EP4677777A1 - Systeme de modulation configure pour controler la modulation d'un signal - Google Patents

Systeme de modulation configure pour controler la modulation d'un signal

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Publication number
EP4677777A1
EP4677777A1 EP23708806.7A EP23708806A EP4677777A1 EP 4677777 A1 EP4677777 A1 EP 4677777A1 EP 23708806 A EP23708806 A EP 23708806A EP 4677777 A1 EP4677777 A1 EP 4677777A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
modulation
signal
optical
equal
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23708806.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud GARDELEIN
Maeva FRANCO
Ammar Sharaiha
Pascal Morel
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Ecole Nationale dIngenieurs de Brest ENIB
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Ecole Nationale dIngenieurs de Brest ENIB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude, Ecole Nationale dIngenieurs de Brest ENIB filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4677777A1 publication Critical patent/EP4677777A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • 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
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
    • H04B10/2914—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing using lumped semiconductor optical amplifiers [SOA]
    • 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
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation

Definitions

  • the subject of the invention is a modulation system configured to control the modulation of an optical input signal.
  • the conversion of information from the electrical domain to the optical domain involves the use of a modulator.
  • US 10,097,281 B1 describes an optoelectronic data link system involving cryogenic cooling.
  • US 5,271,074 A describes an integrated optical waveguide apparatus.
  • amplitude modulation is pulse amplitude modulation, which is also called “PAM” modulation (the acronym for which stands for “Puse Amplitude Modulation”).
  • PAM pulse amplitude modulation
  • This modulation is a form of signal modulation in which message information is encoded according to the amplitude of a series of signal pulses. It is an analog pulse modulation scheme in which the amplitudes of a train of carrier pulses are varied depending on the sample value of the message signal.
  • quadrature amplitude modulation is also called “QAM” (the acronym for which stands for “Quadrature Amplitude Modulation”).
  • QAM Quadrature Amplitude Modulation
  • This modulation is a form of modulation of a carrier by modification of the amplitude of the carrier itself and of a quadrature wave according to the information carried by two input signals.
  • a quadrature is defined by a wave that is 90° out of phase with the carrier.
  • QAM modulation can be considered as an amplitude modulation of a wave, expressed in complex, by a signal, expressed in complex.
  • the amplitude and phase of the carrier are simultaneously modified depending on the information to be transmitted.
  • QAM constellations with a large number of points can be used to achieve higher data throughput. And QAM constellations with lower number of points are used to reduce modulation-induced noise and ensure low bit error rate.
  • Figures la, 1b and le illustrate a constellation diagram.
  • the constellation diagram is the representation of a signal modulated by digital modulation such as quadrature amplitude modulation (QAM).
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • the representation is located in a two-dimensional diagram whose axes delimit the complex plane at the symbol sampling times.
  • the points in the complex plane are the images of the symbols present at this given moment resulting from the modulation.
  • Constellation diagrams can be used to identify the type of interference or distortion in a signal.
  • a symbol can therefore be transmitted by modulating two carriers of the same frequency with these components. They are then called quadrature carriers.
  • a coherent detector is capable of demodulating these components separately. The principle of independently modulating two carriers forms the basis of quadrature modulation.
  • the two components of a symbol taken as a complex number can be visualized in a coordinate system with the real component as abscissa (I axis, or "in-phase”) and the imaginary component as ordinate (Q axis, or “in quadrature”). Showing all the symbols at a given time in this coordinate system constitutes the constellation diagram.
  • the points in a constellation diagram are called constellation points.
  • the constellation diagrams illustrated in Figures 1a, 1b and 1 show the different positions of the states in different orders of quadrature amplitude modulation (QAM16, QAM32 and QAM 64). As the modulation order increases, the number of points on the QAM constellation diagram increases.
  • PAM modulation Pulse amplitude modulation
  • PAM constellation diagrams are formed by a plurality of points defined along an axis.
  • the extinction ratio corresponds to the ratio in dB between the maximum power of the modulated signal compared to the minimum power of the modulated signal.
  • the extinction rate of the same amplifier at room temperature is around 20 dB.
  • the linear zone defines the power range for which the input signal is amplified to a desired gain less, for example, 1 or 3 dB.
  • the Mach-Zehnder modulator is an interferometer.
  • An interferometer is an instrument for forming and studying interference fringes.
  • the Mach-Zehnder modulator has an extinction rate of around 25 to 30 dB.
  • the Mach-Zehnder modulator exhibits a greatly reduced extinction rate in the quasi-linear region of the modulator. This is caused by the transfer function of this modulator which is sinusoidal in shape. This transfer function is conditioned by the voltage of a modulation signal. For such a modulator, the maximum multilevel modulation order does not exceed PAM-16, i.e. modulation on 16 distinct amplitude levels.
  • the electro-absorbing modulator is a reverse biased diode.
  • the diode is made from semiconductor materials.
  • the variation of the bias voltage modifies the absorption of an incident light wave.
  • the voltage range over which the electro-absorbing modulator is controlled is significantly lower than the Mach-Zehnder modulator.
  • the maximum multilevel modulation order does not exceed PAM-4, i.e. modulation on 4 distinct amplitude levels.
  • An amplifier is an electronic or opto-electronic system amplifying an electrical or optical signal. The energy required for amplification is drawn from the system's power supply. A perfect amplifier does not distort the input signal: the output signal is an exact replica of the input signal with increased power.
  • Amplifiers are used in almost all electronic and optical circuits: they make it possible to raise the voltage of an electrical signal or the power of an optical signal to a level usable by the rest of the system, to increase the current output of a sensor to allow transmission without interference, to provide maximum power sufficient to power a load such as a radio antenna or an electroacoustic speaker.
  • the bandwidth defines a frequency range in which the signal can be amplified.
  • the bandwidth defines a range of frequencies or wavelengths in which the signal can be amplified, frequency and wavelength being linked by the equation ' — ⁇ , with f defining the frequency of the light wave (defined in Hz), c defining the celerity (defined in ms-1) and X defining the wavelength of the light wave (defined in m).
  • Optical amplification is obtained by direct polarization.
  • Amplitude modulation of an incident optical signal can be obtained by varying the bias current. Varying the bias current modifies the gain of the semiconductor optical amplifier.
  • the extinction ratio of the semiconductor optical amplifier is typically of the order of 10 to 15 dB.
  • the maximum order of multilevel modulation does not exceed PAM-4, i.e. modulation on 4 distinct amplitude levels.
  • the invention aims to provide a system to meet these needs.
  • the present invention relates to a modulation system configured to control the modulation of a signal, the system comprising:
  • an optical modulator configured to receive: o an input signal formed by a carrier, and o a modulation signal
  • a cooling device configured to cool the optical modulator to a temperature greater than or equal to 10 K, preferably greater than or equal to 40K, and cool the optical modulator to a temperature less than or equal to 90 K, preferably greater than or equal to 80K.
  • the extinction rate of the optical modulator is of the order of 50 dB for a current of 100mA. This advantageously makes it possible to increase the gain in the linear zone of the optical modulator by approximately 15 dB.
  • the maximum order of multilevel modulation can reach for example PAM-32, namely modulation on 32 distinct amplitude levels.
  • the number of points in the constellation can reach at least 256 points in quadrature amplitude modulation, within the framework of electro-optical modulation.
