régénérateur 152, le multiplex régénéré une première fois sur le peigne de longueurs d'onde λ'j, simultanément avec un multiplex de N porteuses optiques non modulées ou modulées à la fréquence rythme du canal correspondant, comme dans le cas précédent, et calé sur le peigne de longueurs d'onde λj.
A la sortie du deuxième composant 152, on place un filtre 160 calé sur les longueurs d'onde λj afin de ne récupérer que les données régénérées. Par ailleurs de préférence, comme on le voit sur la figure 4, le signal est amplifié en 132 avant d'être appliqué au filtre 130 et en 162 avant d'être appliqué au filtre 160. Sur la figure 4, 110, 132 et 162 représentent des amplificateurs optiques.
Dans le cas où le niveau de régénération n'est pas suffisant en sortie du filtre 160, avec les deux blocs régénérateurs 1 12, 152 cascades tels qu'illustrés sur la figure 4, on peut étendre la configuration à X blocs régénérateurs cascades, avec X>2.
Selon l'invention, les données et les porteuses non-modulées sont transmises de préférence de façon co-propagative dans les composants régénérateurs 112 et 152.
Les inventeurs ont démontré que dans ce cas, impliquant donc deux changements de longueur d'onde (lorsque l'on veut traiter des signaux sans imposer de contrainte sur la polarisation du signal incident), le débit maximum d'informations traitées n'est limité que par le temps de retour à l'équilibre de la non-linéarité du composant régénérateur.
Cependant en variante le signal de données d'entrée et les multiplex de N porteuses optiques peuvent être transmis de façon contrapropagative dans le composant régénérateur 112 ou 152.
Dans ce cas de préférence un circulateur est placé à l'entrée du composant régénérateur, du côté de l'entrée du signal de données afin de permettre de recueillir le signal régénéré, et un isolateur est placé en sortie, afin de bloquer le signal de données. Par ailleurs les longueurs d'onde des signaux de données et les longueurs d'onde correspondantes du multiplex de porteuses générées localement peuvent être identiques. Chacun des composants régénérateurs 112 et 152 doit, selon l'invention, être formé d'un matériau dont les propriétés optiques (absorption ou amplification ou indice de réfraction ou polarisation, etc.) puissent être modifiées par un signal optique à une longueur d'onde donnée, sans que cette modification puisse se répercuter sur une autre longueur d'onde correspondant à un canal adjacent. Ainsi, selon l'invention, les composants 112 et 152 sont formés par un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène, c'est-à-dire que la raie totale de fluorescence
(ou d'absorption) est constituée d'un ensemble de raies homogènes plus fines de largeur δλπ réparties à l'intérieur du spectre inhomogène de largeur δλ|NH, et ne se recouvrant pas. De cette manière, la modulation d'absorption, ou de gain, ou de phase induite par un canal situé à une longueur d'onde λj ne perturbe pas l'absorption, ou le gain, ou la phase d'un autre canal à λj si l'écart de longueur d'onde Δλc entre ces canaux est supérieur à la largeur de raie homogène δλH du matériau. Il n'y a donc pas d'interaction entre les canaux si la séparation Δλc entre les canaux est supérieure à environ δλμ. Il est donc possible selon l'invention de traiter l'ensemble des N canaux multiplexes en longueur d'onde dans le même composant 112, 152; pourvu que N soit inférieur ou égal au rapport δλiNH δλH.
Il est important que la séparation entre les longueurs d'onde ne soit pas arbitraire. D'une part, il faut que cette séparation soit bien inférieure à la largeur de raie homogène, de manière à obtenir une modulation opto-optique efficace (donc : δλ inférieur ou égal à δλπ 4) et, d'autre part, il faut que δλ soit supérieur à la largeur de bande de modulation du canal, afin de pouvoir filtrer efficacement les données régénérées (donc δλ supérieur ou égal à 2δλinf0). Au total, cela limite la bande passante maximale du signal à régénérer à environ δλH 8.
Par ailleurs, il est nécessaire que le temps de retour à l'équilibre de la non-linéarité d'absorption, ou de gain, ou d'indice de réfraction des composants 112, 152, après perturbation par une impulsion de signal, soit de l'ordre de grandeur ou un peu plus courte que l'inverse de la fréquence rythme du signal. Compte tenu du champ d'applications visées, ce temps se situe entre 10 et 100 picosecondes.
