EP1779559A1 - Systeme de transmission optique par fibres a maintien de polarisation - Google Patents

Systeme de transmission optique par fibres a maintien de polarisation

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EP1779559A1
EP1779559A1 EP05797573A EP05797573A EP1779559A1 EP 1779559 A1 EP1779559 A1 EP 1779559A1 EP 05797573 A EP05797573 A EP 05797573A EP 05797573 A EP05797573 A EP 05797573A EP 1779559 A1 EP1779559 A1 EP 1779559A1
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EP
European Patent Office
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fiber
section
sections
polarization
transmission system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05797573A
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German (de)
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Inventor
Denis Penninckx
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1779559A1 publication Critical patent/EP1779559A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/2706—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means as bulk elements, i.e. free space arrangements external to a light guide, e.g. polarising beam splitters
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2726—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means in or on light guides, e.g. polarisation means assembled in a light guide
    • G02B6/274—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means in or on light guides, e.g. polarisation means assembled in a light guide based on light guide birefringence, e.g. due to coupling between light guides
    • 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
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2766—Manipulating the plane of polarisation from one input polarisation to another output polarisation, e.g. polarisation rotators, linear to circular polarisation converters

Definitions

  • the invention relates to a polarization-maintaining optical fiber transmission system. It is applicable in optical signal transmission techniques using one or more polarization-maintaining fibers. These signals can be laser pulses in power lasers or signals carrying information in telecommunication systems.
  • Polarization-maintaining fibers allow, as their name suggests, to transmit a signal while preserving its polarization. They are characterized by two axes called “slow” and “fast”.
  • the fiber optic connectors induce stresses on the polarization maintaining fibers which very slightly alter the polarization state of the signal. This modification associated with the difference in speed between the polarization states inside the polarization maintaining fibers causes distortions of the signal. These distortions, very disabling and random, are known as FM-AM conversion in the case of power lasers.
  • Polarizing fibers are very difficult to weld and are very sensitive to micro curvatures. Thus, they must be conditioned in a very specific way. - The conventional fibers do not control the polarization. A polarization controller is needed. This solution is very difficult to implement, especially when several controllers have to be stunts in the chain. These controllers are more expensive, generate some additional losses and are not necessarily reliable.
  • the invention relates to a system for solving these difficulties.
  • the invention therefore relates to a system for transmitting by optical fibers a polarized signal comprising at least one polarization-maintaining optical fiber system making it possible to maintain the polarization of the signal.
  • This optical fiber system comprises at least a first and a second section of polarization maintaining fiber each having a slow propagation axis and a fast propagation axis.
  • One end of the first fiber section is coupled to one end of the second fiber section so that the slow propagation axis of the first fiber section is in coincidence with the fast propagation axis of the second fiber section and vice versa.
  • the fast propagation axis of the first fiber section coincides with the slow propagation axis of the second fiber section.
  • the overall differential group time of one or more segments is equal to the overall group time of the other sections so that the time of overall differential group of said optical fiber system is substantially zero.
  • the system according to the invention comprises a first and a second fiber section, the two fiber sections having equivalent group differential times.
  • the two sections of fibers are made of the same fiber.
  • a plurality of pairs of sections may be provided.
  • each section being connected in series with the neighboring section so that the slow propagation axis of each fiber section coincides with the axis of rapid propagation.
  • the intermediate sections of the series of sections each having a differential group time equal to a determined value, while the first and the last section of the series of sections each have a differential group time equivalent to the half of this determined value.
  • the intermediate sections each have a determined length and that the first and the last section each have an equivalent length equal to half of this determined length.
  • the end of the first fiber section is coupled to the end of the second fiber section by welding these ends.
  • the end of the first fiber section is coupled to the end of the second fiber section by a connector device.
  • the system of the invention comprises an input device and an output device as well as a polarization rotator associated with the input device or the output device and making it possible to rotate the polarizations of the signals transmitted to said optical fiber system at an angle corresponding to the sum of the polarization rotations induced by the optical fiber system and in the opposite direction to the sum of these rotations.
  • FIGS. 1 and 2a are diagrams explaining the consequences of the rotation of polarizations undergone by an optical signal transmitted in a polarization-maintaining fiber
  • FIG. 2b schematically illustrates an exemplary embodiment of the system according to the invention
  • FIG. 2c represents the system of FIG. 2b according to the same representation mode as in FIG. 1,
  • FIG. 3 schematically illustrates an alternative embodiment of the system according to the invention
  • FIGS. 4a and 4b schematically illustrate an example of application of the system of the invention to a telecommunication signal transmission system
  • FIGS. 5a and 5b show alternative embodiments of the optical fiber transmission system according to FIG. 'invention.
