FR2522225A1 - Dispositif de telecommunication a fibre optique unimodale - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES. DES IMPULSIONS D'ENERGIE ELECTROMAGNETIQUE AYANT UNE PUISSANCE DE CRETE APPROPRIEE PEUVENT FORMER DES IMPULSIONS DU TYPE SOLITON DANS UNE FIBRE UNIMODALE 12. POUR CERTAINES PLAGES DE PUISSANCE DE CRETE, LA LARGEUR DE CES IMPULSIONS DIMINUE PENDANT LA PROPAGATION, CE QUI PERMET DE TRANSMETTRE DE TELLES IMPULSIONS SANS UTILISER DE REPETEUR, SI LES IMPULSIONS SONT AMPLIFIEES PERIODIQUEMENT DANS DES AMPLIFICATEURS NON ELECTRONIQUES 13 (C'EST-A-DIRE DES AMPLIFICATEURS DANS LESQUELS LES IMPULSIONS OPTIQUES CONSERVENT LA FORME D'IMPULSIONS OPTIQUES PENDANT TOUT LE PROCESSUS D'AMPLIFICATION). APPLICATION AUX TRANSMISSIONS DE DONNEES A LONGUE DISTANCE ET A DEBIT ELEVE.

Description

i La présente invention concerne un dispositif destiné

à la transmission de signaux sous forme d'impulsions électro-

magnétiques au moyen d'une fibre unimodale.

Des progrès impressionnants ont été accomplis récem-

ment dans le domaine des télécommunications optiques Des sys- tèmes installés à l'heure actuelle permettent la transmission de données à un débit d'un grand nombre de mégabits/seconde

sur des distances de plusieurs kilomètres entre répéteurs Ce-

pendant, du fait que les caractéristiques économiques de sys-

tèmes tels par exemple que les systèmes de c Cbles sous-marins intercontinentaux, sont fortement affectées par le débit et

l'écartement entre répéteurs, des travaux visant à l'amélio-

ration de tels paramètres des systèmes se poursuivent.

Bien que les fibres disponibles à l'heure actuelle puissent transmettre des signaux avec une atténuation et une

dispersion relativement faibles, et bien que des perfectionne-

ments supplémentaires puissent raisonnablement être prévus en

ce qui concerne ces caractéristiques, les liaisons de télé-

communications par fibre nécessitent, et continueront proba-

blement de nécessiter, la régénération du signal dans ce qu'on appelle des "répéteurs", à des points intermédiaires entre l'extrémité émettrice ou d'entrée et l'extrémité réceptrice

ou de sortie de la voie de communication par fibre Les ex-

pressions "extrémité d'entrée" et "extrémité de sortie" s'ap-

pliquent évidemment à une transmission particulière et peuvent

être inversées pour une transmission suivante.

Les répéteurs remplissent de façon caractéristique deux fonctions, à savoir l'élévation du niveau de puissance

de l'impulsion de signal et la remise en forme de l'impulsion.

De plus, les répéteurs resynchronisent également fréquemment l'impulsion L'élévation du niveau de puissance est nécessaire à cause de l'atténuation subie par le signal dans n'importe quelle fibre réelle la remise en forme est nécessaire du fait

que les impulsions présentent de façon caractéristique un élar-

gissement à cause d'effets dispersifs dans la fibre On cons-

tate qu'une resynchronisation est souvent n-cessaire pour

maintenir un écartement correct entre les impulsions.

Les répéteurs utilisés dans les sy Etèmes de télé-

communications par fibre comprennent de façon caractéristique des moyens destinés à détecter le signal, par exemple une photodiode, des moyens destinés à travailler sur le signal de

sortie du photodétecteur, en effectuant par exemple une am-

plification et une remise en forme du signal de sortie élec-

trique du détecteur, et une source de rayonnement optique,

modulée de façon caractéristique par le signal de sortie am-

plifié et remis en forme du détecteur, ainsi que des moyens

destinés à injecter à nouveau dans la fibre le signal de sor-

tie de la source optique les répéteurs du type décrit sont non seulement utilisés actuellement, mais envisagés également

pour les systèmes de télécommunications par fibre futurs.