  • the optical modulator by placing the optical modulator at such a cryogenic temperature, it is possible to reduce the noise at the level of the input signal and the modulation signal.
  • the linearity range of the modulator is increased compared to the modulation systems of the prior art.
  • This allows modulation of input signals whose envelope amplitude is not constant, as in orthogonal frequency division multiplexing (commonly called OFDM: “Orthogonal Frequency-Division Multiplexing”).
  • OFDM is a process for coding digital signals by orthogonal frequency distribution in the form of a plurality of subcarriers.
  • This technique helps combat frequency-selective channels by allowing low-complexity equalization. These channels appear in particular in the presence of multiple paths and are all the more penalizing as the transmission rate is high.
  • the modulation system may also include one or more of the characteristics below, considered individually or in all technically possible combinations: the optical modulator is a laser modulator; and/or the optical modulator is a modulator configured to receive a laser signal; and/or the laser modulator is a laser diode; and or the optical modulator is a modulator configured to receive a laser signal is a laser diode; and/or the optical modulator is a semiconductor optical amplifier or a reflective semiconductor optical amplifier; and/or the modulation signal is an electrical signal; and/or the modulation signal is an optical signal; and/or the semiconductor optical amplifier is a bidirectional component configured to receive a first optical input signal at one terminal and a second optical input signal, identical to the first optical input signal, at another terminal in opposite directions; and/or the input optical signal has a power greater than or equal to -30 dBm and less than or equal to +10 dBm; and/or the cooling device is active; and/or the cooling device is passive; and/or the cooling device is direct; and
  • a temperature regulation device comprising a temperature sensor arranged at a second location on the bar.
  • the present invention also relates to a modulation system configured to control the modulation of a signal, the system comprising:
  • an optical modulator configured to receive: o an input signal formed by a carrier, and o a modulation signal
  • a cooling device configured to cool the optical modulator to a cryogenic temperature.
  • Figure la is a representation of 'a constellation diagram of a quadrature amplitude modulation
  • Figure 1b is a representation of a constellation diagram of a quadrature amplitude modulation
  • Figure 1 is a representation of a constellation diagram of 'a quadrature amplitude modulation
  • Figure 2 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a first embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a second mode of embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a third embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a fourth embodiment
  • Figure 6 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a fifth embodiment
  • Figure 7 is a schematic representation of an interruption system according to the invention, according to a sixth embodiment
  • Figure 8 is a schematic representation of 'a constellation diagram of a quadrature amplitude modulation
  • a modulation system configured to control the modulation of a signal, the system comprising:
  • an optical modulator configured to receive: o an input signal formed by a carrier, and o a modulation signal
  • a cooling device configured to cool the optical modulator to a temperature greater than or equal to 10 K, preferably greater than or equal to 40K, and less than or equal to 90K, preferably less than or equal to 80 K.
  • the optical modulator is configured to receive an input optical signal including a carrier whose amplitude can vary.
  • the optical modulator can be a laser modulator, such as a laser diode, in the case of direct modulation.
  • the optical modulator is a semiconductor amplifier or a reflective semiconductor amplifier, in the case of indirect modulation.
  • the modulation signal has a bandwidth greater than or equal to 0.01 GHz and less than or equal to 100 GHz, preferably less than or equal to 40 GHz.
  • the temperature of the optical modulator determines the wavelength range at which the signal is modulated.
  • Figure 2 illustrates a modulation system 10 configured to control the modulation of a signal, the system comprising:
  • an optical modulator formed by a semiconductor amplifier AMP, configured to receive: o an optical input signal SOE formed by a carrier, and o a modulation signal SM,
  • a cooling device 12 configured to cool the optical modulator to a temperature greater than or equal to 10 K, preferably greater than or equal to 40K, and less than or equal to 90K, preferably less than or equal to 80 K.
  • the signal produced at the output of the optical modulator is a modulated optical signal.
  • the SM modulation signal may be an electrical signal.
  • the modulation signal is an optical signal.
  • the SM modulation signal provides the modulator with the information necessary for modifying the carrier of the SOE input optical signal.
  • the electrical modulation signal SM can be used to provide electrical power to a modulator in the form of a semiconductor optical amplifier AMP.
  • the semiconductor optical amplifier AMP provided a non-zero gain when the latter was subjected to a cryogenic temperature, greater than or equal to 10 K, preferably greater than or equal to 40K and less than or equal at 90 K, preferably less than or equal to 80 K, and that a low power supply, of the order of a few milliamps, was provided.
  • the semiconductor optical amplifier AMP being low energy consumption at this temperature, it is then possible to replace its power supply via an electrical SM modulation signal by an optical SM modulation signal, for example in the case of QAM16 quadrature modulation.
  • the modulation signal when the modulation signal is optical, this allows it to be deported.
  • the range of wavelengths over which an input signal can be modulated and the modulation options will be different from the wavelength ranges and modulation options permitted by a modulation signal in electrical form.
  • the power of the SOE input optical signal is at least 5 dB lower than the power of the SM modulation signal, preferably lower by at least 10 dB.
  • the power of the SOE input optical signal is lower than the power of the modulation signal so that the semiconductor optical amplifier AMP distinguishes the SM modulation signal from the SOE input optical signal.
  • the modulation signal of a solid-state amplifier AMP is the signal with the largest power among the SOE input optical signal and the SM modulation signal.
  • the power of the input optical signal is greater than or equal to -30 dBm, preferably greater than or equal to -10dBm and less than or equal to +10 dBm, preferably less than or equal to +5 dBm.
  • the dBm is a unit that expresses power in decibels (dB) relative to a reference value of 1 milliwatt (mW).
  • the SM modulation signal may have a different polarization than the SOE input optical signal.
  • the modulation signal SM is in electrical transverse mode, respectively in magnetic transverse mode and the optical input signal SOE is in magnetic transverse mode, respectively in electrical transverse mode.
  • the optical modulator is considered in the form of a semiconductor amplifier AMP.
  • Figures 2 to 10 cover a modulation system according to the invention comprising a semiconductor amplifier AMP.
  • the modulation signal is optical
  • the optical input signal and the optical modulation signal can be supplied jointly using a single optical fiber to the optical modulator, for example at one of the terminals of the AMP solid-state amplifier.
  • the AMP semiconductor optical amplifier is a bidirectional opto-electronic component.
  • a first optical input signal SOE1 and a second optical input signal SOE2, identical to the first optical input signal SOE1, are supplied to the semiconductor optical amplifier AMP in opposite directions via the terminals on either side of the amplifier.
  • the optical input signals SOE1 and SOE2 are considered counter-directional.
  • the second optical input signal SOE2 and the modulated optical signal SOM have been represented in a disjointed manner to define the direction of propagation of these signals.
  • the second optical input signal SOE2 and the modulated optical signal SOM are counter-propagation signals at the level of the same optical fiber.
  • the SM modulation signal and the SOE input optical signal have a different polarity and/or are transmitted to two opposite terminals of a semiconductor optical amplifier AMP.
  • the wavelength of the modulation signal and the SOE input optical signal may be different.
  • the wavelength of the modulation signal SM and the optical input signal SOE is different by at least 0.05 nm, preferably by at least 0.1 nm, preferably by at least 0.5 nm, preferably at least 1 nm, preferably at least 1.5 nm and even more preferably at least 5 nm.