Ceci implique notamment que la largeur de raie homogène soit égale au minimum à environ le double de la fréquence rythme des données à traiter.
A titre d'exemple, les composants 112, 152 peuvent être formés d'un guide optique semiconducteur absorbant ou amplificateur, constitué à partir d'îlots quantiques dans le système InAs sur substrat InP [S. FRECHENGUES, Thèse de Doctorat, INSA Rennes, 27 nov. 1998], ou bien encore un guide en verre incluant des îlots quantiques de PbS [K. WUNDKE et al., Applied Physics Letters, vol. 76, N°1 , 2000, pp. 10-12], ces deux matériaux pouvant fonctionner à une longueur d'onde de 1550 nm. Dans ces deux types de matériaux, l'élargissement inhomogène de la raie de transition vient de la taille variable des îlots.
Dans le cas où la séparation entre les canaux est inférieure à δλπ/4 comme précisé plus haut, il est difficile de régénérer correctement l'ensemble des canaux avec la structure décrite précédemment et illustrée sur la figure 4, du fait des problèmes de diaphonie. Il convient alors de procéder à une multiplication de régénérateurs multilongueurs d'onde traitant en parallèle des sous-ensembles de canaux séparés d'environ δλH comme spécifié plus haut. Pour cela, comme illustré sur la figure 6, on peut séparer les canaux de données à l'aide d'un démultiplexeur en longueurs d'onde 100, puis regrouper les canaux séparés d'un peu plus de δλ H, à l'aide de multiplexeurs ad hoc 102,, avant de les coupler dans des composants régénérateurs 112j respectifs, avec le peigne de longueurs d'ondes correspondantes générées localement. Les sorties des différents composants 112j sont ensuite regroupées dans un multiplexeur 104. La figure 4 représente donc la version la plus générale du régénérateur multilongueurs d'onde proposé dans le cadre de la présente invention à base de deux composants régénérateurs.
Cependant comme on l'a indiqué le dispositif conforme à la présente invention peut comporter un seul de tels composants.
Les composants 112, 152 formés de portes opto-optiques à base de matériau non-linéaire, peuvent faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation.
Il peut s'agir d'une porte opto-optique à base de matériau présentant soit une absorption saturable, soit une amplification saturable, sans modification d'indice de réfraction.
Une telle porte peut être constituée de deux composants séparés par un isolateur optique, un filtre et un atténuateur (si nécessaire). Le signal à régénérer est séparé en deux parties et couplé en parallèle dans chaque composant, tandis que l'onde générée localement (intensité continue ou modulée par l'horloge récupérée) traverse les deux composants en série. Cette configuration, qui peut être étendue à K (K>2) composants si nécessaires, présente la particularité d'améliorer le taux d'extinction et de réduire le bruit d'amplitude sur les données régénérées. En revanche, elle peut inverser la polarité du signal, notamment dans le cas ou les portes opto-optiques sont constituées d'amplificateurs optiques à semi-conducteur, et nécessite donc, dans ce cas, une cascade d'un nombre pair de telles portes afin de conserver la polarité du signal incident.
Selon une variante, le signal de données est couplé séparément dans les deux composants régénérateurs, tandis que les porteuses générées localement, modulées ou non modulées, traversent successivement les deux .composants régénérateurs.
Il peut s'agir d'une porte opto-optique à base de matériau présentant une modulation de l'indice de réfraction induite par les données.
Dans ce cas, la porte opto-optique peut être constituée d'un interférometre à deux ondes ou à ondes multiples, de préférence à onde progressive comme un interférometre de Mach-Zehnder à deux bras, comportant dans chaque bras un composant régénérateur multilongueurs d'onde dont la réfraction a un caractère inhomogène spectralement dans le sens décrit plus haut.