Voir par exemple Jl article de P E Radley, et A W Horsley, paru dans "Proceedings of the International Conference on Submarine Telecommunication Systems", Londres, février 1980,

pages 173-176.

Les répéteurs classiques sont de façon caractéristi-

que des dispositifs complexes comportant un nombre important

de composants Par exemple, un régénérateur optique caracté-

ristique contient environ 50 transistors (ibid, page 174).

Cette complexité "électronique", en particulier dans les sys-

tèmes à débit binaire élevé, ainsi que les problèmes de fia-

bilité qu'on rencontre avec les sources laser, font du coût des répéteurs un poste de coût important pour les systèmes de

télécommunications par fibre qu'on envisage à l'heure actuel-

le. la réaction classique à ces faits a consisté, entre autres, en un effort visant à améliorer la qualité des fibres,

dont le résultat est qu'un écartement entre répéteurs d'envi-

ron 50 km apparaît maintenant réalisable Néanmoins, les dif-

ficultés associées à l'utilisation de répéteurs sont suffi-

samment importantes pour qu'il y ait un interér St à considé-

rer des solutions de remplacement, et cette demande concerne

une telle solution de remplacement On va maintenant considé-

rer certaines caractéristiques des fibres qui interviennent

dans le cadre de l'invention.

Des impulsions d'énergie électromagnétique transmi- ses par une fibre optique subissent une atténuation et une dispersion, cette dernière conduisant à un élargissement de l'impulsion dans le domaine temporel Si un tel élargissement est suffisamment important, des impulsions adjacentes peuvent

se chevaucher, entraînant une perte de la possibilité de dé-

tecter le signal Dans une fibre unimodale (c'est-à-dire une fibre dans laquelle seul le mode fondamental du signal peut se propager à la longueur d'onde de fonctionnement du système),

les deux principaux mécanismes de dispersion sont la disper-

sion par la matière et la dispersion par le guide d'ondes Une matière d'indice de réfraction N présente une dispersion par la matière à la longueur d'onde z si: d 2 n à cette longueur d'onde Physiquement, ceci implique que la vitesse de phase d'une onde plane se propageant dans un tel milieu varie de façon non linéaire en fonction de la longueur d'onde et, par conséquent, une impulsion lumineuse s'élargit lorsqu'elle se propage dans un tel milieu La dispersion par le guide d'ondes dépend également de façon caractéristique de la longueur d'onde On appellera ici dispersion "chromatique"

la dispersion combinée par la matière et par le guide d'ondes.

A titre d'exemple caractéristique des valeurs des effets de

dispersion chromatique dans une fibre unimodale caractéristi-

que, une impulsion de 10 Ps ayant une longueur d'onde de por-

teuse de 1,5 Mm double sa largeur au bout d'environ 650 mètres.

Si dans un milieu on a: d N > O d A 2 sur la totalité d'un certain régime de longueur d'onde, on dit que le milieu présente une dispersion normale dans ce régime Au contraire, un régime de longueur d'onde sur la totalité duquel on a: d 2 N:< O d S 2 constitue un régime de dispersion anormale Dans la silice, par exemple, un régime de dispersion normale s'étend depuis les courtes longueurs d'onde jusqu'à environ 1,27 pm, et un

régime de dispersion anormale s'étend d'environ 1,27 pm jus-

qu'aux longueurs d'onde plus élevées Les deux régimes sont séparés par une longueur d'onde à laquelle: d 2 n c'est-à-dire à laquelle la dispersion par la matière est égale à zéro, au premier ordre Cette longueur d'onde dépend de la composition du milieu la longueur d'onde à laquelle la dispersion chromatique s'annule au premier ordre dépend

également de la composition et, de plus, elle dépend de pa-

ramètres de la fibre tels que le diamètre et le profil de dopage Elle peut par exemple s'élever jusqu'à environ 1,5 Pl dans des fibres unimodales à base de silice conçues de

façon appropriée.

