EP1433229A2 - Amplificateur optique hybride comportant un filtre de pompe integre et matrice de tels amplificateurs - Google Patents

Amplificateur optique hybride comportant un filtre de pompe integre et matrice de tels amplificateurs

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Publication number
EP1433229A2
EP1433229A2 EP02800166A EP02800166A EP1433229A2 EP 1433229 A2 EP1433229 A2 EP 1433229A2 EP 02800166 A EP02800166 A EP 02800166A EP 02800166 A EP02800166 A EP 02800166A EP 1433229 A2 EP1433229 A2 EP 1433229A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
guide
optical
wave
optical guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02800166A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Barbier
Olivier Jacquin
Engin Molva
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.)
Teem Photonics SA
Original Assignee
Teem Photonics SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Teem Photonics SA filed Critical Teem Photonics SA
Publication of EP1433229A2 publication Critical patent/EP1433229A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/0632—Thin film lasers in which light propagates in the plane of the thin film
    • H01S3/0637—Integrated lateral waveguide, e.g. the active waveguide is integrated on a substrate made by Si on insulator technology (Si/SiO2)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid optical amplifier comprising at least one integrated pump filter and a matrix of such amplifiers.
  • the invention finds applications in all fields requiring amplification of an optical signal and in particular in the field of optical telecommunications.
  • FIG. 1a represents a block diagram of a conventional amplification structure produced in integrated optics.
  • the optical amplification structures produced in integrated optics comprise two parts in which optical guides are produced.
  • An optical guide is made up of a central part generally called the heart and surrounding media located all around the heart and which may be identical to each other or different.
  • the guide can be a planar guide, when the light confinement is in a plane or a microguide, when the light confinement is also carried out laterally.
  • the guide will be likened to its central part or core.
  • all or part of the surrounding media will be called a substrate, it being understood that when the guide is not or only slightly buried, one of the surrounding media may be outside the substrate and be, for example, air.
  • the substrate can be monolayer or multilayer.
  • an optical guide in a substrate can be more or less buried in this substrate and in particular comprise guide portions buried at variable depths. This is especially true in ion exchange technology in glass.
  • the first part of the amplification structure which is referenced 1 in FIG. La, receives at the input on the one hand the light wave E of power Pe to be amplified and on the other hand, a pump wave L generally originating from a laser source.
  • the waves E and L are transported respectively in two guides 5 and 4 to a coupler 3.
  • the latter is produced by the guides 5 and 4 which are separated over a given interaction length, by a distance such as the wave E is injected into the guide 4 carrying the wave L.
  • the guide 4 At the outlet of the coupler 3, only the guide 4 remains which then transports the waves E and L.
  • This first part has for role only the coupling of the two waves in the guide 4.
  • the second part of the amplification structure receives at the input of a guide 6, the waves E and L coupled from the first part.
  • the purpose of this second part is to amplify the E wave of initial power Pe from the pump wave L.
  • the amplification in this second part is carried out in the guide 6.
  • the light wave S at the outlet of the guide 6 then has a power Ps greater than the power Pe.
  • the first part is for example silicate and the second part is for example phosphate glass doped with erbium. These two parts are usually glued together.
  • the integrated amplifier structures have the advantage of being particularly compact, however they generally require high pump powers.
  • FIG. 1b schematically illustrates such a structure.
  • the light wave E of power Pe to be amplified is conveyed by an optical fiber referenced 15 while the pump wave L is transported by an optical fiber referenced 14.
  • These two waves E and L are multiplexed by a multiplexer 13 obtained by fusion of two fibers 14 and 15.
  • the output of the multiplexer is itself soldered to an amplifying fiber 16 doped for amplification; this solder is protected by a protective sleeve 11.
  • the light wave S at the output of the fiber 16 has, as described above, a power Ps greater than the power Pe.
  • These fiber amplifying structures present today a better amplification efficiency than the integrated structures. They can therefore use lower power pump sources. However, they have the disadvantage of being large sizes.
  • a multiplexer 13 measures approximately 5 to 6 cm and a weld with its protective sleeve 11 measures approximately 3 cm.
  • the mode sizes between a standard fiber and a fiber doped for amplification are quite different, which results in coupling losses at the assembly of these fibers.
  • the mode size for a standard fiber 14 or 15 is approximately 10.4 ⁇ m and the mode size for a fiber 16 doped for amplification is approximately 5 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the smaller the mode size the more we will be able to use weak curvatures and have more compact structures, but the more we will on the other hand have significant coupling losses.
  • the pump wave is not completely absorbed in the amplifying part of these structures, residual components of the pump wave can exit and create disturbances.
  • the present invention aims to provide a hybrid optical amplifier combining the advantages of fiber amplifier structures and those of integrated amplifier structures while avoiding the drawbacks described above.
  • an object of the invention is an optical amplifier which can be compact while being capable of attenuating pump residues, easy to produce, good amplification efficiency and if possible low cost.
  • Another object of the invention is also to propose a matrix of such amplifiers.
  • the invention provides a hybrid optical amplifier comprising:
  • a support comprising at least a first optical guide capable of receiving from a first end of the support, a light wave E of power Pe to be amplified, a second optical guide capable of receiving from a second end of the support, a first pump wave L, a first multiplexer connected to the first and second optical guides and capable of transmitting the E and L waves to a third optical guide, the third optical guide being connected to a third end of the support, a fourth optical guide connected on the one hand to a filtering element and on the other hand at a fifth end of the support capable of delivering an S wave of power Ps greater than the power Pe and a last optical guide connected to the fourth end of the support and to the filtering element,
  • an amplifying fiber comprising a first end connected to the third end of the support and a second end capable of delivering an S wave of power Ps greater than the power Pe.
  • the amplifying part uses an amplifying fiber which allows to have a good optical efficiency and which allows to use a large number of fibers existing on the market.
  • optical guides, the multiplexer and the filtering element described above which are the basic elements necessary, in association with the amplifying fiber, to perform an optical amplification function, are integrated on a support, which allows to have a compact package.
  • the support can of course be produced by a single integrated optical block or several blocks which may be independent.
  • other functions can of course also be integrated on the support.
  • the support further comprises one or more guided mode adapters, respectively at one or more ends of the support.
  • a mode adapter is produced at the third end of the support.
  • This adapter located at the third end of the support, makes it possible to adapt the mode between the third guide and the first end of the fiber.
  • a mode adapter is located at the first end of the support, this adapter makes it possible to adapt the guided mode between the first guide and the means for introducing the E wave.
  • the support advantageously further comprises at least one mode adapter produced at the fourth and / or at the fifth end of the support.
  • an adapter When an adapter is located at the fourth end of the support, it makes it possible to adapt the mode between the guide connected to said end and the second end of the fiber.
  • an adapter When an adapter is located at the fifth end of the support, it makes it possible to adapt the guided mode between the fourth guide and the means for recovering the S wave.
  • the association of optical guides integrated on a support and of an amplifying fiber makes it possible to simply carry out an adaptation of the modes on the support between the guides and the fiber.
  • the filtering element implemented by the invention makes it possible to attenuate the pump residues.
  • the term “attenuation of pump residues” means a reduction for example greater than 30 dB of these residues, it being understood that some traces of said residues may persist.