  • the cooling device 12 of the modulation system 10 is preferably a cryogenic cooling device.
  • the cooling device 12 can be indirect.
  • the cooling device is considered indirect in the case where a cooling means does not act directly on the optical modulator but on an element, for example thermally conductive, on which the optical modulator is arranged.
  • the thermally conductive element, cooled by a cooling means will in turn cool, by thermal conduction, the optical modulator.
  • An indirect cooling device 12 can for example be formed by a thermally conductive bar which will be cooled at one of its ends by a cooling means.
  • the bar is configured to receive at least one optical modulator.
  • an indirect cooling device can make it possible to pool a means of cooling for several optical modulators on a thermally conductive bar, for example arranged at different locations.
  • the cooling device 12 can be direct.
  • the direct cooling device 12 is a device configured to apply a thermal variation directly to the optical modulator. Temperature control is carried out directly at the optical modulator.
  • a direct cooling device can be formed by a dedicated cooling means locally cooling the optical modulator(s), for example the semiconductor optical amplifier(s) AMP1, AMP2.
  • a direct cooling device 12 makes it possible to better control the temperature supplied to the at least one optical modulator.
  • the cooling device 12 may be a passive cooling device.
  • a passive cooling device may be a radiator in contact with the optical modulator.
  • the radiator radiates towards the outside of the modulation system, like a device for extracting thermal energy by radiation.
  • a cooling device 12 passive can also be formed by a cooling circuit comprising liquid nitrogen.
  • a passive cooling device has no energy input.
  • the energy consumption for maintaining the optical modulator(s), for example the semiconductor optical amplifier(s) AMP1, AMP2 at a cryogenic temperature is reduced.
  • a cooling device 12 may be active.
  • An active cooling device requires an energy supply to ensure cooling of the optical modulator. Despite the need for an energy supply, the temperature regulation of an optical modulator is faster and more reliable due to the control of the cooling device, by regulating its power supply.
  • Figure 4 illustrates a modulation device 10 comprising two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 or at least two reflective semiconductor optical amplifiers.
  • Each of the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 receives a respective input optical signal SOE1, SO2, each comprising a carrier, and a modulation signal SMI, SM2, so as to respectively provide a modulated optical signal SOM1, SOM2 .
  • At least of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 is cooled by the cooling device.
  • the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 are cooled by the same cooling device 12 or a respective cooling device.
  • the cooling device 12 can be shared using the same cooling device for two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2.
  • the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 can be maintained at the same temperature, for example when at least two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 are mounted in an integrated circuit 22 which is cooled by the cooling device 12.
  • the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 can be maintained at a different temperature.
  • two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 are maintained at temperatures having a difference greater than or equal to 5K, preferably a difference greater than or equal to 10K.
  • the amplifiers AMP1, AMP2 will modulate the optical input signals SOE1, SOE2 respectively received over different wavelength ranges.
  • the same SM modulation signal is shared for two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2.
  • the modulation of the optical input signals SOE1, SOE2 can be ensured simultaneously at the level of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2.
  • the optical input signal can be shared.
  • a single SOE input signal could be split in two and supplied to two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2.
  • Each of the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 receives a different modulation signal SMI, SM2, so as to respectively provide a modulated optical signal SOM1, SOM2.
  • the modulated optical signals SOM1, SOM2 are different
  • the optical input signal SOE and the modulation signal SM are respectively shared for at least two amplifiers.
  • the same modulated signal can be supplied to distinct locations simultaneously.
  • At least one semiconductor optical amplifier AMP, AMP1, AMP2 is a discrete component.
  • a single semiconductor optical amplifier AMP or a plurality of semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 can form part of an integrated circuit 22, as illustrated in FIG. 6.
  • the integrated circuit 22 is for example a circuit integrated photonics.
  • the cooling device 12, 12-1, 12-2 may comprise a temperature regulator. temperature 14, 14-1, 14-2 (shown in figure 8).
  • the temperature regulator 14, 14-1, 14-2 is configured to maintain the semiconductor optical amplifier AMP, AMP1, AMP2 at a target temperature.
  • the temperature regulator 14, 14-1, 14-2 makes it possible to compensate for the heat supplied by the modulation signal to the semiconductor optical amplifier AMP, AMP1, AMP2.
  • the temperature controller 14, 14-1, 14-2 can be used to control the temperature of one of the plurality of semiconductor optical amplifiers AMP, AMP1, AMP2, as illustrated in Figure 7.
  • the cooling device comprises a temperature regulator, the temperature regulator being configured to maintain the semiconductor optical amplifier at a target temperature with a margin less than or equal to 500 mK, preferably less than or equal to 200 mK, and greater than or equal to -500 mK, preferably greater than or equal to -200 mK.
  • each of the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 comprises a respective cooling device 12-1, 12-2 and a temperature regulator 14-1, 14- 2.
  • Such a system using cooling devices and respective temperature regulators, makes it possible to better control the temperature of each of the two semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2.
  • FIG. 9 illustrates an embodiment of the cooling device 14.
  • the cooling device 14 may comprise:
  • a temperature regulation device 14 comprising a temperature sensor 20 disposed at a second location E2 of the bar.
  • the bar 16 has a thermal conductivity greater than or equal to 20 watts per meter-kelvin.
  • the temperature at different locations of the bar 30 is different.
  • the bar 16 is made of copper.
  • the bar can be made of material having high thermal conductivity and the presence of a cold point 18 makes it possible to create a temperature gradient between the first place El where the cold source 18 is placed and an end E2 of the bar 16.
  • the positioning of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 is important to be at a desired target temperature Tl, T2.
  • the temperature of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 arranged on the bar 16 is conditioned by their location on the bar 16.
  • the cold point 18 corresponds to a cooling means configured to cool the bar 16 at a particular location on this bar 16, corresponding to the first location EL
  • the amplifiers placed closest to the cold point 18 have a colder temperature than the amplifiers furthest from the cold point 18.
  • the cooling means used is a cryogenic cooler.
  • the cold point 18 is preferably positioned at one end of the bar 16 to maximize the temperature gradient between a first end and a second end of the bar 30.
  • a temperature sensor 20 at a second location E2 of the bar 16 makes it possible to determine the temperature of the bar 16 at this second location E2.
  • the bar being in a conductive material, it can be determined, from the measurement of the temperature sensor 34, at least approximately the temperature at each point of the bar 16 and more particularly at the positions where the semi-automatic optical amplifiers are arranged.
  • the cooling device 12 can determine whether the temperature of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 corresponds to the desired target temperature.
  • the cooling device 12 controls the regulating device 14 to regulate the temperature of the cold point 18 of the bar 16 .
  • the cooling device independently controls the temperature Tl, T2 of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2. If one of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 is not at a desired target temperature, the temperature regulator 14 independently regulates the temperature of this amplifier AMP1, AMP2.
  • Each of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 is associated with a respective additional thermal source SI, S2.
  • Each of the additional thermal sources SI, S2 is associated with a respective additional thermal source SI, S2.
  • the N additional thermal sources are Peltier modules and/or resistors.
  • the Peltier modules make it possible to regulate the temperatures of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 by locally increasing or lowering their temperature.