Un choix naturel d'une longueur d'onde de porteuse

dans un système de télécommunications par fibre à débit éle-

vé correspond à la longueur d'onde du zéro du premier ordre de la dispersion chromatique dans la fibre Cependant, même

à cette longueur d'onde, il existe un élargissement de l'im-

pulsion dié aux termes d'ordre supérieur dans la dispersion.

Voir par exemple l'article de Fo P Kapron, paru dans Electro-

nics Ietters, Vol 13, pages 96-97, ( 1977).

Il a été proposé récemment d'utiliser la variation non linéaire de la constante diélectrique (effet Kerr) d'une

fibre unimodale pour compenser l'effet de la dispersion chro-

matique, c'est-à-dire d'utiliser des "solitons".

Une impulsion du type soliton apparaît lorsque l'effet d'élargissement dû à la dispersion chromatique est

équilibré par une contraction due à la variation non linéai-

re de l'indice de réfraction en fonction du champ électrique.

L'existence de solitons dans une fibre unimodale et la possi-

bilité de leur transmission en régime stationnaire ont été prévues par A Hasegawa et F Tappert dans un article paru dans Applied Physics Letters, Vol 23 ( 3), pages 142-144, ( 1973) Cet article traite des fibres unimodales sans pertes, et indique l'existence d'une puissance de crgte d'impulsion minimale, dépendant entre autres des paramètres de la fibre,

de la largeur d'impulsion et de la longueur d'onde de porteu-

se, au-dessus de laquelle des solitons peuvent exister Ces prévisions de Hasegawa et Tappert ont été vérifiées par la démonstration d'ume transmission exempte de dispersion d'une impulsion de 7 ps avec une puissance de crête d'environ 1 W,

à 1,45 vin, dans une fibre unimodale, sur une distance d'envi-

ron 700 m Voir l'article de L F Mollenauer et col paru dans Physical Review Letters, Vol 45 ( 13), pages 1095-1098, ( 1980) Mollenauer et col ont également vérifié la prévision

faite par Hasegawa et Tappert consistant en ce que des impul-

sions du type soliton ayant une puissance de cr Ate supérieure à la puissance de crtte dite "d'équilibre" Po subissent un

rétrécissement de la largeur d'impulsion.

A Hasegawa et Y Kodama ont proposé récemment d'uti-

liser des impulsions du type soliton dans des systèmes de té-

lécommunication par fibre unimodale à débit élevé Voir l'article paru dans la revue Proceedings of the IEEE, Vol. 69 ( 9), septembre 1981, pages 1145-1150 Cet article contient une étude détaillée des propriétés dessolitons dans une fibre

optique idéale et des effets de la dispersion d'ordre supé-

rieur et de l'atténuation sur les solitons, ainsi que des

exemples et des critères de conception.

Les systèmes de télécommunications proposés utilisent l'effet d'autoconfinement pour parvenir à des débits de transmission de données élevés Cependant, ils n'abordent pas

la question de la régénération des impulsions et les difficul-

tés inhérentes aux techniques de régénération classiques aux-

quelles on a fait allusion ci-dessus.

Un dispositif de télécommunication par fibre optique conforme à l'invention comprend une fibre optique unimodale capable de transmettre des impulsions du type soliton et un ou plusieurs amplificateurs non électroniques, chacun d'eux se trouvant en une position intermédiaire le long de la fibre, pour amplifier des impulsions du type soliton qui se propagent dans la fibre, -un amplificateur non électronique étant défini comme étant un amplificateur capable d'amplifier des signaux

sous forme d'impulsions optiques dans lequel les signaux con-

servent la forme d'impulsions optiques pendant tout le proces-

sus d'amplification.