Il est également possible d'utiliser des portes de différents types dans le même dispositif. Dans le cas d'un régénérateur " 2R ", la configuration conforme à la présente invention est conforme à ce qui a été décrit dans le cas général de la figure 4. Les multiplex de N porteuses optiques, de longueurs d'onde λ, ou λ'j, correspondant à une " source multilongueurs d'onde " peuvent être obtenus par un ensemble de sources non-modulées, produites par des moyens ad hoc, et couplés dans les composants régénérateurs 112 ou 152 par des moyens ad hoc (coupleurs N vers 1 ou bien multiplexeur en longueur d'onde par exemple).
Dans le cas d'un régénérateur " 3R " , le circuit a de préférence la configuration illustrée sur la figure 5.
Une petite partie du multiplex de canaux d'entrée est prélevée avec un coupleur 140, puis dirigée vers un démultiplexeur 142 en longueurs d'ondes. Chaque sortie du démultiplexeur 142 est séparée en 2 voies par des moyens appropriés, l'une dirigée vers un dispositif 144 de récupération d'horloge générant une source d'impulsions courtes synchrone avec la fréquence rythme du canal correspondant, à la longueur d'onde λ'j, l'autre vers un dispositif 146 identique mais émettant à la longueur λj. Chaque sortie du groupe d'horloges à λ'j est recombinée à l'aide de moyens appropriés (un multiplexeur 148 par exemple) à l'intérieur du premier composant régénérateur multilongueurs d'onde 112, dans lequel on couple également la partie principale du multiplex de données sortant du coupleur 140 (après amplification en 110). La sortie du composant régénérateur multilongueurs d'onde 112 est filtrée par des moyens appropriés (130) pour laisser passer les données régénérées sur le peigne λ'j (et éventuellement amplifiées en 132). Ces données sont couplées à leur tour dans le composant régénérateur 152 ainsi que les horloges calées sur le peigne λj (regroupées par exemple par un multiplexeur 149). Finalement les données régénérées sortant de 152, calées sur le peigne initial, sont filtrées en 160 pour éliminer toute trace des données issues de 112 sur le peigne λV
Dans une variante de ce dispositif de régénération 3R, le deuxième peigne d'horloges aux longueurs d'ondes λj peut être simplement remplacé par un peigne de porteuses non modulées à λj, en particulier quant le deuxième composant régénérateur est constitué d'une porte opto-optique interférométrique fonctionnant en mode push-pull [K. TAJIMA JPn. J. Appl. Vol 32, Part 2, Nr 12A (1993) pp.L1746- 1749] De préférence, dans le cadre du circuit illustré sur la figure 5, il est prévu en outre des lignes à retard (non représentées sur la figure 5 pour simplifier l'illustration) placées sur le trajet des horloges calées sur le peigne λ'j et λj et choisies de manière à ce que l'information portée par le signal d'entrée arrive en synchronisme avec l'information portée par ces horloges, compte tenu du retard introduit par les différents éléments qui traversent ces signaux.
On a décrit précédemment diverses variantes de dispositif conformes à la présente invention comprenant deux régénérateurs 112, 152 montés en cascade : le premier 112 opérant un décalage sur la fréquence des porteuses λ'j et le second 152 permettant de restituer les données aux longueurs d'onde initiales.
Cependant, le cas échéant, le dispositif conforme à la présente invention peut comporter un seul régénérateur opérant sur chaque canal donné. La configuration illustrée sur la figure 6 est un exemple d'une telle variante permettant, grâce à un seul composant régénérateur multilongueurs d'onde 112 basé sur l'absorption saturée dans un matériau dont la raie de transition est à élargissement inhomogène tel que décrit plus haut, d'améliorer le contraste (rapport entre la puissance du niveau haut et celle du niveau bas d'un signal de communication numérique binaire modulé en amplitude) de chaque canal du multiplex en longueur d'onde. L'ensemble du multiplex est amplifié à l'aide d'un amplificateur optique 110 pour porter le niveau du multiplex à la valeur correspondant au point de fonctionnement du composant non-linéaire 112, puis le multiplex est couplé dans le composant régénérateur multilongueur d'onde 112. Du fait de la transmission non-linéaire, le niveau le plus bas est moins transmis que le niveau le plus haut, d'où il s'ensuit une amélioration du contraste. On peut bien sûr cascader un deuxième composant additionnel (voire N composants) si le contraste ne s'avère pas suffisant avec un seul composant. Cependant, le temps de récupération de l'absorption doit être dans ce cas de l'ordre du dixième de la durée de l'impulsion à régénérer, afin de ne pas déformer trop le signal. Il faut bien remarquer que ce dispositif ne permet pas de supprimer le bruit sur le niveau haut du signal, contrairement aux dispositifs décrits plus haut.