  • the polarization-maintaining fibers allow, as their name indicates, to transmit a signal by preserving its polarization provided that the polarization state of the incident signal is along one of the two axes called clean or main of the fiber to maintain the polarization. polarization. These two axes are called “slow” and “fast” and the difference in arrival time is called differential group time, DGD for Differential Group Delay.
  • Any constraint exerted on a polarization-maintaining optical fiber modifies the polarization states of the optical signals transmitted on these fibers.
  • Optical fiber connectors in particular, induce stresses on these polarization-maintaining fibers.
  • FIG. 1 This spectral image of the phenomenon can be illustrated in FIG. 1.
  • a signal SIv is injected on one of the axes of the polarization-maintaining fiber, its polarization state is slightly inclined after the input connector. The rotation is very small (a few degrees) but sufficient to generate the phenomenon.
  • the projections S2.v and S2.h of the signal on the two axes propagate at different speeds. For example, it can be seen in FIG. 1 that the signals S3.v and S3.h are shifted by a time ⁇ called differential group delay or DGD (Differential Group Delay). At the output, the signal is again rotated because of the second connector.
  • the polarization component S3.v gives rise to two components S4.vv and S4.vh.
  • the polarization component S3.h gives rise to the signals S4.hh and S4.hv which in FIG. 1 is represented in two parts because of the time difference between the signals. propagating along the two axes of polarization of the fiber.
  • FIG. 2a shows a polarization maintaining optical fiber F in which an optical coupler C1 makes it possible to inject a polarized light signal V.
  • the polarizations of the fiber F are symbolized in FIG. 2a by PV and PH.
  • the input of the signal V into the fiber by the coupler is subject to a slight rotation of polarization and it is therefore the signal Vr which is transmitted in the fiber.
  • This signal Vr can be decomposed into two components V1 and H1 according to the two directions of polarization of the fiber.
  • the component H1 propagates faster in the fiber than the component Vl and the component H'1 reaches the output end of the fiber, to the coupler C2, a time ⁇ before the component Vl.
  • the fiber in two sections of polarization-maintaining fibers F1 and F2 (FIG. 2b).
  • the two sections are of the same length. In comparison with FIG. 2a, they each correspond to half the length of the fiber F.
  • the ends E1 and E2 of these two fiber sections are coupled in such a way that the slow and fast propagation axes PV1 and PHl of the section F1 coincide respectively with the fast and slow propagation axes PH2 and PV2 of the section F2.
  • the signal V entering the fiber section F1 gives rise to two components V1 and H1 which propagate at different speeds.
  • the component H2 propagates along the fast axis and reaches the other end of section Fl before the component V2 propagates along the slow axis. Having previously provided that the lengths of the fiber sections Fl and F2 are equal to half the length of the fiber F, the component H2 reaches the end of the section Fl a time ⁇ / 2 before the component V2. Since the propagation axes PV1 and PH1 of the fiber section F1 are respectively coupled to the propagation axes PH2 and PV2 of the section F2, it can be considered that the signal corresponding to the component V2 in the section F1 is found in the section F2 in the form an H3 component. Similarly, the H2 component is found in the form of the V3 component.
  • the H3 component now propagates along the fast axis and the V3 component along the slow axis. It follows that the H3 component will catch up with its ⁇ / 2 delay relative to the V3 component. The two components H4 and V4 thus arrive at the same moment at the output end of the fiber section F2. This assumes of course that the two fiber sections Fl and F2 have the same characteristics.
  • FIG. 2c represents the system of FIG. 2b according to the same representation mode as in FIG. 1. It can thus be seen that at the output of the fiber section F2, the components H4 and V4 are in phase. If a coupler is provided at the output of the section F2, the signals are again subjected to a slight polarization rotation. The component H4 gives rise to the components H5 and V6 and the component V4 gives rise to the components V5 and H6. After crossing a polarizer, we thus obtain the components H5 and H6 which are in phase.
  • a polarization-maintaining optical fiber transmission system for a fiber connection made in at least two sections, as just described, between two couplers or between two stress zones of the fiber, or between a stress zone and a coupler.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the fiber sections TF1 and TF2 are coupled with the slow axes PV1 and PV2 of the two coincident sections and the fast axes PH1 and PH2 coincidentally.
  • the fiber section TF3 is coupled to the section TF2 with its fast axis PH3 in coincidence with the slow axis PV2 of the section TF2 and its slow axis PV3 coinciding with the fast axis PH2 of the section TF2.
  • the fiber section TF4 is oriented in the same way as the sections TF1 and TF2 and is coupled to the section TF3 with its slow axis PV4 coinciding with the fast axis PH3 of the section TF4 and its fast axis PH4 coinciding with the axis slow PV3 of section TF3.
  • the fiber sections may have different lengths and may not be arranged regularly.
  • the essential point is that, in a given transmission system, the overall differential time (propagation difference along the slow and fast axes) of one or more sections is compensated by the differential time of the other sections.