  • the resistors make it possible to regulate the temperatures of the semiconductor optical amplifiers AMP1, AMP2 by locally increasing their temperature.
  • the embodiment, illustrated in Figure 10 is similar to the configuration illustrated in Figure 8, the temperature regulator 14 is however different.
  • the temperature regulator 14 no longer regulates the temperature of the cold point 18 of the bar 16 but directly regulates the temperature of the additional thermal sources SI, S2.
  • the embodiment illustrated in Figure 10 can be without the bar 16 and the cold point 18, the thermal sources SI and S2 supplying the cold to the semiconductor amplifiers SI, S2.

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Abstract

Système de modulation 10 configuré pour contrôler la modulation d'un signal, le système comprenant :  un modulateur optique configuré pour recevoir : o un signal d'entrée formé par une porteuse SOE, SOE1, SOE2, et o un signal de modulation SM, SM1, SM2,  un dispositif de refroidissement 12, 12-1, 12-2 configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et pour refroidir le modulateur optique à une température inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K.

Description

SYSTEME DE MODULATION CONFIGURE POUR CONTROLER LA
MODULATION D’UN SIGNAL
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention a pour objet un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal optique d’entrée
ETAT DE LA TECHNIQUE
La conversion d’information du domaine électrique vers le domaine optique implique l’usage d’un modulateur.
US 10 097 281 B1 décrit un système de liaison de données optoélectronique impliquant un refroidissement cryogénique. Et US 5 271 074 A décrit un appareil à guide d'onde optique intégré.
Il est connu d’avoir recours à des modulateurs permettant une modulation en amplitude.
Un exemple de modulation en amplitude est la modulation d’impulsions en amplitude, qui est également nommée modulation « PAM » (dont l’acronyme anglais signifie « Puise Amplitude Modulation »). Cette modulation est une forme de modulation du signal dans laquelle l'information de message est codée selon l'amplitude d'une série d'impulsions de signal. C'est un schéma de modulation des impulsions analogiques dans lequel les amplitudes d'un train d'impulsions de porteuse sont modifiées en fonction de la valeur d'échantillon du signal de message.
Un type de modulation alternative est la modulation d’amplitude en quadrature, cette modulation est également nommée « QAM » (dont l’acronyme anglais signifie « Quadrature Amplitude Modulation »). Cette modulation est une forme de modulation d'une porteuse par modification de l'amplitude de la porteuse elle-même et d'une onde en quadrature selon l'information transportée par deux signaux d'entrée. Une quadrature est définie par une onde qui est déphasée de 90° par rapport à la porteuse. Autrement dit, la modulation QAM peut être considérée comme une modulation d'amplitude d'une onde, exprimée en complexe, par un signal, exprimé en complexe. L’amplitude et la phase de la porteuse sont simultanément modifiées en fonction de l'information à transmettre.
Ces deux types de modulation sont connus pour comprendre une constellation de 16, 32 ou 64 points, comme illustrée en figures la, 1b et le, pour le cas de la modulation d’amplitude en quadrature.
Les constellations QAM ayant un nombre important de points peuvent être utilisées pour obtenir un débit de données plus important. Et les constellations QAM ayant un nombre de points plus faibles sont utilisées pour réduire le bruit induit par la modulation et garantir un faible taux d'erreur binaire.
Les figures la, 1b et le illustrent un diagramme de constellation. Le diagramme de constellation est la représentation d'un signal modulé par une modulation numérique comme la modulation d'amplitude en quadrature (QAM). La représentation se situe dans un diagramme bi-dimensionnel dont les axes délimitent le plan complexe aux instants d'échantillonnage des symboles. Les points dans le plan complexe sont les images des symboles présents à cet instant donné résultant de la modulation. Les diagrammes de constellation peuvent être utilisés pour identifier le type des interférences ou de la distorsion dans un signal.
Représenter un symbole comme un nombre complexe permet d'en extraire les parties réelles (cosinus) et imaginaires (sinus). Un symbole peut donc être transmis en modulant deux porteuses de même fréquence avec ces composantes. On les appelle alors porteuses en quadrature. Un détecteur cohérent est capable de démoduler séparément ces composantes. Le principe qui consiste à moduler indépendamment deux porteuses constitue la base de la modulation en quadrature.
Les deux composantes d'un symbole pris comme un nombre complexe peuvent être visualisées dans un système de coordonnées avec comme abscisse la composante réelle (axe des I, ou « en-phase ») et comme Ordonnée la composante imaginaire (axe des Q, ou « en quadrature »). Afficher l'ensemble des symboles à un instant donné dans ce système de coordonnées constitue le diagramme de constellation. Les points dans un diagramme de constellation sont appelés points de constellation. Les diagrammes de constellation illustrés en figures la, 1b et le montrent les différentes positions des états dans différents ordres de modulation d'amplitude en quadrature (QAM16, QAM32 et QAM 64). Plus l'ordre de la modulation augmente, plus le nombre de points sur le diagramme de constellation QAM augmente.
On peut voir sur ces diagrammes de constellation QAM, que plus l'ordre de modulation augmente, plus la distance entre les points de la constellation diminue pour une amplitude maximale donnée. Par conséquent, de petites quantités de bruit peuvent causer des problèmes plus importants lorsque l'ordre de modulation augmente.
Plus le niveau de bruit augmente en raison de la faiblesse des signaux, plus la zone couverte par un point de la constellation augmente. Si elle devient trop grande, le récepteur est incapable de déterminer la position du signal transmis sur la constellation, ce qui entraîne des erreurs. On constate également que plus l'ordre de modulation du signal QAM est élevé, plus la variation d'amplitude du signal transmis est importante si l’on veut maintenir une distance constante entre les points de la constellation.
Les mêmes enseignements s’appliquent pour une modulation d’impulsions en amplitude, dite modulation PAM. Toutefois, les diagrammes de constellation PAM sont formés par une pluralité de points définis le long d’un axe.
Pour pouvoir définir le nombre de points de la constellation, il est important de prendre en compte la zone linéaire et le taux d’extinction de l’amplificateur utilisé comme modulateur. Le taux d’extinction correspond au rapport en dB entre la puissance maximale du signal modulé par rapport à la puissance minimale du signal modulé. Le taux d’extinction du même amplificateur à température ambiante est de Tordre de 20 dB.
La zone linéaire définit la plage de puissances pour laquelle le signal d’entrée est amplifié à un gain désiré moins, par exemple, 1 ou 3 dB.
Pour convertir un signal électrique en signal optique, Il est connu d’utiliser des modulateurs de trois types, le modulateur Mach-Zehnder (communément appelé modulateur MZM), le modulateur électro-absorbant (communément appelé modulateur EAM) et l’usage d’un amplificateur à semi-conducteurs. Le modulateur Mach-Zehnder est un interféromètre. Un interféromètre est un instrument permettant de former et d'étudier des franges d'interférence. Le modulateur Mach-Zehnder possède un taux d’extinction de l’ordre de 25 à 30 dB.
Néanmoins, le modulateur Mach-Zehnder présente un taux d’extinction fortement réduit dans la zone quasi linéaire du modulateur. Ceci est causé par la fonction de transfert de ce modulateur qui est de forme sinusoïdale. Cette fonction de transfert est conditionnée par la tension d’un signal de modulation. Pour un tel modulateur, l’ordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-16, à savoir une modulation sur 16 niveaux d’amplitude distincts.