  • this reduction is such that the remaining residues are sufficiently small so as not to disturb the operation of the amplifier.
  • the filtering element comprises at least one pump filter capable of absorbing pump residues and a so-called second amplifier multiplexer connected to the pump filter by a fifth optical guide, said multiplexer being connected on the one hand to the fourth and to the fifth optical guide and on the other hand to the last optical guide.
  • the fourth optical guide is therefore connected to the fourth end of the support via the second multiplexer and the last optical guide.
  • the multiplexer is produced for example by a coupler formed by the bringing together of the fourth and the fifth optical guide.
  • the fifth and the last optical guide form a single optical guide and the fourth optical guide has a free end.
  • the pump filter can be produced by stopping the fifth optical guide in the support, the pump residues are then no longer guided and are absorbed in the support; the pump filter can also be produced by one end of the support, the pump residues are then removed from the support.
  • This pump filter is called in English terminology: "kill filter”.
  • the coupler is produced by bringing the two guides closer to a distance and over an interaction length such that the signal amplified by the amplifying fiber and injected into the last guide passes to the level of the coupler in the fourth guide while the residues of the pump wave, leaving the amplifying fiber and injected into the last guide, remain at the level of the coupler, in the last guide (which coincides with the fifth guide), the end of this guide being free.
  • the filter element of the invention comprises a Mach-Zehnder element (corresponding to two Y junctions mounted head to tail connected by guides), said Mach-Zehnder element being connected between the fourth and the last light guide.
  • This filter element is designed to allow filtering of pump residues without disturbing the signal.
  • the difference in length between the two arms of the Mach-Zehnder is calculated to obtain said filtering.
  • the filter element comprises an absorbent element placed above this optical guide.
  • the absorbent element is able to selectively absorb pump residues without absorbing the amplified signal.
  • the filter element comprises a Bragg grating, capable of reflecting the pump residues .
  • This network is formed for example by etching the substrate, or by an appropriate ion exchange in the substrate.
  • the filter element comprises a network long period formed in the substrate for example by ion exchange so as to couple the pump residues out of the guide.
  • the support may also include at least one element for taking a portion of the light wave carried by one of the optical guides of the support in order to allow control of said wave by means of control means which may be external to the support.
  • a sampling element is placed on the first guide to sample a part of the E wave and another sampling element is arranged on the fourth guide to sample a part of the wave S.
  • the sampled parts of the waves allow control of said waves.
  • the sampling element of the invention is for example a divider (called “tap" in English terminology) capable of sampling a small percentage of the wave, for example 1%.
  • the first and / or the second multiplexer are respectively produced for example by a coupler also called proximity coupler.
  • the fiber amplifier is for example a fiber doped with erbium.
  • the support is glass and the guides are formed by the ion exchange technique.
  • the support and the guides could also be produced for example from Si / Si0 2 or LiNb0 3 etc ...
  • the pump wave L can come from a pump source such as for example a laser diode, fiber-optic or not, optically connected to the second end of the support.
  • the ends of the support are connected to the ends of the fiber by connection elements.
  • the pump source the means for introducing the wave to be amplified and / or for recovering the amplified wave or else the control means and in general all the elements connected to the support by optical fibers, are by
  • the invention also applies to a matrix of n hybrid optical amplifiers as described above, this matrix comprising:
  • an amplifier assembly comprising at least a first optical guide capable of receiving from a first end of the support, a light wave E of power Pe to be amplified, a second optical guide capable of receiving from a second end of the support, a first pump wave L, a first multiplexer connected to the first and to the second optical guide and capable of transmitting to a third optical guide the waves E and L, the third optical guide being connected to a third end of the support, a fourth optical guide connected on the one hand to a filtering element and on the other hand to a fifth end of the support capable of delivering an S wave of power Ps greater than the power Pe, and a last optical guide connected to the fourth end of the support and to the filter element,
  • each amplifying fiber comprising a first end connected to the third end of the support corresponding to this assembly and a second end capable of delivering an S wave of power Ps from the amplified E wave.
  • FIG. 1b already described schematically represents a fiber amplifier structure also known.
  • FIG. 2 schematically represents a first exemplary embodiment of a hybrid amplifier according to the invention.
  • FIG. 3 schematically represents a variant of the hybrid amplifier of FIG. 2.
  • FIG. 4 schematically represents another variant of the hybrid amplifier of FIG. 2.
  • FIG. 5 schematically illustrates a second exemplary embodiment of a hybrid amplifier according to the invention.
  • FIG. 6 schematically illustrates a third embodiment of a hybrid amplifier according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents an example of a matrix of hybrid amplifiers according to the invention.
  • FIG. 2 schematically represents a first embodiment of a hybrid optical amplifier according to the invention.
  • This amplifier comprises a support 30 containing elements made of integrated optics and an amplifier fiber 31 such as a doped fiber.
  • the elements produced in integrated optics are the following: - a first optical guide 32 connected by one end of the support referenced 35 to means for introducing (not shown) a light wave E of power Pe to be amplified,
  • a second optical guide 34 connected by one end of the support referenced 33 to a pump source
  • a multiplexer produced in this example by a coupler 36 connected on the one hand to the guides 32 and 34 and on the other hand to a third optical guide 37, the latter being connected by one end referenced 39 to one of the ends of the fiber 31, - an optical guide 50, said last guide, connected to the second end of the fiber 31 and to a filter residue element of the pump, and
  • a fourth optical guide 41 connected to the filtering element and, by one end referenced 43 of the support, to recovery means (not shown) of the amplified light wave S.
  • FIG. 2 and the following figures are cross-sections of the support in planes containing the optical guides, it being understood that, depending on the technologies used, these guides are not necessarily in practice contained in the same plane.
  • the light wave E is introduced into the guide 32 through the end 35 of the support.
  • This light wave has one or more wavelengths
  • the pump wave L introduced by the end 33 of the support in the guide 34 also has one or more wavelengths
  • the coupler 36 is produced by the guides 32 and 34 which are brought together by a sufficient distance and over a sufficient interaction length to allow the E wave alone to be transferred from the guide 32 to the guide 34 without the L wave undergoing propagation modification in the coupler; at the output of the coupler, only the guide 37 which is an extension of the guide 34 carries the L and E waves which are grouped together.
  • the L and E waves are then introduced into the amplifying fiber 31 which amplifies the light power of the E wave from the pump wave.
  • the S wave resulting from this amplification is then available at the output of the fiber 31.
  • the amplified wave is reintroduced into the support 30, by the end 45 of the latter, then transported by the guide 50 to 'to the filter element, then through the. guide 41 to the end 43 of the support connected to recovery means (not shown).
  • the means for introducing a light wave, the pump source, the recovery means, in all of the embodiments of the invention, are optically connected to the ends of the support either by optical fibers via connection means such as that blocks of "V" or ferrules is directly by transferring said means to the support, or even by a free space.
  • the filter element is capable of absorbing the residues of the pump L after amplification.
  • this filtering element comprises a fifth optical guide 49 connected on the one hand to a pump filter F and on the other hand to a second multiplexer 44; this multiplexer is connected on the one hand to the optical guides 41 and 49 and on the other hand to a seventh optical guide 50 called the last guide.