  • the total differential time of the sections TF1, TF2 and TF4 is compensated by the differential time of the section TF3.
  • FIGS. 5a and 5b show alternative embodiments of a transmission system in which there are three or more sections and the length of one of the sections situated in the intermediate position is a length d 0 imposed by constraints that are outside the scope of the 'invention. According to the invention, it is then expected that the lengths of the intermediate sections are equal to dO and that the end sections have lengths dO / 2 halves of this length.
  • FIG. 5a represents, by way of example, a system comprising an odd number of fiber sections, for example seven sections TF1 to TF7.
  • Intermediate sections TF2 and TF6 each have a determined differential group time.
  • the end sections TF1 and TF7 are of similar constitutions and each have a differential group time which is half that of the intermediate sections TF2 to TF6.
  • the differential group time of the fiber section TF2 is compensated, for example, by the differential group time of the section TF3. That of the fiber section TF4 is compensated by the group time of the section TF5 and that of the section TF6 is compensated by the sum of the differential times of the sections TF1 and TF7.
  • FIG. 5b represents a system comprising an even number of fiber sections, six sections TF1 to TF6, for example.
  • the intermediate sections TF2 to TF5 each have a determined differential group time.
  • the end sections TF1 and TF6 are of similar constitutions and each have a group time which is half that of the intermediate sections TF2 to TF5.
  • the sum of the differential group times of the fiber sections TF2 and TF4 is compensated by the sum of the differential group times of the sections TF3 and TF5.
  • the differential group time of the fiber section TF1 is compensated by the group time differential of the TF6 section.
  • the invention consists in inverting the axes of the polarization-maintaining fibers to compensate for the differences in speed of the polarization components of a signal. These inversions may be random but we can also provide alternating sections of the same length.
  • sections of the same length it will be possible advantageously to provide sections of half lengths at both ends of the system.
  • constraints may be imposed, such as total length the fiber optic system or the number of sections. This will be the analytical model or a numerical simulation that will determine the number of fiber sections and their lengths. Even more advantageously, the sections will be welded unrestrained two by two and not connected by connectors.
  • the object of the invention is to maintain the polarization and not to make a physical process independent of the polarization state of the signal. It was not obvious a priori that crossing the axes of a fiber would be useful for the simple transport of a signal.
  • a polarization or rotator controller of the directions of polarizations RO whose function will be to rotate the polarizations of the signals transmitted by an angle corresponding to the sum of the rotations of polarizations that these signals will undergo in the transmission system. Rotation induced by the RO rotator is will reverse the overall rotation induced in the transmission system.
  • the polarization rotator RO has been placed at the output of the system and associated, for example, with the coupler C2.
  • Figure 4b it was placed at the entrance of the system.

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Abstract

Système de transmission optique par fibres à maintien de polarisation. L'invention concerne un système de transmission par fibres optiques comportant au moins une fibre optique à maintien de polarisation couplant un dispositif d'entrée à un dispositif de sortie. La fibre comporte au moins un premier (F1) et un deuxième (F2) tronçon de fibre à maintien de polarisation présentant chacun un axe de propagation lente et un axe de propagation rapide. Une extrémité du premier tronçon de fibre est couplée à une extrémité du deuxième tronçon de fibre de telle façon que l'axe de propagation lente du premier tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation rapide du deuxième tronçon de fibre et inversement. L'invention s'applique notamment aux lasers.

Description

SYSTEME DE TRANSMISSION OPTIQUE PAR FIBRES A MAINTIEN
DE POLARISATION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un système de transmission optique par fibres à maintien de polarisation. Elle est applicable dans les techniques de transmission de signaux optiques utilisant une ou plusieurs fibres à maintien de polarisation. Ces signaux peuvent être des impulsions laser dans les lasers de puissance ou des signaux véhiculant de l'information dans les systèmes de télécommunications.
Les fibres à maintien de polarisation permettent, comme leur nom l'indique, de transmettre un signal en préservant sa polarisation. Elles sont caractérisées par deux axes appelés « lent » et « rapide ». Les connecteurs de fibre optique induisent des contraintes sur les fibres à maintien de polarisation qui modifient très légèrement l'état de polarisation du signal. Cette modification associée à la différence de vitesse entre les états de polarisation à l'intérieur des fibres à maintien de polarisation engendre des distorsions du signal. Ces distorsions, très handicapantes et aléatoires, sont connues sous le nom de conversion FM-AM dans le cas des lasers de puissance.
Dans le domaine des transmissions d'informations par fibres optiques telles que dans les télécommunications, le problème ne s'est pas posé jusqu'ici car les fibres à maintien de polarisation sont peu utilisées pour des raisons de coût. Ces fibres permettraient cependant de doubler la capacité des fibres optiques. Il n'est pas impossible qu'à l'avenir cette solution soit utilisée pour des liaisons très courtes (réseau local par exemple) , nécessitant des débits extrêmement élevés .