Le modulateur électro-absorbant est une diode polarisée inversée. La diode est constituée à partir de matériaux semi-conducteurs. La variation de la tension de polarisation modifie l’absorption d’une onde lumineuse incidente.
Ainsi, en fonction de la variation de la tension de polarisation, une modulation d'amplitude d’un signal optique incident en fonction d’une tension inverse appliquée est obtenue.
Toutefois, un tel dispositif présente une fonction de transfert qui présente une non-linéarité limitant le taux d’extinction dans la partie linéaire à uniquement 15dB.
La plage de tension sur laquelle le modulateur électro-absorbant est commandé est largement plus faible que le modulateur Mach-Zehnder. Pour le modulateur électro-absorbant, Tordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-4, à savoir une modulation sur 4 niveaux d’amplitude distincts.
Un amplificateur est un système électronique ou opto-électronique amplifiant un signal électrique ou optique. L’énergie nécessaire à l’amplification est tirée de l’alimentation électrique du système. Un amplificateur parfait ne déforme pas le signal d’entrée : le signal de sortie est une réplique exacte du signal l’entrée avec une puissance majorée.
Les amplificateurs sont utilisés dans quasiment tous les circuits en électronique et en optique : ils permettent d’élever la tension d'un signal électrique ou la puissance d’un signal optique vers un niveau exploitable par le reste du système, d'augmenter le courant de sortie d’un capteur pour en permettre la transmission sans interférence, de fournir une puissance maximale suffisante pour alimenter une charge comme une antenne radioélectrique ou une enceinte él ectroacousti que .
Un amplificateur permet d’amplifier un signal pour une certaine bande passante. Dans le cas d’un circuit électrique, la bande passante définit une plage de fréquences dans laquelle le signal peut être amplifié. Dans le cas d’un circuit optique, la bande passante définit une plage de fréquences ou de longueurs d’onde dans laquelle le signal peut être amplifié, fréquence et longueur d’onde étant liées par l’équation ' — Â,, avec f définissant la fréquence de l’onde lumineuse (définie en Hz), c définissant la célérité (définie en m.s-1) et X définissant la longueur d’onde de l’onde lumineuse (définie en m).
L’amplification optique est obtenue en polarisation directe. Une modulation d'amplitude d’un signal optique incident peut être obtenue par la variation du courant de polarisation. La variation du courant de polarisation modifie le gain de l’amplificateur optique à semi- conducteurs.
Le taux d’extinction de l’amplificateur optique à semi-conducteurs est typiquement de l’ordre de 10 à 15 dB. Pour un amplificateur optique à semi -conducteurs ou d’un un amplificateur optique à semi -conducteurs réflectif, l’ordre maximal de modulation multiniveaux ne dépasse pas PAM-4, à savoir une modulation sur 4 niveaux d’amplitude distincts.
Il existe donc un besoin de pouvoir augmenter la zone linéaire sur laquelle le signal peut être modulée et le nombre de points de constellations.
L’invention vise à fournir un système pour répondre à ces besoins.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
A cet effet, la présente invention a pour objet un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant :
• un modulateur optique configuré pour recevoir : o un signal d’entrée formé par une porteuse, et o un signal de modulation,
• un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale 40K,et refroidir le modulateur optique à une température inférieure ou égale à 90 K, de préférence supérieure ou égale 80K.
Avantageusement, à une telle température cryogénique, le taux d’extinction du modulateur optique est de l’ordre de 50 dB pour un courant de 100mA. Ceci permet avantageusement d’augmenter d’environ 15 dB le gain dans la zone linéaire du modulateur optique.
Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, l’ordre maximal de modulation multiniveaux peut atteindre par exemple PAM-32, à savoir une modulation sur 32 niveaux d’amplitude distincts. Et le nombre de points de la constellation peut atteindre au moins 256 points en modulation d’amplitude en quadrature, dans le cadre d’une modulation électro-optique.
Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, permet de réduire le bruit au niveau du signal d’entrée et du signal de modulation.
Avantageusement, en plaçant le modulateur optique à une telle température cryogénique, la plage de linéarité du modulateur est augmentée par rapport aux systèmes de modulation de l’art antérieur. Cela permet une modulation de signaux d’entrée dont l’amplitude de l’enveloppe n’est pas constante, comme dans le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (communément appelé OFDM : « Orthogonal Frequency -Division Multiplexing »).
L’OFDM est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme d’une pluralité de sous-porteuses.
Cette technique permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en permettant une égalisation de faible complexité. Ces canaux se manifestent notamment en présence de trajets multiples et sont d’autant plus pénalisants que le débit de transmission est élevé.
Avantageusement, le système de modulation peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le modulateur optique est un modulateur laser ; et/ou le modulateur optique est un modulateur configuré pour recevoir un signal laser ; et/ou le modulateur laser est une diode laser ; et/ou le modulateur optique est un modulateur configuré pour recevoir un signal laser est une diode laser; et/ou le modulateur optique est un amplificateur optique à semi -conducteurs ou un amplificateur optique à semi-conducteurs réflectif ; et/ou le signal de modulation est un signal électrique ; et/ou le signal de modulation est un signal optique ; et/ou l’amplificateur optique à semi -conducteurs est un composant bidirectionnel configuré pour recevoir un premier signal optique d’entrée à une borne et un second signal optique d’entrée, identique au premier signal optique d’entrée, à une autre borne dans des directions opposées ; et/ou le signal optique d’entrée a une puissance supérieure ou égale à -30 dBm et inférieure ou égale à +10 dBm ; et/ou le dispositif de refroidissement est actif ; et/ou le dispositif de refroidissement est passif ; et/ou le dispositif de refroidissement est direct ; et/ou le dispositif de refroidissement est indirect ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend un régulateur de température, le régulateur de température étant configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi- conducteurs à une température cible avec une marge de une marge inférieure ou égale à 500 mK, de préférence inférieure ou égale à 200 mK, et supérieure ou égale à -500 mK, de préférence supérieure ou égale à -200 mK ; et/ou l’amplificateur optique à semi-conducteurs est monté sur un composant intégré ; et/ou le composant intégré est un composant intégré photonique ; et/ou le système de modulation comprend plusieurs amplificateurs optiques à semi- conducteurs ou plusieurs amplificateurs optiques à semi -conducteurs réflectifs ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend un dispositif de régulation de la température d’au moins deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs ; et/ou au moins deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs sont à une température différente ; et/ou le signal de modulation est un signal de modulation mutualisé pour chacun des amplificateurs optiques à semi-conducteurs ; et/ou le signal de modulation possède une bande passante supérieure ou égale à 0,01GHz et inférieure ou égale à 100 GHz, de préférence inférieure ou égale à 40 GHz ; et/ou le signal optique de modulation et le signal optique d’entrée ont des polarisations différentes ; et/ou la longueur d’onde du signal optique d’entrée diffère de la longueur d’onde du signal optique de modulation d’au moins 0,05 nm, préférentiellement d’au moins 0,1 nm, préférentiellement d’au moins 0,5 nm, préférentiellement d’au moins 1 nm, préférentiellement d’au moins 1,5 nm et encore plus préférentiellement d’au moins 5 nm ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend :
• un barreau en un matériau ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 20 watts par mètre-kelvin sur lequel sont disposés les amplificateurs,
• un point froid disposé à un premier endroit du barreau, et
• un dispositif de régulation de la température comprenant un capteur de température disposé à un deuxième endroit du barreau.