  • the optical guide 41 is connected at the end 45 of the support via the multiplexer 44 and the optical guide 50.
  • the multiplexer 44 is also formed by a proximity coupler.
  • the pump filter F is produced by stopping the optical guide 49 in the support, the pump residues are then no longer guided and are absorbed in the support. This stopping of the guide can also be carried out on a side wall of the support so as to eject the pump residues from the support (see the amplification assemblies in FIG. 7).
  • the ends 39 and 45 of the support are connected to the ends of the amplifying fiber by ferrules or as shown in this figure by a block of "V" referenced in dashed lines by V 2 .
  • the pump wave when it is emitted by a fiber laser diode, it is connected to the end 33 by a ferrule or as shown in this figure by block of "V" referenced by Vi.
  • the wave E to be amplified can be introduced by introduction means connected to the end 35 of the support by a ferrule or as shown in this figure by the block V x .
  • the amplified wave S is recovered by recovery means which can also be connected to the end 43 of the support by a ferrule or as shown in this figure by the block Vi.
  • control means the introduction means, the recovery means, the pump source can also be connected to the corresponding ends of the support directly, for example by bonding.
  • FIG. 3 precisely represents a hybrid amplifier according to the invention , of the same type as that of FIG. 2, the support of which comprises a first and a second mode adapter referenced 46 and 47.
  • the mode adapter 46 is situated at the end 39 of the support, between the optical guide 37 and one of the ends of the amplifying fiber and the mode adapter 47 is located on the end 45 of the support, between an optical guide 50 and the other end of the amplifying fiber.
  • FIG. 3 is also shown the use of two sampling elements referenced 42 and 45.
  • the element 42 makes it possible to sample a part Mi of the light wave E conveyed by the optical guide 32 and to transport the signal sampled Mi towards control means (not shown) which may be external to the support or integrated into the support.
  • This element 42 is produced by an optical guide connected to the guide 32 by an asymmetrical divider produced for example by an asymmetrical Y junction.
  • the element 45 makes it possible to take a part M 2 of the light wave S conveyed by the optical guide 41 and to transport the sampled signal M 2 to control means (not shown) which may be external to the support or integrated into the support.
  • This element 45 is produced as previously by an optical guide connected to the guide 41 by an asymmetrical divider produced for example by an asymmetrical Y junction.
  • the sampled waves Mi and M 2 can also be connected to control means also by connection elements of the ferrule type or by the blocks of "V", V a and / or V 2 .
  • FIG. 4 schematically illustrates another variant of a hybrid amplifier of the type of that of FIG. 2.
  • the support includes 2 mode adapters referenced 46 'and 47'.
  • the mode adapter 46 ' is located at the end 35 of the support, between the optical guide 32 and the input of the E wave; the mode adapter 47 'is located on the end 43 of the support, between the optical guide 41 and the output of the S wave of the support.
  • mode adapters respectively make it possible to adapt the guided modes of the corresponding guides, to the modes of the means for introducing the E wave and the means for recovering the S wave.
  • all the ends of the support which are connected to external elements may include mode adapters of the same type as those described above to adapt the mode of these external elements to that of the guides connected to said ends.
  • FIGS 5 and 6 schematically illustrate two other embodiments of a hybrid optical amplifier with an integrated filter element. For the sake of simplification, these figures have not depicted sampling means and adapters although these elements can also be used in these embodiments.
  • Figure 5 differs from Figure 2 by a filter element 60 connected between the guides 41 and 50, of another type. All the other elements being the same as those in FIG. 2 have the same references.
  • This element 60 comprises a Mach-Zehnder element integrated in the substrate 30. It is produced by two head-to-tail Y junctions Jl and J2 connected by two optical guides 61 and 62, the junction Jl being optically connected to the guide 50 and the junction J2 being optically connected to the guide 42.
  • This filtering element 60 is made so as to allow filtering of the pump residues without disturbing the signal. In particular, the difference in length between the two arms of the Mach-Zehnder is calculated to obtain said filtering.
  • the light wave arriving from the amplifying fiber 31 and composed of the amplified signal and the residues of the pump wave L is introduced in guide 50 then separated by the junction J1 into two light waves. These two waves then propagate respectively in the guides 61 and 62 then they recombine at the junction J2.
  • the lengths of the guides 61 and 62 respectively are chosen so that the recombination of the light waves in the junction J2 results in destructive interference for the wavelength of the pump wave L and constructive for that of the amplified signal. In this way, the residues of the pump wave L are very strongly attenuated at the junction J2.
  • phase shift between the two waves must be equal to ⁇ , and for the interference to be constructive, the phase shift between the two waves must be 2 ⁇ .
  • a pump wave L of wavelength about 980 nm and an amplified signal of wavelength of the order of 1550 nm one can choose for one of the guides (for example 61) a length of 100 ⁇ m and for the other guide (for example 62) a length of 1000 ⁇ m.
  • FIG. 6 differs from FIG. 2 by a filtering element 70 connected between the guides 41 and 50, of another type also. As before, all the other elements being the same as those in FIG. 2 have the same references.
  • the guide 41 is coincident with the guide 50.
  • the filtering element 70 can be composed of either a layer absorbent 71, either from a Bragg grating, or even from a long period grating, these grids being represented very schematically also by the reference 71.
  • a layer absorbent 71 this is advantageously carried out on the substrate 30 above the guide 41. It is composed for example of a film of single material or of a superposition of films of materials. The material or materials making up said layer must have absorption bands at the wavelength (s) of the pump wave L but not at the length (s) of the amplified signal.
  • At least the part of the guide 41 located under the layer 71 must be at a depth relative to said layer such that the evanescent part of the pump wave can interact with this layer.
  • the dimensions of the absorbent layer are determined so as to obtain as much absorption as possible at the wavelength or wavelengths of the pump wave L.
  • the part of the guide 41 located under said layer 71 may be non-linear and have coils or loops, to increase the length of interaction between the guide and the absorbent layer.
  • the absorbent layer 71 is glass doped with ytterbium, of so as to attenuate the waves propagating at 980 nm but not those propagating at 1550 nm.
  • This absorbent layer can be deposited on the substrate 30 by all the conventional deposition techniques and for example by vacuum evaporation or by sol-gel deposition.
  • This network is formed for example by etching the substrate, above the guide 41 or by an appropriate ion exchange in or in the vicinity of a part of the guide 41.
  • this is formed in the substrate for example by an ion exchange in or in the vicinity of a part of the guide 41 so as to couple the pump residues out of the guide.
  • FIG. 7 schematically represents an example of a matrix of hybrid amplifiers according to the invention comprising n hybrid optical amplifiers as described above. More precisely, this matrix comprises in a support 60, n amplifier assembly Ni with i integer ranging from 1 to n, each assembly comprising for example, the same integrated elements as those described with reference to FIG. 4. Furthermore, each together Ni is connected to an amplifying fiber 31.
  • mode adapters may or may not be used in a hybrid amplifier of the invention independently of each other.