On comprend que la présente invention propose un dispositif de régénération " tout-optique " de signaux de télécommunication sur fibre optique modulés numériquement, permettant de traiter simultanément dans le même composant, N (N>2) canaux optiques multiplexes en longueur d'onde, avec un nombre de composants régénérateurs inférieur à ce qui est exigé par les systèmes conformes à l'état de la technique.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif régénérateur pour signaux optiques multiplexes en longueur d'onde conçu pour régénérer simultanément les N canaux d'un multiplex, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composant régénérateur (112, 152) apte à coupler le signal d'entrée avec un multiplex de N porteuses optiques, le composant régénérateur (112, 152) étant formé d'un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène de sorte qu'il n'y ait pas d'interaction entre les divers canaux impliqués, au sein du composant
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'il comprend :
- un premier composant régénérateur (112) apte à coupler le signal d'entrée avec un multiplex de N porteuses optiques de longueurs d'onde λ'j, et
- un deuxième composant régénérateur (152) apte à coupler le multiplex régénéré une première fois sur le peigne de longueurs d'onde λ'j, en sortie du premier composant (112), simultanément avec un multiplex de N porteuses optiques, calé sur le peigne de longueurs d'onde λj, dans lequel le premier et le deuxième composant (112, 152) sont formés d'un matériau présentant une raie à élargissement inhomogène de sorte qu'il n'y ait pas d'interaction entre les divers canaux impliqués, au sein des composants
(112, 152).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un filtre multilongueurs d'onde (160) est prévu en sortie du composant régénérateur (112, 152) sur lequel est prélevé le signal de sortie.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un filtre multilongueurs d'onde (130) calé sur le multiplex λ'j est prévu entre la sortie du premier composant régénérateur (112) et l'entrée du deuxième composant régénérateur (152).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que le filtre (130, 160) est formé d'un étalon de Fabry-Pérot.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le multiplex appliqué au régénérateur (112, 152) est un signal généré localement sans modulation.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le multiplex de N porteuses optiques appliqué au composant régénérateur (112, 152) est généré par N sources couplées par un coupleur N vers 1 ou un multiplexeur, au composant régénérateur (112, 152).
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le multiplex de N porteuses optiques est modulé par la fréquence rythme du canal d'entrée correspondant.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un coupleur (140) apte à récupérer une partie du signal d'entrée et des moyens (144, 146) de récupération d'horloge aptes à générer respectivement une source d'impulsions synchrones avec la fréquence rythme du canal correspondant à une longueur d'onde λ'j et respectivement des impulsions similaires à la longueur
10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des lignes à retard placées sur le trajet des horloges et choisies de manière à ce que l'information portée par le signal d'entrée arrive en synchronisme avec l'information portée par ces horloges, compte tenu du retard introduit par les différents éléments que traversent ces signaux.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur (110) en amont du composant régénérateur (112, 152).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur (162) en aval du composant régénérateur (112, 152).
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12 prises en combinaison avec la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur (132) entre les deux composants régénérateurs (112, 152).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le signal de données d'entrée et les multiplex de N porteuses optiques sont transmis de façon co-propagative dans le composant régénérateur (112, 152).
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le signal de données d'entrée et les multiplex de N porteuses optiques sont transmis de façon contrapropagative dans le composant régénérateur (112, 152).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'un circulateur est placé à l'entrée du composant régénérateur, du côté de l'entrée du signal de données afin de permettre de recueillir le signal régénéré, et qu'un isolateur est placé en sortie, afin de bloquer le signal de données.
17. Dispositif selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé par le fait que les longueurs d'onde des signaux de données et les longueurs d'onde correspondantes du multiplex de porteuses générées localement sont identiques.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que qu'il comprend une cascade X de blocs régénérateurs (112, 152) en série avec X>2.