La présente invention a également pour objet un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant :
• un modulateur optique configuré pour recevoir : o un signal d’entrée formé par une porteuse, et o un signal de modulation,
• un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir à une le modulateur optique à une température cryogénique.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n’est donnée qu’à titre indicatif et qui n’a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures ci- dessous : la figure la est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, la figure 1b est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, la figure le est une représentation d’un diagramme de constellation d’une modulation d’amplitude en quadrature, la figure 2 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un premier mode de réalisation, la figure 3 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation, la figure 4 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un troisième mode de réalisation, la figure 5 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un quatrième mode de réalisation, la figure 6 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un cinquième mode de réalisation, la figure 7 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un sixième mode de réalisation, la figure 8 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un septième mode de réalisation, la figure 9 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un huitième mode de réalisation, et la figure 10 est une représentation schématique d’un système d’interruption selon l’invention, selon un neuvième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention porte sur un système de modulation configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant :
• un modulateur optique configuré pour recevoir : o un signal d’entrée formé par une porteuse, et o un signal de modulation,
• un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K.
Le modulateur optique est configuré pour recevoir un signal optique d’entrée comprenant une porteuse dont l’amplitude peut varier.
Le modulateur optique peut être un modulateur laser, tel qu’une diode laser, dans le cas d’une modulation directe. Dans un mode de réalisation alternatif, le modulateur optique est un amplificateur à semi- conducteurs ou un amplificateur à semi -conducteurs réflectif, dans le cas d’une modulation indirecte.
Le signal de modulation possède une bande passante supérieure ou égale à 0,01GHz et inférieure ou égale à 100 GHz, de préférence inférieure ou égale à 40 GHz. La température du modulateur optique conditionne la plage de longueur d’onde à laquelle le signal est modulé.
La figure 2 illustre un système de modulation 10 configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant :
• un modulateur optique, formé par un amplificateur à semi -conducteurs AMP, configuré pour recevoir : o un signal optique d’entrée SOE formé par une porteuse, et o un signal de modulation SM,
• un dispositif de refroidissement 12 configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K.
Le signal produit en sortie du modulateur optique est un signal optique modulé.
Le signal de modulation SM peut être un signal électrique. Alternativement, le signal de modulation est un signal optique. Le signal de modulation SM fournit au modulateur l’information nécessaire pour la modification de la porteuse du signal optique d’entrée SOE.
Avantageusement, le signal électrique de modulation SM peut servir à fournir l’alimentation électrique à un modulateur sous la forme d’un amplificateur optique à semi-conducteurs AMP.
Il a été remarqué de manière surprenante que l’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP fournissait un gain non nul quand ce dernier était soumis à une température cryogénique, supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K et inférieure ou égale à 90 K, de préférence inférieure ou égale à 80 K, et qu’une faible alimentation électrique, de l’ordre de quelques milliampères était fournie.
L’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP étant peu énergivore à cette température, il est alors possible de remplacer son alimentation via un signal de modulation SM électrique par un signal de modulation SM optique, par exemple dans le cas d’une modulation en quadrature QAM16.
Avantageusement, lorsque le signal de modulation est optique, cela permet à ce dernier d’être déporté.
Dans le cas d'un signal de modulation SM optique, la plage de longueurs d’onde sur lesquels un signal d’entrée peut être modulé et les options de modulation seront peuvent être différents des plages de longueurs d’ondes et des options de modulation permises par un signal de modulation sous la forme électrique.
Dans le cadre d’un système de modulation tout-optique, où le signal d’entrée et le signal de modulation sont optiques, la puissance du signal optique d’entrée SOE est inférieure d’au moins 5 dB par rapport à la puissance du signal de modulation SM, de préférence inférieure d’au moins 10 dB.
La puissance du signal optique d’entrée SOE est inférieure à la puissance du signal de modulation pour que l’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP distingue le signal de modulation SM du signal optique d’entrée SOE.
Le signal de modulation d’un amplificateur à semi -conducteurs AMP est le signal ayant la puissance la plus importante parmi le signal optique d’entrée SOE et le signal de modulation SM.
Dans un mode de réalisation, la puissance du signal optique d’entrée est supérieure ou égale à -30 dBm, de préférence supérieure ou égale à -lOdBm et inférieure ou égale à +10 dBm, de préférence inférieure ou égale à +5 dBm. Le dBm est une unité qui exprime une puissance en décibels (dB) par rapport à une valeur de référence de 1 milliwatt (mW).
Le signal de modulation SM peut avoir une polarisation différente de celle du signal optique d’entrée SOE. Par exemple, le signal de modulation SM est en mode transverse électrique, respectivement en mode transverse magnétique et le signal optique d’entrée SOE est en mode transverse magnétique, respectivement en mode transverse électrique.
Pour la suite de la description, le modulateur optique est considéré sous la forme d’un amplificateur à semi -conducteurs AMP. Les figures 2 à 10 couvrent un système de modulation selon l’invention comprenant un amplificateur à semi -conducteurs AMP. Dans le cas où le signal de modulation est optique, le signal optique d’entrée et le signal de modulation optique peuvent être fournis conjointement à l’aide d’une unique fibre optique au modulateur optique, par exemple à l’une des bornes de l’amplificateur à semi -conducteurs AMP.
L’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP est un composant opto-électronique bidirectionnel.
Dans un mode de réalisation, illustré en figure 3, un premier signal optique d’entrée SOE1 et un second signal optique d’entrée SOE2, identique au premier signal optique d’entrée SOE1, sont fournis à l’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP dans des directions opposées via les bornes disposées de part et d’autre de l’amplificateur. Les signaux optiques d’entrées SOE1 et SOE2 sont considérés contre-directionnels.
Pour faciliter la compréhension de la figure 3, le second signal optique d’entrée SOE2 et le signal optique modulé SOM ont été représentées de manière disjointe pour définir le sens de propagation de ces signaux. Toutefois, le second signal optique d’entrée SOE2 et le signal optique modulé SOM sont des signaux en contre-propagation au niveau d’une même fibre optique.
Dans un mode de réalisation, le signal de modulation SM et le signal optique d’entrée SOE ont une polarité différente et/ou sont transmis à deux bornes opposées d’un amplificateur optique à semi -conducteurs AMP.
Dans un autre mode de réalisation, la longueur d’onde du signal de modulation et du signal optique d’entrée SOE peut être différente. Par exemple, la longueur d’onde du signal de modulation SM et du signal optique d’entrée SOE est différente d’au moins 0,05nm préférentiellement d’au moins 0,1 nm, préférentiellement d’au moins 0,5 nm, préférentiellement d’au moins 1 nm, préférentiellement d’au moins 1,5 nm et encore plus préférentiellement d’au moins 5 nm.
Le dispositif de refroidissement 12 du système de modulation 10 est préférentiellement un dispositif de refroidissement cryogénique.