Un exemple d'amplificateur approprié consiste en un laser à verre, c'està-dire un milieu consistant en verre, soit de façon caractéristique une fibre, dopé avec des espèces ioniques appropriées (c'est-à-dire des ions ayant des niveaux d'énergie séparés par une énergie pratiquement égale à hc I/ 0, en désignant par h la constante de Planck et par c par vitesse de la lumière dans le vide), ce milieu étant pompé avec un

rayonnement électromagnétique capable de produire une inver-

sion de population dans les niveaux d'énergie Un autre exem-

ple de moyen d'amplification consiste en un amplificateur Raman, c'est-àdire un milieu consistant en verre, soit de façon caractéristique une fibre, dans lequel lx se trouve à l'intérieur d'une bande de longueur d'onde de "Stokes" d'un rayonnement de pompage (voir par exemple l'ouvrage Optical Fiber Telecommunications, par S E Miller et A G Chynoweth,

Academic Press, ( 1979), pages 127-132) Un autre exemple en-

core de moyen d'amplification assure l'injection d'une onde entretenue de longueur d'onde pratiquement égale à hol en

phase avec le soliton, et ayant une amplitude notablement in-

férieure à l'amplitude de l'impulsion, grâce à quoi une aug-

mentation de l'amplitude d'impulsion peut se produire du fait d'une interaction non linéaire entre l'impulsion et l'onde entretenue Un autre exemple encore de moyen d'amplification consiste en un laser à semiconducteur qu'on fait fonctionner

en tant que milieu amplificateur.

les amplificateurs mentionnés ci-dessus sont des exemples d'amplificateurs non électroniques Ils ont tous la caractéristique commune qui consiste en ce qu'ils permettent

de préserver la phase de l'impulsion.

On notera qu'une impulsion de type soliton n'atteint pas sa forme et sa hauteur d'impulsion finales (c'est-à-dire asymptotiques) au moment de "l'amplification", c'est-à-dire

lorsque de l'énergie est transférée à l'impulsion (voir l'ar-

ticle cité de Hasegawa et Kodama) Au contraire, l'impulsion

subit de façon caractéristique un changement de largeur d'im-

pulsion et d'amplitude pendant qu'elle se propage dans la fi-

bre après avoir subi "l'amplification", pour atteindre sa

forme et son amplitude finales après propagation sur une dis-

tance de l'ordre de LNL, qui est un paramètre défini ci-des-

sous.

Il est avantageux de choisir la puissance et la lar-

geur initiales de l'impulsion ainsi que l'écartement entre amplificateurs et les facteurs d'amplification de façon que

les changements mentionnés ci-dessus consistent en un rétré-

cissement de l'impulsion et en une augmentation d'amplitude.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un exemple de système de télécommunication mettant en oeuvre l'invention;

la figure 2 représente des formes d'impulsions cal-

culées pour une paire d'impulsions du type soliton en l'ab-

sence d'amplification, et pour une paire d'impulsions linéai-

res; la figure 3 montre des formes d'impulsions calculées

pour une paire d'impulsions du type soliton amplifiées pério-

diquement; La figure 4 montre des formes d'impulsions calculées

pour une paire d'impulsions du type soliton avec injection pé-

riodique d'une onde entretenue, et pour la même paire en l'ab-

sence d'injection d'une onde entretenue; et Les figures 5 et 6 montrent des formes d'impulsions

calculées pour une paire d'impulsions du type soliton ampli-

fiées périodiquement, après propagation respective dans envi-

ron 1000 km et environ 6000 km de fibre.

Comme l'ontmontré Hasegawa et Kodama (article cité, page 1147), le champ électrique de crête d'équilibre 0 d'une impulsion du type soliton, c'està-dire le champ électrique de crête dans le signal qui fait que l'impulsion conserve sa forme indéfiniment dans une fibre idéale sans perte, est O R ( 2 ê 2 n/ 2) 1/2 t O r()

Dans cette expression, A est la longueur d'onde de la por-

teuse en espace libre, N est l'indice de réfraction de la fi-

bre, O W est la fréquence angulaire de la porteuse, t est la largeur à demi-impulsion et N 2 est l'indice de réfraction non linéaire de la fibre On peut utiliser l'équation ( 1) pour définir la puissance de crgte d'équilibre P: Po = ( 1/2)v 2 E O sn 2 ( 2)

Dans cette expression vg est la vitesse de groupe c/n, en dé-

signant par c la vitesse de la lumière, Eo est la constante

diélectrique du vide, S est l'aire de section droite de la fi-

bre et N est l'indice de réfraction de la fibre.