Dans le domaine des lasers de puissance, pour pallier ces distorsions, différentes solutions ont été prévues dont aucune n'est pleinement satisfaisante. II s'agit notamment:
- du remplacement des fibres à maintien de polarisation par des fibres polarisantes,
- du remplacement des fibres à maintien de polarisation par des fibres classiques, - du remplacement des fibres à maintien de polarisation par de la propagation en espace libre,
- de l'adjonction de polariseurs répartis régulièrement le long du circuit de transmission.
Ces différentes solutions présentent des inconvénients. En effet, l'ajout de polariseurs entre les tronçons ne supprime pas complètement le phénomène mais l'atténue au prix d'une complexité et d'un coût accrus .
Toutes les autres solutions suppriment complètement la conversion FM-AM due à la propagation d'un signal polarisé dans les fibres. Par ailleurs :
Les fibres polarisantes sont très difficiles à souder et sont très sensibles aux micro¬ courbures. Ainsi, elles doivent être conditionnées de façon très spécifique. - Les fibres classiques ne contrôlent pas la polarisation. Un contrôleur de polarisation est nécessaire. Cette solution est très difficile à mettre en œuvre, surtout lorsque plusieurs contrôleurs doivent être cascades dans la chaîne. Ces contrôleurs sont de plus chers, engendrent quelques pertes supplémentaires et ne sont pas forcément fiables .
- La propagation en espace libre nécessite une excellente stabilité et un alignement très précis des différents dispositifs optiques.
L'invention concerne un système permettant de résoudre ces difficultés.
L'invention concerne donc un système de transmission par fibres optiques d'un signal polarisé comportant au moins un système à fibres optiques à maintien de polarisation permettant de maintenir la polarisation du signal. Ce système à fibres optiques comporte au moins un premier et un deuxième tronçon de fibre à maintien de polarisation présentant chacun un axe de propagation lente et un axe de propagation rapide. Une extrémité du premier tronçon de fibre est couplée à une extrémité du deuxième tronçon de fibre de telle façon que l'axe de propagation lente du premier tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation rapide du deuxième tronçon de fibre et inversement que l'axe de propagation rapide du premier tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation lente du deuxième tronçon de fibre. Ainsi, dans un tel système, le temps de groupe différentiel global d'un ou plusieurs tronçons est égal au temps de groupe global des autres tronçons pour que le temps de groupe différentiel global dudit système à fibres optiques soit sensiblement nul.
De préférence, le système selon l'invention comporte un premier et un deuxième tronçon de fibre, les deux tronçons de fibres ayant des temps différentiels de groupe équivalents.
Avantageusement, les deux tronçons de fibres sont fabriqués dans une même fibre.
Il pourra également être particulièrement intéressant de prévoir que les deux tronçons de fibres ont même longueur.
On pourra prévoir une pluralité de paires de tronçons .
Notamment, on pourra prévoir une pluralité de tronçons de fibre couplés en série, chaque tronçon étant connecté en série avec le tronçon voisin de telle façon que l'axe de propagation lente de chaque tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation rapide du tronçon de fibre voisin, les tronçons intermédiaires de la série de tronçons ayant chacun un temps de groupe différentiel égal à une valeur déterminée, tandis que le premier et le dernier tronçon de la série de tronçons ont chacun un temps de groupe différentiel équivalent à la moitié de cette valeur déterminée.
Pratiquement, cela pourra être réalisé en prévoyant que les tronçons intermédiaires ont chacun une longueur déterminée et que le premier et le dernier tronçon ont chacun une longueur équivalente égale à la moitié de cette longueur déterminée. En ce qui concerne le couplage des tronçons de fibres, selon une forme de réalisation, l'extrémité du premier tronçon de fibre est couplée à l'extrémité du deuxième tronçon de fibre par soudure de ces extrémités .
Selon une variante de réalisation, l'extrémité du premier tronçon de fibre est couplée à l'extrémité du deuxième tronçon de fibre par un dispositif de connectique. Selon un mode de réalisation applicable notamment en télécommunications, le système de l'invention comporte un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie ainsi qu'un rotateur de polarisations associé au dispositif d'entrée ou au dispositif de sortie et permettant de faire tourner les polarisations des signaux transmis audit système à fibres optiques d'un angle correspondant à la somme des rotations de polarisations induites par le système de fibres optiques et en sens inverse de la somme de ces rotations.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées sur lesquelles : - les figures 1 et 2a sont des schémas expliquant les conséquences des rotations de polarisations subies par un signal optique transmis dans une fibre à maintien de polarisation,
- la figure 2b illustre schématiquement un exemple de réalisation du système selon l'invention, - la figure 2c représente le système de la figure 2b selon le même mode de représentation qu'en figure 1,
- la figure 3 illustre schématiquement une variante de réalisation du système selon l'invention,
- les figures 4a et 4b illustrent schématiquement un exemple d'application du système de l'invention à un système de transmission de signaux en télécommunications, et - les figures 5a et 5b représentent des variantes de réalisation du système de transmission à fibre optique selon l'invention.