Le dispositif de refroidissement 12 peut être indirect. Le dispositif de refroidissement est considéré indirect dans le cas où un moyen de refroidissement n’agit pas directement sur le modulateur optique mais sur un élément par exemple thermiquement conducteur sur lequel est disposé le modulateur optique. L’élément thermiquement conducteur, refroidi par un moyen de refroidissement, refroidira à son tour, par conduction thermique, le modulateur optique.
Un dispositif de refroidissement 12 indirect peut par exemple être formé par un barreau thermiquement conducteur qui va être refroidi en une de ses extrémités par un moyen de refroidissement. Le barreau est configuré pour recevoir au moins un modulateur optique.
Avantageusement, un dispositif de refroidissement indirect peut permettre de mutualiser un moyen de refroidissent pour plusieurs modulateurs optiques sur un barreau thermiquement conducteur, par exemple disposés à différents emplacements.
Alternativement, le dispositif de refroidissement 12 peut être direct. Le dispositif de refroidissement 12 direct est un dispositif configuré pour appliquer une variation thermique directement au niveau du modulateur optique. Le contrôle de la température est réalisé directement au niveau du modulateur optique.
Un dispositif de refroidissement direct peut être formé par un moyen de refroidissement dédié venant refroidir localement le ou les modulateurs optiques, par exemple le ou les amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
Avantageusement, il n’est pas nécessaire d’avoir recours à une structure thermique conductrice sur laquelle serait disposé le ou les modulateurs optiques.
Avantageusement, l’usage d’un dispositif de refroidissement 12 direct permet de mieux contrôler la température fournie à l’au moins un modulateur optique.
Également, dans le cadre d’un dispositif de refroidissement 12 direct, il est plus facile et plus rapide de compenser une variation au niveau d’un modulateur optique. Il n’est pas nécessaire d’attendre qu’un élément conducteur atteigne la température désirée à l’emplacement où est disposé le modulateur optique.
Le dispositif de refroidissement 12 peut être un dispositif de refroidissement passif.
Par exemple, un dispositif de refroidissement passif peut être un radiateur en contact avec le modulateur optique. Le radiateur rayonne vers l'extérieur du système de modulation, tel un dispositif d'extraction d'énergie thermique par rayonnement. Un dispositif de refroidissement 12 passif peut également être formé par un circuit de refroidissement comprenant de l'azote liquide.
Un dispositif de refroidissement passif est dépourvu d’un apport énergétique. Avantageusement, la consommation énergétique pour maintenir le ou les modulateurs optiques, par exemple le ou les amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 à une température cryogénique est réduite.
Un dispositif de refroidissement 12 peut être actif. Un dispositif de refroidissement actif nécessite un apport énergétique pour assurer le refroidissement du modulateur optique. En dépit de la nécessité d’un apport énergétique, la régulation en température d’un modulateur optique est plus rapide et fiable du fait du contrôle du dispositif de refroidissement, en régulant son alimentation.
La figure 4 illustre un dispositif de modulation 10 comprenant deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 ou au moins deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs réflectifs. Chacun des deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 reçoit un signal optique d’entrée respectif SOE1, SO2, comprenant chacun une porteuse, et un signal de modulation SMI, SM2, de manière à fournir respectivement un signal optique modulé SOM1, SOM2.
Au moins des amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 est refroidi par le dispositif de refroidissement.
Dans un mode de réalisation, les deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 sont refroidis par le même dispositif de refroidissement 12 ou un dispositif de refroidissement respectif.
Avantageusement, le dispositif de refroidissement 12 peut être mutualisé en utilisant le même dispositif de refroidissement pour deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
Les deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 peuvent être maintenus à une même température, par exemple lorsqu’au moins deux amplificateurs optiques à semi- conducteurs AMP1, AMP2 sont montés dans un circuit intégré 22 qui est refroidit par le dispositif de refroidissement 12. Alternativement, les deux amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 peuvent être maintenus à une température différente. Par exemple, deux amplificateurs optiques à semi- conducteurs AMP1, AMP2 sont maintenu à des températures ayant un écart supérieur ou égal à 5K, préférentiellement un écart supérieur ou égal à 10K.
Avantageusement, les amplificateurs AMP1, AMP2 vont moduler les signaux optiques d’entrée SOE1, SOE2 respectivement reçus sur différentes plages de longueurs d’onde.
Dans un mode de réalisation, illustré en figure 5, le même signal de modulation SM est mutualisé pour deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
Avantageusement, de cette manière la modulation des signaux optiques d’entrée SOE1, SOE2 peut être assurée simultanément au niveau des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
De la même manière que dans le mode de réalisation illustré en figure 5, où le signal de modulation SM est mutualisé, le signal optique d’entrée peut être mutualisé. Un unique signal d’entrée SOE pourrait être divisé en deux et fourni à deux amplificateurs optiques à semi- conducteurs AMP1, AMP2. Chacun des deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 reçoit un signal de modulation SMI, SM2 différents, de manière à fournir respectivement un signal optique modulé SOM1, SOM2. Les signaux optiques modulés SOM1, SOM2 sont différents
Dans un mode de réalisation le signal optique d’entrée SOE et le signal de modulation SM sont respectivement mutualisés pour au moins deux amplificateurs.
Avantageusement, le même signal modulé peut être fourni à des endroits distincts simultanément.
Dans un mode de réalisation, au moins un amplificateur optique à semi -conducteurs AMP, AMP1, AMP2 est un composant discret.
Alternativement, un amplificateur optique à semi -conducteurs AMP seul ou une pluralité d’amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 peut former partie d’un circuit intégré 22, comme illustré en figure 6. Le circuit intégré 22 est par exemple un circuit intégré photonique. Pour assurer un contrôle précis de la température de l’au moins un ou chacun des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 du système de modulation 10, le dispositif de refroidissement 12, 12-1, 12-2 peut comprendre un régulateur de température 14, 14-1, 14-2 (illustré en figure 8).
Préférentiellement, le régulateur de température 14, 14-1, 14-2 est configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi-conducteurs AMP, AMP1, AMP2 à une température cible.
Avantageusement, un contrôle précis de la température de l’amplificateur optique à semi- conducteurs AMP, AMP1, AMP2 permet de contrôler précisément sur quelle plage de longueurs d’onde le signal d’entrée va être modulé.
Également, le régulateur de température 14, 14-1, 14-2 permet de compenser la chaleur fournie par le signal de modulation à l’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP, AMP1, AMP2. Plus la puissance du signal de modulation SM, SMI, SM2 est importante, plus la chaleur transmise ce signal est importante. De ce fait, pour assurer la bonne régulation thermique de la température du modulateur optique, par exemple de l’amplificateur optique à semi -conducteurs AMP, AMP1, AMP2, il est important de prendre en compte l'impact thermique du signal de modulation SM, SMI, SM2.
Le régulateur de température 14, 14-1, 14-2 peut être utilisée pour contrôler la température de l’un de la pluralité d’amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP, AMP1, AMP2, comme illustré en figure 7.
Par ailleurs, le dispositif de refroidissement comprend un régulateur de température, le régulateur de température étant configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi- conducteurs à une température cible avec une marge inférieure ou égale à 500 mK, de préférence inférieure ou égale à 200 mK, et supérieure ou égale à -500 mK, de préférence supérieure ou égale à -200 mK.