Comme l'ont montré Hasegawa et Kodama, une impulsion consistant en un seul soliton peut exister pour une puissance

de crête comprise entre un quart et neuf-quarts de P Un so-

liton ayant une puissance de crête comprise entre P et neuf-

quarts de P subira un rétrécissement d'impulsion pendant la

transmission et un soliton ayant une puissance de crgte compri-

se entre un quart de P et P subira un élargissement d'impul-

sion Ces auteurs indiquent également les exigences à satis-

faire pour produire une impulsion du type soliton, ainsi que les conditions à observer dans la conception d'un système de

transmission de solitons par fibre unimodale, et on ne répè-

tera pas ici ces exigences et ces conditions Des impulsions à plusieurs solitons ont des puissances de crête supérieures à neuf-quarts de P Bien que leur utilisation dans le cadre

de l'invention soit possible, elles ne sont pas préférées.

Il est commode de faire la distinction entre la ré-

génération d'une impulsion et l'amplification d'une impulsion.

On entend par"régénération" un processus dans lequel il y a

au moins augmentation de l'amplitude de l'impulsion et diminua-

tion de la largeur de l'impulsion La régénération est accom-

plie de façon caractéristique dans un dispositif identifiable,

qu'on appelle habituellement un répéteur, et elle fait inter-

venir de façon caractéristique un changement dans la nature de l'entité acheminant le signal, consistant en un passage des

photons à des électrons, par exemple, avec retour aux photons.

D'autre part on entend par 'amplification" un pro-

cessus par lequel seule l'amplitude de l'impulsion est nota-

blement changée, les moyens d'amplification ne comportant pas

de moyens destinés à changer la largeur ou la forme de l'im-

pulsion Le changement d'amplitude envisagé ici est une augmen-

tation Une partie au moins du processus d'amplification est

accomplie de façon caractéristique dans un dispositif identi-

fiable, qu'on appelle ici un amplificateur.

On n'exclut pas la possibilité de mettre en oeuvre l'invention en employant, en plus des amplificateurs, des moyens supplémentaires de mise en forme d'impulsions d'un type non électronique, par exemple des sections de fibre consistant

en une matière ayant un coefficient de Kerr élevé.

Du fait que l'atténuation de la fibre est le seul facteur qui contribue à la dégradation d'une impulsion du type

soliton, par étalement de l'impulsion, tandis que, simultané-

ment, ni l'atténuation ni la dispersion chromatique, y compris la dispersion d'ordre supérieur, ne changent notablement la

forme fondamentale de l'impulsion du type soliton, il est pos-

sible d'obtenir une voie préservant la largeur d'impulsion en prévoyant des moyens destinés à effectuer une amplification non électronique d'une impulsion du type soliton, sans qu'il

soit nécessaire d'employer des moyens de mise en forme d'im-

pulsion de type extrinsèque Ainsi, une amplification non

électronique de l'impulsion du type soliton remplace la régé-

nération d'impulsion de façon caractéristique plus complexe

qui était exigée jusqu'à présent.

la figure 1 représente schématiquement un système de télécommunication par fibre généralisé mettant en oeuvre l'invention Des impulsions de rayonnement électromagnétique,

émises par des moyens de génération d'impulsions 10,sont ap-

pliquées à une fibre unimodale 12 par des moyens de couplage 11 La génération des impulsions est commandée au moyen d'un signal d'entrée 15 Du fait que toute fibre réelle produit une atténuation des impulsions qu'elle transmet, les impulsions

qui arrivent à l'amplificateur non électronique 13 ont une am-

plitude inférieure à celle qu'elles avaient lorsqu'elles ont

été appliquées à l'extrémité d'entrée de la fibre Après am-

plification dans l'amplificateur 13, les impulsions poursuivent

leur propagation dans la fibre, en étant réamplifiées périodi-

quement dans des amplificateurs 13 supplémentaires, jusqu'à ce que ces impulsions atteignent l'extrémité de sortie de la voie de transmission et soient détectées par des moyens de détection