  • additional sampling elements may or may not be used in a hybrid amplifier of the invention independently of each other.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

L'amplificateur optique hybride de l'invention comporte: un support (30) comprenant au moins un premier guide optique (32) apte à recevoir à partir d'une première extrémité (35) du support, une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier, un deuxième guide optique (34) apte à recevoir à partir d'une deuxième extrémité (33) du support, une première onde pompe L, un premier multiplexeur (36) relié au premier et au deuxième guide optique et apte à transmettre à un troisième guide optique (37) les ondes E et L, le troisième guide optique étant relié à une troisième extrémité (39) du support, un quatrième guide optique (41) relié d'une part à un élément de filtrage de l'onde de pompe et d'autre part à une cinquième extrémité (43) du support qui est apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure à la puissance Pe, un dernier guide optique relié à la quatrième extrémité du support et à l'élément de filtrage; une fibre amplificatrice (31) comportant une première extrémité reliée à la troisième extrémité du support et une deuxième extrémité reliée à la quatrième extrémité du support.

Description

AMPLIFICATEUR OPTIQUE HYBRIDE COMPORTANT UN FILTRE DE POMPE INTEGRE ET MATRICE DE TELS AMPLIFICATEURS
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un amplificateur optique hybride comportant au moins un filtre de pompe intégré ainsi qu'une matrice de tels amplificateurs .
L'invention trouve des applications dans tous les domaines nécessitant une amplification d'un signal optique et en particulier dans le domaine des télécommunications optiques.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La figure la représente un schéma de principe d'une structure classique d'amplification réalisée en optique intégrée.
Pour amplifier une onde lumineuse, les structures d'amplification optique réalisées en optique intégrée, comprennent deux parties dans lesquelles sont réalisées des guides optiques.
Un guide optique se compose d'une partie centrale appelée généralement cœur et de milieux environnants situés tout autour du cœur et qui peuvent être identiques entre eux ou différents. Pour permettre le confinement de la lumière dans le cœur, l'indice de réfraction du milieu composant le cœur doit être différent et dans la plupart des cas supérieur à ceux des milieux environnants. Le guide peut être un guide planaire, lorsque le confinement de la lumière se fait dans un plan ou un microguide, lorsque le confinement de la lumière est réalisé aussi latéralement. Pour simplifier la description on assimilera le guide à sa partie centrale ou cœur. Par ailleurs, on appellera tout ou partie des milieux environnants, substrat, étant bien entendu que lorsque le guide est pas ou peu enterré, un des milieux environnants peut être extérieur au substrat et être par exemple de l'air.
Suivant le type de technique utilisé, le substrat peut être monocouche ou multicouche.
En outre, suivant les applications, un guide optique dans un substrat peut être plus ou moins enterré dans ce substrat et en particulier comporter des portions de guide enterrées à des profondeurs variables. Ceci est particulièrement vrai dans la technologie d'échange d'ions dans du verre. La première partie de la structure d'amplification qui est référencée 1 sur la figure la, reçoit en entrée d'une part l'onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier et d'autre part, une onde de pompe L issue généralement d'une source laser. Les ondes E et L sont transportées respectivement dans deux guides 5 et 4 vers un coupleur 3. Ce dernier est réalisé par les guides 5 et 4 qui sont séparés sur une longueur d'interaction donnée, d'une distance telle que l'onde E est injectée dans le guide 4 transportant l'onde L. En sortie du coupleur 3, il ne reste que le guide 4 qui transporte alors les ondes E et L. Cette première partie n'a pour rôle que le couplage des deux ondes dans le guide 4.
La deuxième partie de la structure d'amplification, qui est référencée 2 sur la figure la, reçoit en entrée d'un guide 6, les ondes E et L couplées de la première partie. Cette deuxième partie a pour but d'amplifier l'onde E de puissance initiale Pe à partir de l'onde de pompe L. L'amplification dans cette deuxième partie est réalisée dans le guide 6. L'onde lumineuse S en sortie du guide 6 présente alors une puissance Ps supérieure à la puissance Pe.
Dans la technologie d'échange d'ions dans du verre, la première partie est par exemple du silicate et la deuxième partie est par exemple du verre phosphate dopé à l'erbium. Ces deux parties sont généralement collées ensemble.
Les structures amplificatrices intégrées présentent l'avantage d'être particulièrement compactes, cependant elles nécessitent généralement de fortes puissances de pompe.
Il existe également des structures d'amplification à fibres optiques. La figure lb illustre schématiquement une telle structure.
L'onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier est véhiculée par une fibre optique référencée 15 tandis que l'onde pompe L est transportée par une fibre optique référencée 14. Ces deux ondes E et L sont multiplexées par un multiplexeur 13 obtenu par fusion des deux fibres 14 et 15. La sortie du multiplexeur est elle-même soudée à une fibre amplificatrice 16 dopée pour l'amplification ; cette soudure est protégée par un manchon 11 de protection. L'onde lumineuse S en sortie de la fibre 16 présente comme décrit précédemment une puissance Ps supérieure à la puissance Pe. Ces structures amplificatrices à fibres présentent aujourd'hui un meilleur rendement d'amplification que les structures intégrées. Elles peuvent donc utiliser des sources de pompes de puissance plus faible. Cependant, elles présentent l'inconvénient d'être de tailles importantes. A titre d'exemple un multiplexeur 13 mesure environ 5 à 6 cm et une soudure avec son manchon 11 de protection mesure environ 3 cm.
Par ailleurs, lorsque l'on veut prélever une partie de l'onde lumineuse d'entrée et/ou de sortie pour réaliser des contrôles des structures d'amplification, il faut en général utiliser des diviseurs dissymétriques pour fibres (appelés "tap" à fibres) , or ces derniers présentent des dimensions semblables à celles des multiplexeurs.
Ces structures amplificatrices à fibres nécessitent donc une certaine place et donc un boîtier de taille importante.
Enfin, les tailles de modes entre une fibre standard et une fibre dopée pour l'amplification sont assez différentes, ce qui se traduit par des pertes de couplage au niveau de l'assemblage de ces fibres. A titre d'exemple, la taille de mode pour une fibre standard 14 ou 15 est d'environ 10,4 μm et la taille de mode pour une fibre 16 dopée pour l'amplification est d'environ 5 μm à 8 μm. Plus la taille de mode est petite, plus on pourra utiliser des courbures faibles et avoir des structures plus compactes, mais plus on aura en revanche des pertes de couplage importantes .
Par ailleurs, comme l'onde de pompe n'est pas complètement absorbée dans la partie amplificatrice de ces structures, des composantes résiduelles de l'onde de pompe peuvent sortir et créer des perturbations .
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de proposer un amplificateur optique hybride alliant les avantages des structures amplificatrices à fibres et celles des structures amplificatrices intégrées en évitant les inconvénients décrits ci-dessus.
En particulier, un but de l'invention est un amplificateur optique qui puisse être compact tout en étant capable d'atténuer les résidus de pompe, de réalisation aisée, de bon rendement d'amplification et si possible de faible coût.