Les fibres à maintien de polarisation permettent, comme leur nom l'indique, de transmettre un signal en préservant sa polarisation à condition que l'état de polarisation du signal incident soit suivant un des deux axes dits propres ou principaux de la fibre à maintien de polarisation. Ces deux axes sont appelés «lent» et «rapide» et la différence de temps d'arrivée est appelée temps de groupe différentiel, DGD pour Differential Group Delay.
Toute contrainte exercée sur une fibre optique à maintien de polarisation modifie les états de polarisations des signaux optiques transmis sur ces fibres. Les connecteurs de fibres optiques, notamment, induisent des contraintes sur ces fibres à maintien de polarisation.
A cause de la différence de vitesse entre les deux axes optiques de polarisation d'une fibre à maintien de polarisation, cette modification dépend de la fréquence optique. Ainsi les composantes spectrales du signal n'ont plus le même état de polarisation en sortie d'une fibre à maintien de polarisation qui est soumise à des contraintes et notamment des fibres équipées de connecteurs . Lorsqu'on prévoit un polariseur, le signal optique traverse le polariseur et les composantes spectrales du signal ne sont pas toutes transmises de la même façon. Cette atténuation différentielle des composantes spectrales génère des distorsions du signal. Dans le cas des lasers de puissance, ces distorsions sont connues sous le nom de conversion FM- AM.
Cette image spectrale du phénomène peut être illustrée par la figure 1. Si un signal SIv est injecté sur un des axes de la fibre à maintien de polarisation, son état de polarisation est légèrement incliné après le connecteur d'entrée. La rotation est très faible (quelques degrés) mais suffisante pour générer le phénomène. Les projections S2.v et S2.h du signal sur les deux axes se propagent à des vitesses différentes. Par exemple, on voit sur la figure 1 que les signaux S3.v et S3.h sont décalés d'un temps Δτ appelé temps de groupe différentiel ou DGD (Differential Group Delay) . En sortie, le signal est à nouveau victime d'une rotation à cause du second connecteur. La composante de polarisation S3.v donne lieu à deux composantes S4.vv et S4.vh. La composante de polarisation S3.h donne lieu aux signaux S4.hh et S4.hv lequel sur la figure 1 est représenté en deux parties en raison du décalage de temps entre les signaux se propageant selon les deux axes de polarisation de la fibre.
Si l'on ne garde qu'un seul état de polarisation (à travers un polariseur par exemple) , on verra des interférences entre deux projections susmentionnées telles que S4.vv et S4.hv sur la figure
1.
Dans le cas des lasers de puissance, lorsque le signal est uniquement modulé en phase en entrée (FM) , cela se traduit par une modulation de l'intensité en sortie (AM) . Dans le cas des télécommunications, le signal sera distordu, ce qui limitera la portée du système.
L'invention permet de résoudre ce problème. La figure 2a représente une fibre optique F à maintien de polarisation dans laquelle un coupleur optique Cl permet d'injecter un signal lumineux polarisé V. Les polarisations de la fibre F sont symbolisées sur la figure 2a par PV et PH. L'entrée du signal V dans la fibre par le coupleur est l'objet d'une légère rotation de polarisation et c'est donc le signal Vr qui est transmis dans la fibre. Ce signal Vr peut être décomposé en deux composantes Vl et Hl selon les deux directions de polarisation de la fibre. La composante Hl se propage plus vite dans la fibre que la composante Vl et la composante H'1 atteint l'extrémité de sortie de la fibre, vers le coupleur C2, un temps Δτ avant la composante Vl.