14 La remise en forme de l'impulsion a lieu de façon caracté-

ristique d'une manière inhérente pendant la transmission Les

moyens de détection fournissent un signal 16 qui contient es-

sentiellement l'information qui était acheminée par le signal 15. Une exigence pour l'existence d'impulsions du type soliton consiste en ce que la longueur d'onde de la porteuse

soit dans la région de dispersion anormale de la fibre On en-

tend par "longueur d'onde de la porteuse" la longueur d'onde centrale du spectre de l'impulsion Pour une fibre à base de silice, cette condition implique que la longueur d'onde de la porteuse soit supérieure à environ 1,27 pi Des longueurs

d'onde avantageuses pour le fonctionnement d'un système con-

forme à l'invention sont proches de 1,5 pm, du fait qu'une fibre à base de silice présente de façon caractéristique un minimum de perte dans cette région de longueur d'onde, la per- te de la fibre pouvant théoriquement descendre jusqu'à 0,2 d B/ km. On peut utiliser n'importe quelle source possible de rayonnement électromagnétique cohérent ayant la longueur

d'onde et l'intensité appropriées Par exemple, une telle sour-

ce pourrait consister en un laser à semiconducteur approprié ou en un laser à gaz L'homme de l'art conna It également des moyens pour appliquer à la fibre le rayonnement sous forme d'impulsions, et on n'envisagera pas ces moyens ici De façon similaire, l'homme de l'art connaît des moyens pour détecter les impulsions de signal et il n'est pas nécessaire de décrire

de tels moyens.

Des exemples de moyens d'amplification consistent en laser au verre dopé, en laser Raman, en milieux pour lasers à semiconducteurs, et en amplificateur employant une injection d'une onde entretenue, ce qui constitue une technique qu'on

envisagera ci-après de façon plus détaillée.

la figure-2 montre à des instants successifs l'évo-

lution calculée de la forme d'impulsion de deux impulsions

ayant à l'origine une largeur d'impulsion d'environ 14 ps cha-

cune, avec un écartement mutuel d'environ 57 ps, lorsque ces impulsions se propagent dans une fibre unimodale à base de

silice dont le coeur a une aire de section droite de 20 fm 2.

Les impulsions ont une longueur d'onde de porteuse de 1,5 pm, et on suppose que la fibre a une atténuation de 0,2 d B/km à cette longueur d'onde On suppose que les impulsions ont une amplitude d'entrée de 1,26 10 V/m, et la puissance de crête d'équilibre PO pour les conditions considérées est de 105 m W. Les courbes 20 sont les formes d'impulsion calculées pour des solitons, c'est-à-dire qu'on a utilisé dans le calcul l'indice

de réfraction non linéaire approprié (n 2 = 1,2 x 10-22 (m/V)2).

Comme on peut le voir sur la figure 2, en l'absence d'ampli-

fication les impulsions du type soliton s'élargissent suffisam-

ment pour que les impulsions soient pratiquement corfondues après 22,5 km Ia courbe 21 est la forme d'impulsion calculée pour deux impulsions linéaires ayant la même amplitude initiale

et la même largeur initiale que les impulsions de la courbe 20.