Un autre but de l'invention est encore de proposer une matrice de tels amplificateurs. Pour atteindre ces buts, l'invention propose un amplificateur optique hybride comportant :
- un support comprenant au moins un premier guide optique apte à recevoir à partir d'une première extrémité du support, une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier, un deuxième guide optique apte à recevoir à partir d'une deuxième extrémité du support, une première onde pompe L, un premier multiplexeur relié au premier et au deuxième guide optique et apte à transmettre à un troisième guide optique les ondes E et L, le troisième guide optique étant relié à une troisième extrémité du support, un quatrième guide optique relié d'une part à un élément de filtrage et d'autre part à une cinquième extrémité du support apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure à la puissance Pe et un dernier guide optique relié à la quatrième extrémité du support et à l'élément de filtrage,
- une fibre amplificatrice comportant une première extrémité reliée à la troisième extrémité du support et une deuxième extrémité apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure la puissance Pe. Ainsi, selon l'invention, toutes les entrées et les sorties de l'amplificateur sont intégrées sur le support .
De plus, la partie amplificatrice utilise une fibre amplificatrice ce qui permet d'avoir un bon rendement optique et ce qui permet d'utiliser un grand nombre de fibres existant sur le marché.
Par ailleurs, les guides optiques, le multiplexeur et l'élément de filtrage décrits précédemment qui sont les éléments de base nécessaires, en association avec la fibre amplificatrice, pour réaliser une fonction d'amplification optique, sont intégrés sur un support, ce qui permet d'avoir un ensemble compact .
Le support peut bien entendu être réalisé par un seul bloc d'optique intégrée ou plusieurs blocs pouvant être indépendants. De plus, d'autres fonctions peuvent bien entendu être également intégrées sur le support .
En particulier, selon un mode de réalisation avantageux de l'amplificateur optique hybride de l'invention, le support comporte en outre un ou plusieurs adaptateurs de mode guidé, respectivement à une ou plusieurs extrémités du support.
Selon une première variante de réalisation, lorsque le mode guidé du troisième guide n'est pas adapté à la première extrémité de la fibre amplificatrice, un adaptateur de mode est réalisé à la troisième extrémité du support.
Cet adaptateur, situé à la troisième extrémité du support, permet d'adapter le mode entre le troisième guide et la première extrémité de la fibre.
Selon une deuxième variante de réalisation un adaptateur de mode est situé à la première extrémité du support, cet adaptateur permet d'adapter le mode guidé entre le premier guide et les moyens d'introduction de l'onde E.
De même, le support comporte avantageusement, en outre au moins un adaptateur de mode réalisé à la quatrième et/ou à la cinquième extrémité du support . Lorsqu'un adaptateur est situé à la quatrième extrémité du support, il permet d'adapter le mode entre le guide relié à ladite extrémité et la deuxième extrémité de la fibre. Lorsqu'un adaptateur est situé à la cinquième extrémité du support, il permet d'adapter le mode guidé entre le quatrième guide et les moyens de récupérations de l'onde S. Ainsi, l'association de guides optiques intégrés sur un support et d'une fibre amplificatrice permet de réaliser simplement une adaptation des modes sur le support entre les guides et la fibre. Ces adaptateurs de mode peuvent être réalisés de deux façons différentes :
- soit en réalisant une transition dans le support entre la largeur du cœur du guide et celle de la fibre par exemple par un guide en forme d'entonnoir (appelé "taper" en terminologie anglo-saxonne) . Celui- ci peut être obtenu notamment par un dessin de masque approprié ou dans le cas de la technique d'échange d'ions par une rediffusion local,
- soit en réalisant des confinements différents au niveau de l'adaptateur. On peut pour cela réaliser un enterrage approprié du guide au niveau de l'adaptateur pour modifier les variations d'indices de réfraction et par voie de conséquence les tailles de mode. L'élément de filtrage mis en œuvre par l'invention permet d'atténuer les résidus de pompe. On entend par atténuation des résidus de pompe une réduction par exemple supérieure à 30dB de ces résidus, étant bien entendu qu'il peut persister quelques traces desdits résidus. Avantageusement, cette réduction est telle que les résidus restant sont suffisamment faibles pour ne pas perturber le fonctionnement de 1 ' amplicateu .
Selon un premier mode de réalisation de l'élément de filtrage, celui-ci comporte au moins un filtre de pompe apte à absorber les résidus de pompe et un multiplexeur dit deuxième amplificateur relié au filtre de pompe par un cinquième guide optique, ledit multiplexeur étant relié d'une part au quatrième et au cinquième guide optique et d'autre part au dernier guide optique. Le quatrième guide optique est donc relié à la quatrième extrémité du support via le deuxième multiplexeur et le dernier guide optique.
Le multiplexeur est réalisé par exemple par un coupleur formé par le rapprochement du quatrième et du cinquième guide optique. Dans cet exemple, le cinquième et le dernier guide optique forment un seul guide optique et le quatrième guide optique a une extrémité libre.
Le filtre de pompe peut être réalisé par un arrêt du cinquième guide optique dans le support, les résidus de pompe ne sont alors plus guidés et sont absorbés dans le support ; le filtre de pompe peut être également réalisé par une extrémité du support, les résidus de pompe sont alors évacués du support. Ce filtre de pompe est appelé en terminologie anglo-saxonne : "kill filter" .
Dans cet exemple de réalisation de l'élément de filtrage, le coupleur est réalisé par le rapprochement des deux guides d'une distance et sur une longueur d'interaction telles que le signal amplifié par la fibre amplificatrice et injecté dans le dernier guide passe au niveau du coupleur dans le quatrième guide tandis que les résidus de l'onde de pompe, sortant de la fibre amplificatrice et injectés dans le dernier guide, restent au niveau du coupleur, dans le dernier guide (qui est confondu avec le cinquième guide), l'extrémité de ce guide étant libre.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'élément de filtrage de l'invention, celui-ci comporte un élément Mach-Zehnder (correspondant à deux jonctions Y montées tête-bêche reliées par des guides) , ledit élément Mach-Zehnder étant relié entre le quatrième et le dernier guide optique. Cet élément de filtrage est réalisé de façon à permettre de filtrer les résidus de pompe sans perturber le signal. En particulier, la différence de longueur entre les deux bras du Mach- Zehnder est calculée pour obtenir ledit filtrage.
Selon un troisième mode de réalisation de l'élément de filtrage de l'invention, le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un élément absorbant disposé au dessus de ce guide optique. Dans ce mode de réalisation, l'élément absorbant est apte à absorber sélectivement les résidus de pompe sans absorber le signal amplifié.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'élément de filtrage de l'invention, le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un réseau de Bragg, apte à réfléchir les résidus de pompe. Ce réseau est formé par exemple par gravure du substrat, ou par un échange d'ions appropriés dans le substrat.
Selon un cinquième mode de réalisation de l'élément de filtrage de l'invention, le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un réseau longue période formé dans le substrat par exemple par échange d'ions de façon à coupler les résidus de pompe hors du guide.
Quels que soient les modes de réalisation utilisés, le support peut comporter en outre au moins un élément de prélèvement d'une partie de l'onde lumineuse véhiculée par l'un des guides optiques du support afin de permettre un contrôle de ladite onde par des moyens de contrôle pouvant être extérieurs au support.
Selon un mode de réalisation de cette variante, un élément de prélèvement est disposé sur le premier guide pour prélever une partie de l'onde E et un autre élément de prélèvement est disposé sur le quatrième guide pour prélever une partie de l'ônde S. Les parties prélevées des ondes permettent un contrôle desdites ondes .
L'élément de prélèvement de l'invention est par exemple un diviseur (appelé "tap" en terminologie anglo-saxonne) apte à prélever un faible pourcentage de l'onde, par exemple 1%.