Selon l'invention, on prévoit de réaliser la fibre en deux tronçons de fibres à maintien de polarisation Fl et F2 (figure 2b) . Selon un exemple de réalisation avantageux de l'invention, on prévoit que les deux tronçons sont de même longueur. Par comparaison avec la figure 2a, ils correspondent chacun à la moitié de la longueur de la fibre F. De plus, les extrémités El et E2 de ces deux tronçons de fibres sont couplées de telle façon que les axes de propagation lent et rapide PVl et PHl du tronçon Fl soient en coïncidence respectivement avec les axes de propagation rapide et lent PH2 et PV2 du tronçon F2. Comme précédemment, le signal V entrant dans le tronçon de fibre Fl donne lieu à deux composantes Vl et Hl qui se propagent à des vitesses différentes. La composante H2 se propage selon l'axe rapide et atteint l'autre extrémité de tronçon Fl avant la composante V2 qui se propage selon l'axe lent. Ayant prévu précédemment que les longueurs des tronçons de fibre Fl et F2 sont égales à la moitié de la longueur de la fibre F, la composante H2 atteint l'extrémité du tronçon Fl un temps Δτ/2 avant la composante V2. Les axes de propagation PVl et PHl du tronçon de fibre Fl étant couplées respectivement aux axes de propagation PH2 et PV2 du tronçon F2, on peut considérer que le signal correspondant à la composante V2 dans le tronçon Fl se retrouve dans le tronçon F2 sous la forme d'une composante H3. De même la composante H2 se retrouve sous forme de la composante V3. La composante H3 se propage maintenant selon l'axe rapide et la composante V3 selon l'axe lent. Il s'ensuit que la composante H3 va rattraper son retard de Δτ/2 qu'elle avait par rapport à la composante V3. Les deux composantes H4 et V4 arrivent donc au même instant à l'extrémité de sortie du tronçon de fibre F2. Cela suppose bien sûr que les deux tronçons de fibres Fl et F2 ont les mêmes caractéristiques.
La figure 2c représente le système de la figure 2b selon le même mode de représentation qu'en figure 1. On voit donc qu'en sortie du tronçon de fibre F2, les composantes H4 et V4 sont en phase. Si en sortie du tronçon F2 il est prévu un coupleur, les signaux sont à nouveau l'objet d'une légère rotation de polarisation. La composante H4 donne lieu aux composantes H5 et V6 et la composante V4 donne lieu aux composantes V5 et H6. Après traversée d'un polariseur, on obtient donc les composantes H5 et H6 qui sont en phase. Dans ces conditions, selon l'invention, on prévoit que dans un système de transmission à fibres optiques à maintien de polarisation, on prévoit une liaison par fibres réalisée en au moins deux tronçons, comme cela vient d'être décrit, entre deux coupleurs ou entre deux zones de contrainte de la fibre, ou bien encore entre une zone de contrainte et un coupleur.
Selon un mode de réalisation simplifié, on peut également prévoir de choisir aléatoirement les orientations des tronçons . Lorsque le nombre de tronçons est important, la conversion FM-AM diminue. Par exemple, la figure 3 représente un exemple de réalisation dans lequel, les tronçons de fibres TFl et TF2 sont couplés avec les axes lents PVl et PV2 des deux tronçons en coïncidence et les axes rapides PHl et PH2 en coïncidence. Le tronçon de fibre TF3 est couplé au tronçon TF2 avec son axe rapide PH3 en coïncidence avec l'axe lent PV2 du tronçon TF2 et son axe lent PV3 en coïncidence avec l'axe rapide PH2 du tronçon TF2. Le tronçon de fibre TF4 est orienté de la même façon que les tronçon TFl et TF2 et est couplé au tronçon TF3 avec son axe lent PV4 en coïncidence avec l'axe rapide PH3 du tronçon TF4 et son axe rapide PH4 en coïncidence avec l'axe lent PV3 du tronçon TF3. Comme on peut le voir sur la figure 3, les tronçons de fibre peuvent avoir des longueurs différentes et peuvent ne pas être disposés régulièrement. L'essentiel est que, dans un système de transmission déterminé, le temps différentiel (différence de propagation selon les axes lent et rapide) global d'un ou plusieurs tronçons soit compensé par le temps différentiel des autres tronçons. C'est ainsi que dans le système de la figure 3, le temps différentiel total des tronçons TFl, TF2 et TF4 est compensé par le temps différentiel du tronçon TF3.
Néanmoins, il vaut mieux réaliser une véritable alternance. Un modèle analytique développé pour cela prouve qu'en effet, c'est, après le temps différentiel (DGD) de chaque tronçon, le temps différentiel DGD des tronçons consécutifs qui importe le plus. Les simulations numériques viennent là aussi confirmer ces prédictions . La compensation du temps différentiel (Δτ) d'un tronçon par celui d'un autre tronçon sera d'autant plus efficace que les temps différentiels seront quasiment égaux. Il vaut donc mieux des tronçons de longueurs proches . Enfin, pour éviter des rotations de polarisations entre deux tronçons devant se compenser l'un l'autre, un mode de réalisation préféré de l'invention consistera de souder les tronçons, mais un couplage des tronçons de fibres par des connecteurs est un mode de réalisation possible. En pratique, à partir d'un système à fibres optiques déjà monté, il suffit de couper les fibres à maintien de polarisation en tronçons de fibres exactement en leur milieu puis de les re-souder à 90°. Cette opération est facilement réalisable. Les figures 5a et 5b représentent des variantes de réalisation d'un système de transmission dans lequel on a trois tronçons ou plus et la longueur d'un des tronçons situé en position intermédiaire est une longueur dO imposée par des contraintes qui sortent du cadre de l'invention. Selon l'invention, on prévoit alors que les longueurs des tronçons intermédiaires sont égales à dO et que les tronçons d'extrémités ont des longueurs dO/2 moitiés de cette longueur.