Avantageusement, un contrôle précis de la température de l’amplificateur optique à semi- conducteurs AMP peut être assuré. En ayant un contrôle précis de la température de l’amplificateur à semi -conducteurs AMP, il peut être contrôlé sur quelle plage de longueurs d’onde va être modulé le signal optique d’entrée SOE, SOE1, SOE2. La figure 8 représente un système de modulation selon l’invention dans lequel chacun des deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 comprend un dispositif de refroidissement respectif 12-1, 12-2 et un régulateur de température 14-1, 14-2.
Un tel système, utilisant des dispositifs de refroidissement et des régulateurs de température respectif permet de mieux contrôler de la température de chacun des deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
La figure 9 illustre un mode de réalisation du dispositif de refroidissement 14. Le dispositif refroidissement 14 peut comprendre :
• un barreau 16 en un matériau ayant une conductivité thermique élevée sur lequel sont disposés les N amplificateurs (dans le cas de la figure 9, deux amplificateurs AMP1 et AMP2 sont illustrés),
• un point froid 18 disposé à un premier endroit El du barreau 16, et
• un dispositif de régulation 14 de la température comprenant un capteur de température 20 disposé à un deuxième endroit E2 du barreau.
Préférentiellement, le barreau 16 a une conductivité thermique supérieure ou égale à 20 watts par mètre-kelvin. La température à différents emplacements du barreau 30 est différente.
Dans un mode de réalisation, le barreau 16 est en cuivre.
Le barreau peut être en matériau ayant une conductivité thermique élevée et la présence d’un point froid 18 permet de créer un gradient de température entre le premier endroit El où est disposée la source froide 18 et une extrémité E2 du barreau 16.
Avec un tel gradient de température, le positionnement des amplificateurs optiques à semi- conducteurs AMP1, AMP2 est important pour être à une température cible désirée Tl, T2.
La température des amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 disposés sur le barreau 16 est conditionnée par leur emplacement sur le barreau 16.
Le point froid 18 correspond à un moyen de refroidissement configuré pour refroidir le barreau 16 à un endroit particulier de ce barreau 16, correspondant au premier endroit EL
De cette manière, les amplificateurs disposés les plus proches du point froid 18 présentent une température plus froide que les amplificateurs les plus éloignés du point froid 18. Préférentiellement, le moyen de refroidissement utilisé est un refroidisseur cryogénique.
Le point froid 18 est préférentiellement positionné à une extrémité du barreau 16 pour maximiser le gradient de température entre une première extrémité et une seconde extrémité du barreau 30.
Le positionnement d’un capteur de température 20 à un second endroit E2 du barreau 16 permet de déterminer la température du barreau 16 à ce second endroit E2. Le barreau étant dans un matériau conducteur, il peut être déterminé, à partir de la mesure du capteur de température 34, au moins de façon approximative la température en chaque point du barreau 16 et plus particulièrement aux positions où sont disposés les amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2.
Avantageusement, à partir de la mesure de la température audit second endroit E2 du barreau 16, le dispositif refroidissement 12 peut déterminer si la température des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 correspond à la température cible désirée.
51 la température d’au moins un amplificateur optique à semi -conducteurs AMP1, AMP2 est différente de la température cible désirée Tl, T2, le dispositif de refroidissement 12 commande le dispositif de régulation 14 pour réguler la température du point froid 18 du barreau 16.
Dans un autre mode de réalisation illustré en figure 10, le dispositif de refroidissement contrôle de manière indépendante la température Tl, T2 des amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2. Si un des amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 n’est pas à une température cible désirée, le régulateur de température 14 régule de manière indépendante la température de cet amplificateur AMP1, AMP2.
Chacun des amplificateurs optiques à semi-conducteurs AMP1, AMP2 est associé à une source thermique additionnelle SI, S2 respective. Chacune des sources thermiques additionnelles SI,
52 est configurée pour réguler individuellement la température d’un des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2.
Dans un mode de réalisation, les N sources thermiques additionnelles sont des modules Peltier et/ou des résistances. Avantageusement, les modules Peltier permettent de réguler les températures des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 en augmentant ou en abaissant localement leur température.
Avantageusement, les résistances permettent de réguler les températures des amplificateurs optiques à semi -conducteurs AMP1, AMP2 en augmentant localement leur température.
Le mode de réalisation, illustré en figure 10, est similaire à la configuration illustrée en figure 8, le régulateur de température 14 est toutefois différent. Le régulateur de température 14 ne régule plus la température du point froid 18 du barreau 16 mais régule directement la température des sources thermiques additionnelles SI, S2.
Le mode de réalisation illustré en figure 10 peut être dépourvu du barreau 16 et du point froid 18, les sources thermiques SI et S2 fournissant le froid aux amplificateurs à semi -conducteurs SI, S2.
L’invention a été décrite ci-dessus avec l’aide de modes de réalisation présentés sur les figures, sans limitation du concept inventif général.
Bien d’autres modifications et variations se suggèrent d’elles-mêmes à l’homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés dans cette demande.
Ces modes de réalisation sont donnés à titre d’exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous.
Dans les revendications, le mot « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes. Le simple fait que différentes caractéristiques sont énumérées en revendications mutuellement dépendantes n’indique pas qu’une combinaison de ces caractéristiques ne puisse être avantageusement utilisée. Enfin, toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS Système de modulation (10) configuré pour contrôler la modulation d’un signal, le système comprenant :
• un modulateur optique configuré pour recevoir : o un signal d’entrée formé par une porteuse (SOE, SOE1, SOE2), et o un signal de modulation (SM, SMI, SM2),
• un dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) configuré pour refroidir le modulateur optique à une température supérieure ou égale à 10 K, de préférence supérieure ou égale à 40K, et pour refroidir le modulateur optique à une température inférieure ou égale à 90K, de préférence inférieure ou égale à 80 K. Le système de modulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur optique est un amplificateur optique à semi -conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) ou un amplificateur optique à semi-conducteurs réflectif. Le système de modulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de modulation (SM, SMI, SM2) est un signal électrique. Le système de modulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur optique est un modulateur configuré pour recevoir un signal laser. Le système de modulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modulateur configuré pour recevoir un signal laser est une diode laser. Le système de modulation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est direct. Le système de modulation selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est indirect. Le système de modulation selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) comprend un régulateur de température (14, 14-1, 14-2), le régulateur de température étant configuré pour maintenir l’amplificateur optique à semi -conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) à une température cible (Tl, T2) avec une marge de ± 500 mK, de préférence ± 200 mK.
9. Le système de modulation selon Tune des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l’amplificateur optique à semi -conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) est monté sur un composant intégré (22).
10. Le système de modulation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composant intégré est un composant intégré photonique.
11. Le système de modulation selon Tune des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le système de modulation comprend plusieurs amplificateurs optiques à semi- conducteurs (AMP, AMP1, AMP2) ou plusieurs amplificateurs optiques à semi- conducteurs réflectifs.
12. Le système de modulation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le même dispositif de refroidissement (12, 12-1, 12-2) est configuré pour refroidir au moins deux amplificateurs optiques à semi -conducteurs (AMP, AMP1, AMP2).
13. Le système de modulation selon Tune des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de modulation (SM, SMI, SM2) possède une bande passante supérieure ou égale à 0,01GHz et inférieure ou égale à 100 GHz, de préférence inférieure ou égale à 40 GHz.
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