Le premier et/ou le deuxième multiplexeur sont réalisés respectivement par exemple par un coupleur appelé aussi coupleur de proximité. L'amplificateur à fibre est par exemple une fibre dopée à l'erbium.
De façon avantageuse, le support est du verre et les guides sont formés par la technique d'échange d'ions. Le support et les guides pourraient être aussi réalisés par exemple à partir de Si/Si02 ou de LiNb03 etc.... L'onde de pompe L peut provenir d'une source de pompe telle que par exemple une diode laser, fibrée ou non, reliée optiquement à la deuxième extrémité du support . Les extrémités du support sont reliés aux extrémités de la fibre par des éléments de connexions .
De même, la source de pompe, les moyens d'introduction de l'onde à amplifier et/ou de récupération de l'onde amplifiée ou encore les moyens de contrôles et de façon générale tous les éléments reliés au support par des fibres optiques, le sont par
' des éléments de connexions . Ces derniers sont
- avantageusement soit des férules soit des blocs de "V" .
L'invention s'applique également à une matrice de n amplificateurs optiques hybrides tels que décrit précédemment, cette matrice comportant :
- un support dans lequel sont intégrés pour chaque amplificateur, un ensemble amplificateur comportant au moins un premier guide optique apte à recevoir à partir d'une première extrémité du support, une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier, un deuxième guide optique apte à recevoir à partir d'une deuxième extrémité du support, une première onde pompe L, un premier multiplexeur relié au premier et au deuxième guide optique et apte à transmettre à un troisième guide optique les ondes E et L, le troisième guide optique étant relié à une troisième extrémité du support, un quatrième guide optique relié d'une part à un élément de filtrage et d'autre part à une cinquième extrémité du support apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure à la puissance Pe, et un dernier guide optique relié à la quatrième extrémité du support et à l'élément de filtrage,
- n fibres amplificatrice reliées respectivement à un ensemble, chaque fibre amplificatrice comportant une première extrémité reliée à la troisième extrémité du support correspondant à cet ensemble et une deuxième extrémité apte à délivrer une onde S de puissance Ps à partir de l'onde E amplifiée.
Toutes les variantes décrites précédemment pour un amplificateur optique hybride peuvent être bien entendu réalisées indépendamment pour un ou plusieurs ensembles amplificateurs, d'une matrice d'amplificateurs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure la, déjà décrite représente schématiquement une structure amplificatrice intégrée connue . La figure lb, déjà décrite représente schématiquement une structure amplificatrice à fibre également connue .
La figure 2, représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un amplificateur hybride selon l'invention.
La figure 3, représente schématiquement une variante de l'amplificateur hybride de la figure 2. La figure 4, représente schématiquement une autre variante de l'amplificateur hybride de la figure 2.
La figure 5, illustre schématiquement un deuxième exemple de réalisation d'un amplificateur hybride selon l'invention.
La figure 6 illustre schématiquement un troisième exemple de réalisation d'un amplificateur hybride selon 1 ' invention. La figure 7, représente schématiquement un exemple de matrice d'amplificateurs hybrides selon l' invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE MISE EN ŒUVRE DE L'INVENTION
La figure 2 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un amplificateur optique hybride selon l'invention. Cet amplificateur comporte un support 30 contenant des éléments réalisés en optique intégrée et une fibre amplificatrice 31 telle qu'une fibre dopée.
Sur cette figure, les éléments réalisés en optique intégrée sont les suivants : - un premier guide optique 32 relié par une extrémité du support référencé 35 à des moyens d'introduction (non représentés) d'une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier,
- un deuxième guide optique 34 relié par une extrémité du support référencé 33 à une source de pompe
(non représentée) émettant une onde de pompe L,
- un multiplexeur réalisé dans cet exemple par un coupleur 36 relié d'une part aux guides 32 et 34 et d'autre part à un troisième guide optique 37, ce dernier étant relié par une extrémité référencée 39 à une des extrémités de la fibre 31, - un guide optique 50, dit dernier guide, relié à la deuxième extrémité de la fibre 31 et à un élément de filtrage des résidus de pompe, et
- un quatrième guide optique 41 relié à l'élément de filtrage et, par une extrémité référencée 43 du support, à des moyens de récupération (non représentés) de l'onde lumineuse S amplifiée.
La figure 2 ainsi que les figures suivantes sont des coupes du support dans des plans contenant les guides optiques étant bien entendu que, suivant les technologies utilisées ces guides ne sont pas en pratique forcément contenues dans un même plan.
Ainsi, selon l'amplificateur optique de l'invention, l'onde lumineuse E est introduite dans le guide 32 par l'extrémité 35 du support. Cette onde lumineuse présente une ou plusieurs longueurs d'onde
(généralement comprise (s) pour le domaine des télécommunications par exemple entre 1530 nm et
1560 nm) . Par ailleurs, l'onde de pompe L introduite par l'extrémité 33 du support dans le guide 34 présente également une ou plusieurs longueurs d'onde
(généralement égale (s) pour une fibre dopée à l'erbium à environ par exemple 980 nm) . Le coupleur 36 est réalisé par les guides 32 et 34 qui sont rapprochés d'une distance suffisante et sur une longueur d'interaction suffisante pour permettre à l'onde E seule d'être transférée du guide 32 vers le guide 34 sans que l'onde L ne subisse de modification de propagation dans le coupleur ; en sortie du coupleur, seul le guide 37 qui est une prolongation du guide 34 véhicule les ondes L et E qui sont regroupées. Les ondes L et E sont ensuite introduites dans la fibre amplificatrice 31 qui amplifie la puissance lumineuse de l'onde E à partir de l'onde de pompe. L'onde S résultant de cette amplification est alors disponible en sortie de la fibre 31. Selon l'invention, l'onde amplifiée est réintroduite dans le support 30, par l'extrémité 45 de ce dernier, puis transporté par le guide 50 jusqu'à l'élément de filtrage, puis par le. guide 41 jusqu'à l'extrémité 43 du support relié à des moyens de récupération (non représentés) .
Les moyens d'introduction d'une onde lumineuse, la source de pompe, les moyens de récupération, dans tous les modes de réalisation de l'invention, sont reliés optiquement aux extrémités du support soit par des fibres optiques via des moyens de connexions tels que des blocs de "V" ou des férules soit directement par report desdits moyens sur le support, soit encore par un espace libre.
L'élément de filtrage est apte à absorber les résidus de la pompe L après amplification. Sur la figure 2, cet élément de filtrage comporte un cinquième guide optique 49 relié d'une part à un filtre de pompe F et d'autre part à un deuxième multiplexeur 44 ; ce multiplexeur est relié d'une part aux guides optiques 41 et 49 et d'autre part à un septième guide optique 50 dit dernier guide. Ainsi, le guide optique 41 est relié à l'extrémité 45 du support via le multiplexeur 44 et le guide optique 50.
Dans cet exemple de réalisation, le multiplexeur 44 est formé également par un coupleur de proximité.
Le filtre de pompe F est réalisé par un arrêt du guide optique 49 dans le support, les résidus de pompe ne sont alors plus guidés et sont absorbés dans le support. Cet arrêt du guide peut aussi être réalisé sur une paroi latérale du support de façon à éjecter les résidus de pompe du support (voir les ensembles d'amplification de la figure 7).