La figure 5a représente, à titre d'exemple, un système comportant un nombre impair de tronçons de fibre, par exemple sept tronçons TFl à TF7. Les tronçons intermédiaires TF2 et TF6 ont chacun un temps de groupe différentiel déterminé. Les tronçons d'extrémités TFl et TF7 sont de constitutions similaires et ont chacun un temps de groupe différentiel qui est la moitié de celui des tronçons intermédiaires TF2 à TF6.
De façon pratique, si ces tronçons sont réalisés à partir de fibres de même nature, voire à partir de la même fibre, le système de la figure 5a est donc réalisé avec des tronçons intermédiaires TF2 à TF6 d'une longueur déterminée dO et avec des tronçons d'extrémités TFl et TF76 de longueurs moitié dl = dO/2.
Le temps de groupe différentiel du tronçon de fibre TF2 est compensé, par exemple, par le temps de groupe différentiel du tronçon TF3. Celui du tronçon de fibre TF4 est compensé par le temps de groupe du tronçon TF5 et celui du tronçon TF6 est compensé par la somme des temps différentiels des tronçons TFl et TF7.
Il convient donc de voir que le temps de groupe différentiel global des tronçons TF2, TF4 et TF6 est compensé par le temps de groupe différentiel global des tronçons TFl, TF3, TF5 et TF7. On a donc bien un système de transmission qui permet d'annuler le temps de groupe différentiel global du système. La figure 5b représente un système comportant un nombre pair de tronçons de fibre, six tronçons TFl à TF6 par exemple.
Comme dans l'exemple de la figure 5a, les tronçons intermédiaires TF2 à TF5 ont chacun un temps de groupe différentiel déterminé. Les tronçons d'extrémités TFl et TF6 sont de constitutions similaires et ont chacun un temps de groupe qui est la moitié de celui des tronçons intermédiaires TF2 à TF5. Par exemple, les tronçons de fibre TF2 à TF5 ont une longueur dO et les tronçons TFl et TF6 ont une longueur dl = dO/2.
La somme des temps de groupes différentiels des tronçons de fibre TF2 et TF4 est compensée par la somme des temps de groupes différentiels des tronçons TF3 et TF5. Le temps de groupe différentiel du tronçon de fibre TFl est compensé par le temps de groupe différentiel du tronçon TF6. On a donc également un système de transmission qui permet d'annuler le temps de groupe différentiel global du système de transmission. Donc, que le nombre de tronçons soit pair ou qu'il soit impair, on aura un système de transmission qui conserve la polarisation si les tronçons d'extrémités ont des temps de groupes différentiels équivalents et si les tronçons d'extrémités ont chacun un temps de transmission équivalent à la moitié du temps de groupe différentiel d'un tronçon intermédiaire.
Cependant, cette variante de l'invention est surtout intéressante dans le cas où le nombre de tronçons est impair car il arrive souvent qu'on ait intérêt à avoir, dans un système de transmission, les mêmes polarisations qui se propagent en entrée et en sortie sur les mêmes axes (lent et rapide) de transmission. On voit donc que, principalement, l'invention consiste à inverser les axes des fibres à maintien de polarisation pour compenser les différences de vitesse des composantes de polarisations d'un signal. Ces inversions pourront être aléatoires mais on pourra prévoir également une alternance de tronçons de même longueur.
Dans le cas où l'on prévoit des tronçons de même longueur, on pourra prévoir avantageusement des tronçons de longueurs moitié aux deux extrémités du système. Selon le type de système, des contraintes pourront être imposées, telles que la longueur totale du système à fibre optique ou le nombre de tronçons . Ce sera donc le modèle analytique ou une simulation numérique qui permettra de déterminer le nombre de tronçons de fibre et leurs longueurs . Encore plus avantageusement, les tronçons seront soudés sans contrainte deux par deux et non pas reliés par des connecteurs .
Il convient de noter que ces inversions des axes des tronçons de fibres n'ont pas pour objet de réaliser un filtrage ou pour rendre indépendant un capteur ou un système optique à l'état de polarisation d'un signal incident. Selon l'invention, il s'agit au contraire d'appliquer cette technique au transport d'un signal polarisé, en maintenant sa polarisation tout en évitant les distorsions.
Ceci n'était pas évident pour l'homme du métier car le transport d'un signal polarisé nécessite simplement de maintenir la polarisation et pas de tenir compte des « fuites » sur l'axe orthogonal (dues aux rotations au niveau des connecteurs) .
En d'autres termes, l'objet de l'invention est de maintenir la polarisation et non de rendre un processus physique indépendant de l'état de polarisation du signal. Il n'était pas évident a priori que croiser les axes d'une fibre serait utile au simple transport d'un signal.