19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait que le matériau composant chaque régénérateur (112, 152) présente une raie totale de fluorescence (ou d'absorption) constituée d'un ensemble de raies homogènes plus fines réparties à l'intérieur d'un spectre inhomogène et ne se recouvrant pas.
20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que l'écart de longueurs d'onde δλc entre deux canaux est supérieur à la largeur de raies homogènes du matériau composant chaque régénérateur (112, 152).
21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait que le nombre N de canaux est inférieur ou égal au rapport δλiNH δλH, relation dans laquelle δλiNH représente la largeur du spectre inhomogène et δλH représente la largeur des raies homogènes.
22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21 , caractérisé par le fait que la séparation entre les longueurs d'onde λj-λ'i est inférieure à la largeur de raie homogène.
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé par le fait que la séparation entre les longueurs d'onde λ - λ'j est inférieure ou égale à δλH 4, δλH représentant la largeur d'une raie homogène.
24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23 caractérisé par le fait que la séparation entre les longueurs d'onde λj-λ'i est supérieure à la largeur de bande de modulation du canal.
25. Dispositif selon la revendication 24 caractérisé par le fait que la séparation entre les longueurs d'onde λj-λ'j est supérieure à deux fois la largeur de bande de modulation du canal.
26. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 25 caractérisé par le fait que le temps de retour à l'équilibre de la non-linéarité d'absorption, ou de gain, ou d'indice de réfraction, du matériau composant le régénérateur (112, 152), après perturbation par une impulsion du signal, est de l'ordre de grandeur voire un peu plus courte que l'inverse de la fréquence rythme du signal d'entrée.
27. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé par le fait que la largeur de raie homogène du matériau constituant le régénérateur (112, 152) est supérieure ou égale à deux fois la fréquence rythme des données à traiter.
28. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé d'un guide optique comprenant des îlots quantiques de taille variable.
29. Dispositif selon la revendication 28 caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé d'un guide optique semiconducteur absorbant ou amplificateur constitué à partir d'îlots quantiques dans le système InAs sur le substrat InP.
30. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé d'un guide en verre incluant des îlots quantiques de PbS.
31. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 30, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (100, 102) aptes à regrouper les canaux séparés d'un écart supérieur à la largeur de raies homogènes du matériau constituant un composant régénérateur (112, 152) avant d'appliquer ces canaux à un composant régénérateur (112, 152).
32. Dispositif selon la revendication 31 , caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs régénérateurs (112j) travaillant en parallèle sur des groupes de canaux.
33. Dispositif selon l'une des revendications 31 ou 32, caractérisé par le fait que les moyens aptes à regrouper les canaux sont formés d'un démultiplexeur (100) et d'un multiplexeur (102).
34. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 33, caractérisé par le fait qu'un régénérateur (112, 152) est formé d'une porte opto-optique à base de matériau présentant soit une absorption saturable, soit une amplification saturable, sans modification d'indice de réfraction.
35. Dispositif selon la revendication 34, caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé de deux composants séparés par un isolateur optique et un filtre, voir un atténuateur.
36. Dispositif selon la revendication 35, caractérisé par le fait que le signal de données est couplé séparément dans les deux composants régénérateurs, tandis que les porteuses générées localement, modulées ou non modulées, traversent successivement les deux composants régénérateurs.
37. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 36, caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé d'une porte opto-optique à base de matériau présentant une modulation de l'indice de réfraction induite par les données.
38. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé par le fait que le régénérateur (112, 152) est formé d'un interférometre à deux ondes ou à ondes multiples.
39. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 38, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (140) aptes à prélever une petite partie du multiplex de canaux d'entrée, un démultiplexeur (142) dont la sortie est séparée en deux voies : l'une dirigée vers un dispositif de récupération d'horloge générant une source d'impulsions courtes synchrone avec la fréquence rythme du canal correspondant à la longueur d'onde λj, l'autre vers un dispositif identique mais émettant la longueur d'onde λj, les deux multiplex d'horloge ainsi obtenus étant couplés respectivement dans deux composants régénérateurs (112, 152), recevant par ailleurs le premier, le multiplex de données d'entrée et le second, la sortie du premier régénérateur.
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