Les extrémités 39 et 45 du support sont reliées aux extrémités de la fibre amplificatrice par des férules ou comme représenté sur cette figure par un bloc de "V" référencé en trait pointillés par V2.
De même, lorsque l'onde de pompe est émise par une diode laser fibrée, elle est reliée à l'extrémité 33 par une férule ou comme représenté sur cette figure par bloc de "V" référencé par Vi. De la même façon, l'onde E à amplifier peut être introduite par des moyens d'introductions reliés à l'extrémité 35 du support par une férule ou comme représenté sur cette figure par le bloc Vx. L'onde amplifiée S est récupérée par des moyens de récupération qui peuvent être également reliés à l'extrémité 43 du support par une férule ou comme représenté sur cette figure par le bloc Vi.
Bien entendu, les moyens de contrôles, les moyens d'introduction, les moyens de récupération, la source de pompe peuvent être aussi reliés aux extrémités correspondantes du support directement par exemple par un collage.
Pour simplifier la description des figures suivantes, les éléments de connexions ne sont pas représentées.
Le support de l'invention peut être également utilisé pour intégrer d'autres éléments d'optique intégrée tels que par exemple des adaptateurs de mode, des éléments de prélèvement, etc.. la figure 3, représente justement un amplificateur hybride selon l'invention, du même type que celui de la figure 2, dont le support comporte un premier et un deuxième adaptateur de mode référencés 46 et 47. L'adaptateur de mode 46 est situé à l'extrémité 39 du support, entre le guide optique 37 et une des extrémités de la fibre amplificatrice et l'adaptateur de mode 47 est situé sur l'extrémité 45 du support, entre un guide optique 50 et l'autre extrémité de la fibre amplificatrice. Ces adaptateurs de modes permettent d'adapter le mode entre les guides et la fibre 31.
Par ailleurs, sur la figure 3 est représenté également l'utilisation de deux éléments de prélèvement référencés 42 et 45. L'élément 42 permet de prélever une partie Mi de l'onde lumineuse E véhiculée par le guide optique 32 et de transporter le signal prélevé Mi vers des moyens de contrôle (non représentés) pouvant être extérieurs au support ou intégrés au support . Cet élément 42 est réalisé par un guide optique connecté au guide 32 par un diviseur dissymétrique réalisé par exemple par une jonction Y dissymétrique. L'élément 45 permet de prélever une partie M2 de l'onde lumineuse S véhiculée par le guide optique 41 et de transporter le signal prélevé M2 vers des moyens de contrôles (non représentés) pouvant être extérieurs au support ou intégrés au support. Cet élément 45 est réalisé comme précédemment par un guide optique connecté au guide 41 par un diviseur dissymétrique réalisé par exemple par une jonction Y dissymétrique. Les ondes prélevées Mi et M2 peuvent être aussi reliées à des moyens de contrôle également par des éléments de connexions du type férules ou par les blocs de "V", Va et/ou V2.
La figure 4 illustre schématiquement une autre variante d'un amplificateur hybride du type de celui de la figure 2.
Sur cette figure, le support comporte 2 adaptateurs de mode référencés 46' et 47' . L'adaptateur de mode 46' est situé à l'extrémité 35 du support, entre le guide optique 32 et l'entrée de l'onde E ; l'adaptateur de mode 47' est situé sur l'extrémité 43 du support, entre le guide optique 41 et la sortie de l' onde S du support .
Ces adaptateurs de modes permettent respectivement d'adapter les modes guidés des guides correspondants, aux modes des moyens d'introduction de l'onde E et des moyens de récupération de l'onde S.
D'une façon générale, toutes les extrémités du support qui sont reliés à des éléments externes (tels que par exemple les moyens de contrôle, les moyens d'introduction, les moyens de récupération, la source de pompe, etc..) peuvent comporter des adaptateurs de mode du même type que ceux décrits précédemment pour adapter le mode de ces éléments externes à celui des guides reliées auxdites extrémités.
Les figure 5 et 6 illustrent schématiquement deux autres exemples de réalisation d'un amplificateur optique hybride avec un élément de filtrage intégré. Dans un souci de simplification, sur ces figures n'ont pas été représentés des moyens de prélèvement et des adaptateurs bien que ces éléments peuvent être utilisés également dans ces modes de réalisation.
Ainsi, la figure 5 diffère de la figure 2 par un élément de filtrage 60 relié entre les guides 41 et 50, d'un autre type. Tous les autres éléments étant les mêmes que ceux de la figure 2 portent les mêmes références.
Cet élément 60 comporte un élément Mach- Zehnder intégré dans le substrat 30. Il est réalisé par deux jonctions Y tête-bêche Jl et J2 reliées par deux guides optiques 61 et 62, la jonction Jl étant reliée optiquement au guide 50 et la jonction J2 étant reliée optiquement au guide 42. Cet élément de filtrage 60 est réalisé de façon à permettre de filtrer les résidus de pompe sans perturber le signal. En particulier, la différence de longueur entre les deux bras du Mach- Zehnder est calculée pour obtenir ledit filtrage.
Ainsi, l'onde lumineuse arrivant de la fibre amplificatrice 31 et composée du signal amplifié et des résidus de l'onde de pompe L, est introduite dans le guide 50 puis séparée par la jonction Jl en deux ondes lumineuses . Ces deux ondes se propagent alors respectivement dans les guides 61 et 62 puis elles se recombinent au niveau de la jonction J2. Les longueurs respectivement des guides 61 et 62 sont choisies pour que la recombinaison des ondes lumineuses dans la jonction J2 se traduise par des interférences destructives pour la longueur d'onde de l'onde de pompe L et constructives pour celles du signal amplifié. De cette façon, les résidus de l'onde de pompe L sont très fortement atténués au niveau de la jonction J2.
Pour avoir des interférences destructives entre deux ondes, il faut que leur déphasage soit égal à π, et pour que les interférences soient constructives, il faut que le déphasage entre les deux ondes soit de 2 π.
A titre d'exemple, pour une onde de pompe L de longueur d'onde environ 980 nm et un signal amplifié de longueur d'onde de l'ordre de 1550 nm, on peut choisir pour un des guides (par exemple 61) une longueur de 100 μm et pour l'autre guide (par exemple 62) une longueur de 1000 μm.
La figure 6 diffère de la figure 2 par un élément de filtrage 70 relié entre les guides 41 et 50, d'un autre type également. Comme précédemment, tous les autres éléments étant les mêmes que ceux de la figure 2 portent les mêmes références .
Dans ce mode de réalisation, le guide 41 est confondu avec le guide 50. Par ailleurs, l'élément de filtrage 70 peut être composé soit d'une couche absorbante 71, soit d'un réseau de Bragg, soit encore d'un réseau longue période, ces réseaux étant représentés très schématiquement également par la référence 71. Dans le cas de l'utilisation d'une couche absorbante 71, celle-ci est réalisée avantageusement sur le substrat 30 au dessus du guide 41. Elle est composée par exemple d'un film de matériau unique ou d'une superposition de films de matériaux. Le ou les matériaux composants ladite couche doivent présenter des bandes d'absorption à la ou aux longueurs d'ondes de l'onde de pompe L mais pas à la ou aux longueurs du signal amplifié.