On entend par "linéaire" le fait que le coefficient non linéai-

re de l'indice de réfraction est supposé égal à zéro Comme on peut le voir, les impulsions linéaires ont subi un changement

radical au bout d'environ 7,5 km.

la figure 3 montre la forme d'impulsion calculée pour deux solitons amplifiés périodiquement On a supposé que la fibre avait les mêmes propriétés que sur la figure 2 et, de façon similaire, on a utilisé la même forme d'impulsion et la même amplitude initiales On a supposé qu'une amplification de 1,9 d B était effectuée après 9,4 km, 18,8 km et 28,2 km Comme on peut le voir, dans ces conditions, les impulsions du type soliton conservent pratiquement leur forme et leurs autres

caractéristiques.

la figure 4 montre les formes d'impulsion calculées pour deux solitons, initialement identiques à ceux considérés sur les figures 2 et 3, se propageant dans une fibre ayant des propriétés identiques à celles supposées précédemment, dans le

cas d'une injection périodique d'une onde entretenue On sup-

pose que l'onde entretenue a une longueur d'onde identique à la longueur d'onde de porteuse des impulsions, qu'elle est en phase avec le soliton et qu'elle a une amplitude égale à 1 t % de l'amplitude de crête initiale du soliton On suppose que l'injection a lieu à 9,4 km, 18,8 km et 28,2 km Comme on peut le voir sur la figure 4, dans les conditions considérées, les impulsions du type soliton conservent également pratiquement

leur forme et leurs autres caractéristiques.

les figures 5 et 6 montrent une paire calculée d'im-

pulsions du type soliton respectivement après 1080 km et 5940

km, avec une amplification d'environ 1,3 d B tous les 6,75 km.

Les propriétés supposées pour la fibre sont celles utilisées sur la figure 2, la puissance de crgte d'entrée est de 11,2 m W, la largeur moyenne de l'impulsion est d'environ 42 ps, l'écartement entre impulsions est d'environ 170 ps, et la lon- gueur d'onde de la porteuse est de 1,5 pim Ia courbe 50 sur les figures 5 et 6 représente l'impulsion d'entrée, la courbe 51 sur la figure 5 représente les solitons après transmission sur plus de 1000 km de fibre et la courbe 60 de la figure 6 représente la même paire de solitons après transmission sur environ 6000 km de fibre Comme on peut le voir, les formes d'impulsion sont remarquablement bien préservées dans les conditions envisagées Le changement d'écartement entre les

impulsions qui est observable sur la figure 6 est dû à l'in-

teraction entre les deux solitons.

Comme l'ont indiqué Hasegawa et Kodama (article ci-

té, page 1147), une impulsion ayant une puissance de crgte initiale autre que la puissance de crête d'équilibre subit pendant la propagation un changement de largeur d'impulsion

* et d'amplitude Par exemple, une impulsion d'entrée dont l'en-

veloppe est donnée par: asech(qo C) a'vecl/2 < a< 3/2 tend asymptotiquement vers une impulsion à un

seul soliton (en l'absence d'atténuation), dont la forme d'en-

veloppe est donnée par:

al qosech(a q O D).

a,, = ( 1 + 2 o), et a = 1 +o(, avec lo( < 1/2 o Ainsi, pour a= 3/2, qui est l'amplitude maximale possible pour une impulsion à un

seul soliton, a X = 2, la puissance de cr Ate du soliton asymp-

totique est environ quatre fois la puissance de crête de l'im-

pulsion d'entrée, et la largeur asymptotique est réduite à en-

viron la moitié de la largeur de l'impulsion initiale De fa-

çon similaire, si une impulsion du type soliton est amplifiée par un facteur a (a > 1), en l'absence de perte dans la fibre,

le soliton asymptotique résultant a une amplitude qui est aug-

mentée d'environ ( 2 a-1) fois par rapport à celle de l'impul-

sion du type soliton d'origine, et sa largeur est diminuée d'environ ( 2 a-î) fois par rapport à la largeur d'impulsion d'origine. Il faut noter qu'avant que la forme d'impulsion se stabilise à celle du soliton unique asymptotique correspondant,