Des simulations ont montré que, dans un système selon l'invention, la conversion FM-AM est quasiment supprimée et l'état de polarisation est maintenu comme dans le cas de la fibre polarisante. Mais, contrairement à cette dernière, les soudures entre fibres à maintien de polarisation sont faciles et la sensibilité aux pertes par micro-courbures est quasiment nulle. Enfin, cette solution est peu coûteuse. L'invention est plus particulièrement applicable dans tout transport par fibre d'un signal dont on veut maintenir l'état de polarisation. L'invention s'applique directement aux lasers de puissance mais également au domaine des télécommunications.
Dans un système de télécommunications, il serait intéressant de transmettre des signaux polarisés selon deux directions de polarisation orthogonales pour doubler les capacités de transmission. Cependant, en raison des rotations de polarisations dues aux contraintes qui peuvent exister dans les fibres et sont dues aux dispositifs de couplage, une partie d'un signal polarisé selon une direction risque de se retrouver polarisée selon l'autre direction et donc de perturber un signal qui se propage en même temps à une longueur d'onde très proche et qui est polarisé selon cette autre direction.
Pour pallier cet inconvénient, on prévoit, comme cela est représenté en figures 4a et 4b, un contrôleur de polarisations ou rotateur des directions de polarisations RO dont le rôle sera de faire tourner les polarisations des signaux transmis d'un angle correspondant à la somme des rotations de polarisations que ces signaux subiront dans le système de transmission. La rotation induite par le rotateur RO se fera en sens inverse de la rotation globale induite dans le système de transmission.
Sur la figure 4a, le rotateur de polarisation RO a été placé à la sortie du système et associé, par exemple, au coupleur C2. Sur la figure 4b, il a été placé à l'entrée du système.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de transmission par fibres optiques d'un signal polarisé comportant un système à fibres optiques à maintien de polarisation permettant de maintenir la polarisation du signal, ce système étant caractérisé en ce que ledit système à fibres optiques comporte au moins un premier et un deuxième tronçon de fibre à maintien de polarisation présentant chacun un axe de propagation lente et un axe de propagation rapide, une extrémité du premier tronçon de fibre étant couplée à une extrémité du deuxième tronçon de fibre de telle façon que l'axe de propagation lente du premier tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation rapide du deuxième tronçon de fibre et inversement, de telle façon que l'axe de propagation rapide du premier tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation lente du deuxième tronçon de fibre, le temps de groupe différentiel global d'un ou plusieurs tronçons étant égal au temps de groupe global des autres tronçons pour que le temps de groupe différentiel global dudit système à fibres optiques soit sensiblement nul.
2. Système de transmission selon la revendication 1, comportant un premier et un deuxième tronçon de fibre, les deux tronçons de fibres ayant des temps différentiels de groupes équivalents .
3. Système de transmission selon la revendication 2, dans lequel les deux tronçons de fibres sont fabriqués dans une même fibre.
4. Système de transmission selon la revendication 2, dans lequel les deux tronçons de fibres ont même longueur.
5. Système de transmission selon la revendication 2, comportant une pluralité de paires de tronçons .
6. Système de transmission selon la revendication 1, comportant une pluralité de tronçons de fibre (TFl à TF7) connectés en série, chaque tronçon étant couplé en série avec le tronçon voisin de telle façon que l'axe de propagation lente de chaque tronçon de fibre soit en coïncidence avec l'axe de propagation rapide du tronçon de fibre voisin, les tronçons intermédiaires (TF2 à TF6) de la série de tronçons ayant chacun un temps de groupe différentiel égal à une valeur déterminée, tandis que le premier et le dernier tronçon (TFl et TF7) de la série de tronçons ont chacun un temps de groupe différentiel équivalent à la moitié de ladite valeur déterminée.
7. Système de transmission selon la revendication 6, dans lequel les tronçons intermédiaires ont chacun une longueur déterminée (dO) et le premier et le dernier tronçon ont chacun une longueur équivalente à la moitié (dl=dO/2) de ladite longueur déterminée.
8. Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'extrémité d'un premier tronçon de fibre est couplée à l'extrémité d'un deuxième tronçon de fibre par soudure de ces extrémités .
9. Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'extrémité d'un premier tronçon de fibre est couplée à l'extrémité d'un deuxième tronçon de fibre par un dispositif de connectique.
10. Système de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le système à fibres optiques comporte un dispositif d'entrée (Cl) et un dispositif de sortie (C2) et le système de transmission comporte un rotateur de polarisations (RO) qui est associé au dispositif d'entrée ou au dispositif de sortie et permet de faire tourner les polarisations des signaux transmis audit système à fibres optiques d'un angle correspondant à la somme des rotations de polarisations induites par ledit système de fibres optiques et en sens inverse de la somme de ces rotations .
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