Par ailleurs, au moins la partie du guide 41 située sous la couche 71, doit être à une profondeur par rapport à ladite couche telle que la partie évanescente de l'onde de pompe puisse interagir avec cette couche .
Les dimensions de la couche absorbante sont déterminées de façon à obtenir le plus d'absorption possible à la ou aux longueurs d'ondes de l'onde de pompe L. Pour avoir des dimensions compactes, tout en obtenant une bonne atténuation des résidus de pompes, la partie du guide 41 située sous ladite couche 71 peut être non linéaire et présenter des serpentins ou des boucles, pour augmenter la longueur d'interaction entre le guide et la couche absorbante.
A titre d'exemple, pour une onde de pompe à environ 980 nm et un signal à 1550 nm, la couche absorbante 71 est du verre dopé avec de l'ytterbium, de façon à atténuer les ondes se propageant à 980 nm mais pas celles se propageant à 1550 nm.
Cette couche absorbante peut être déposée sur le substrat 30 par toutes les techniques classiques de dépôt et par exemple par évaporâtion sous vide ou par dépôt sol-gel.
Dans le cas de l'utilisation d'un réseau de Bragg 71, celui-ci est réalisé de façon à être apte à réfléchir les résidus de pompe. Ce réseau est formé par exemple par gravure du substrat, au dessus du guide 41 ou par un échange d'ions approprié dans ou au voisinage d'une partie du guide 41.
Dans le cas de l'utilisation d'un réseau longue période 71, celui-ci est formé dans le substrat par exemple par un échange d'ions dans ou au voisinage d'une partie du guide 41 de façon à coupler les résidus de pompe hors du guide .
Enfin, la figure 7, représente schématiquement un exemple de matrice d'amplificateurs hybrides selon l'invention comportant n amplificateurs optiques hybrides tels que décrit précédemment. De façon plus précise, cette matrice comporte dans un support 60, n ensemble amplificateur Ni avec i entier allant de 1 à n, chaque ensemble comportant par exemple, les mêmes éléments intégrés que ceux décrits en référence à la figure 4. Par ailleurs, chaque ensemble Ni est relié à une fibre amplificatrice 31.
Bien entendu, toutes les variantes décrites précédemment pour un amplificateur optique hybride peuvent être réalisées pour un ou plusieurs ensembles d'une matrice d'amplificateurs. 314
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De façon plus générale, les différentes variantes de réalisation décrites précédemment peuvent être combinées entre elles sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi par exemple, des adaptateurs de mode, des multiplexeurs, des éléments de prélèvement supplémentaires peuvent ou non être utilisés dans un amplificateur hybride de l'invention indépendamment les uns des autres .

Claims

REVENDICATIONS
1. Amplificateur optique hybride comportant : - un support (30) comprenant au moins un premier guide optique (32) apte à recevoir à partir d'une première extrémité (35) du support, une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier, un deuxième guide optique (34) apte à recevoir à partir d'une deuxième extrémité (33) du support, une première onde pompe L, un premier multiplexeur (36) relié au premier et au deuxième guides optiques et apte à transmettre à un troisième guide optique (37) les ondes E et L, le troisième guide optique étant relié à une troisième extrémité (39) du support, un quatrième guide optique (41) relié d'une part à un élément de filtrage (49, 44, F, 70, 60) et d'autre part à une cinquième extrémité du support apte à délivrer une onde S, de puissance Ps supérieure à la puissance Pe, et un dernier guide optique (50) relié à la quatrième extrémité du support et à l'élément de filtrage,
- une fibre amplificatrice (31) comportant une première extrémité reliée à la troisième extrémité du support et une deuxième extrémité apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure la puissance Pe.
2. Amplificateur optique hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support comporte en outre un ou plusieurs adaptateurs de mode guidé, respectivement à une ou plusieurs extrémités du support . 16
3. Amplificateur optique hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support comporte au moins un premier adaptateur de mode (46, 46'), ce premier adaptateur est réalisé à l'une des première et/ou troisième extrémité (s) du support.
4. Amplificateur optique hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support comporte au moins un deuxième adaptateur (47, 47') de mode, ce deuxième adaptateur est réalisé à l'une des quatrième et/ou cinquième extrémité (s) du support.
5. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de filtrage comporte au moins un filtre de pompe (F) et un multiplexeur, dit deuxième multiplexeur, relié au filtre de pompe par un cinquième guide optique (49) , le deuxième multiplexeur (44) étant relié d'une part au quatrième (41) et au cinquième (49) guide optique et d'autre part au dernier guide optique (50) .
6. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de filtrage comporte un élément Mach- Zehnder relié entre le quatrième et le dernier guide optique.
7. mplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un élément absorbant disposée au dessus de ce guide optique.
8. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un réseau de Bragg.
9. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le quatrième et le dernier guide optique étant réalisés par le même guide optique, l'élément de filtrage comporte un réseau longue période.
10. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le support comporte en outre au moins un élément de prélèvement (42,45) d'une partie de l'onde lumineuse véhiculée par l'un des guides optiques du support afin de permettre un contrôle de ladite onde.
11. Amplificateur optique hybride selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un élément de prélèvement (42) est disposé sur le premier guide (32) pour prélever une partie de l'onde E et un autre élément de prélèvement (45) est disposé sur le quatrième guide (41) pour prélever une partie de l'onde S.
12. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconques des revendications 1 ou 5 caractérisé en ce qu'un le premier et/ou le deuxième multiplexeur (s) sont réalisés respectivement par un coupleur.
13. Amplificateur optique hybride selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième et la quatrième extrémités du support sont reliés aux extrémités de la fibre par des éléments de connexions choisis parmi des férules ou des bloc de "V" .
14. Matrice d'amplificateurs optiques hybrides comportant n amplificateurs optiques hybrides selon l'une quelconque des revendications précédentes.
15. Matrice d'amplificateurs optiques hybrides selon la revendication 14 comportant : - un support (60) dans lequel sont intégrés pour chaque amplificateur, un ensemble amplificateur comportant au moins un premier guide optique (32) apte à recevoir à partir d'une première extrémité (35) du support, une onde lumineuse E de puissance Pe à amplifier, un deuxième guide optique (34) apte à recevoir à partir d'une deuxième extrémité (33) du support, une première onde pompe L, un premier multiplexeur (36) relié au premier et au deuxième guide optique et apte à transmettre à un troisième guide optique (37) les ondes E et L, le troisième guide optique étant relié à une troisième extrémité (39) du support, un quatrième guide optique (41) relié d'une part à un élément de filtrage (49, 44, F, 70, 60) et d'autre part à une cinquième extrémité du support apte à délivrer une onde S, de puissance Ps supérieure à la puissance Pe, et un dernier guide optique (50) relié à la quatrième extrémité du support et à 1 ' élément de filtrage,
- n fibres amplificatrices (31) reliées respectivement à un ensemble, chaque fibre amplificatrice comportant une première extrémité reliée à la troisième extrémité du support correspondant à cet ensemble et une deuxième extrémité apte à délivrer une onde S de puissance Ps supérieure la puissance Pe.
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