elle oscille et l'impulsion perd une certaine quantité d'éner-

gie Pour une fibre à base de silice, la période d'oscillation LÉ, en mètres, est donnée approximativement par l'expression: i (m) = 5-3 A( M)S( M 2) dans laquelle P(W) est la puissance de crête de l'impulsion, en watts, ' (>im) est la longueur d'onde de porteuse, en ymi, et S est l'aire de section droite du coeur de la fibre, en pim 2 Un exemple de moyen destiné à amplifier l'impulsion du type soliton utilise l'injection dans la fibre d'une onde entretenue ayant essentiellement la m 4 me longueur d'onde et pratiquement la même phase que la porteuse du soliton Une telle injection peut faire apparaître une impulsion de type soliton plus étroite et d'amplitude plus grande Les parties

de l'onde entretenue qui ne sont pas utilisées pour l'amplifi-

cation de l'impulsion peuvent être éliminées par injection

supplémentaire d'une onde entretenue à des points d'amplifica-

tion ultérieurs positionnés de façon appropriée, produisant

des interférences destructives entre les ondes entretenues.

L'analyse montre que l'amplitude du soliton augmente d'environ Ir fois l'amplitude de l'onde entretenue et que la largeur diminue de la même quantité, si l'égalité de longueur d'onde et de phase entre la porteuse et l'onde entretenue est réalisée Ainsi, si une onde entretenue d'amplitude E O est

injectée dans une fibre chaque fois que l'amplitude du soli-

ton a diminué, à cause de l'atténuation, d'environ 1 r Eo, on

peut récupérer la structure de soliton d'origine.

On peut éviter une accumulation parasite d'ondes entretenues inutilisées si les points d'injection sont espacés de façon à produire des interférences destructives entre des

ondes entretenues injectées successivement, ces points d'injec-

tion donnant toujours simultanément des interférences additives avec la porteuse du soliton Ceci est possible du fait que la phase du soliton change continuellement pendant la propagation, tandis que l'onde entretenue conserve une phase constante. Hasegawa et Kodama (article cité) ont donné des expressions pour déterminer la phase du soliton en fonction de la distance de propagation, et on peut déterminer des points d'injection d'onde entretenue appropriés en utilisant ces expressions ou des expressions équivalentes Si la phase initiale du soliton est o O ' l'injection d'une onde entretenue est avantageusement effectuée après une distance de propagation T telle que la phase soit: ?:(T) = 21 r/m + -C

en désignant par m un entier positif.

A titre d'exemple de l'amplification par injection

répétée d'une onde entretenue, en utilisant les paramètres in-

diqués dans la description de la figure 2 ci-dessus, il est

possible de maintenir une impulsion du type soliton pratique-

ment inchangée, en injectant tous les 9,4 km une onde entrete-

nue ayant une amplitude de 1,8 105 V/m, si le soliton d'origine a une largeur d'environ 14 ps, ce qui donne une puissance de crgte d'équilibre d'environ 105 m W. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir

du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1.Dispositif de télécommunication par fibre optique

comprenant une fibre optique unimodale ( 12) capable de trans-

mettre des impulsions du type soliton, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs amplificateurs non électroniques ( 13), chacun d'eux se trouvant en une position intermédiaire le long de la fibre pour amplifier des impulsions du type soliton qui se propagent dans la fibre, un amplificateur non électronique étant défini comme étant un amplificateur capable d'amplifier des signaux d'impulsions optiques, dans lequel les signaux conservent la forme d'impulsions optiques pendant

cessus d'amplification.

2 Dispositif selon la revendication 1, en ce que l'amplificateur ou chaque amplificateur

te en un amplificateur à laser à verre.

3 Dispositif selon la revendication 1, en ce que l'amplificateur ou chaque amplificateur

te en un amplificateur Raman.

4 Dispositif selon la revendication 1, en ce que l'amplificateur ou chaque amplificateur

tout le pro-

caractérisé

( 13) consis-

caractérisé

( 13) consis-

caractérisé

( 13) com-

prend des moyens destinés à injecter dans la fibre un rayon-

nement électromagnétique consistant en une onde entretenue

qui est pratiquement en phase avec l'onde porteuse des impul-

sions. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'amplificateur ou chaque amplificateur ( 13) consis-

te en un amplificateur à laser à semiconducteur.