FR2558025A1 - Systeme de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simultanees par fibre optique - Google Patents
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Abstract
SELON L'INVENTION, LES TRANSMISSIONS DANS UN PREMIER SENS ENTRE UNE PREMIERE STATION 1 ET UNE SECONDE STATION 2 SONT ASSUREES PAR L'EMISSION E ET LE GUIDAGE PAR UNE FIBRE OPTIQUE DE LIAISON F
Description
SYSTEME DE LIAISON POUR DES TRANSMISSIONS BIDIRECTIONNELLES
SIMULTANEES PAR FIBRE OPTIQUE UNIQUE.
SIMULTANEES PAR FIBRE OPTIQUE UNIQUE.
La présente invention se rapporte à un système de liaisons optiques pour des transmissions de données bidirectionnelles simultanées par cable à fibre optique unique notamment pour un réseau de télédistribution.
La télédistribution, largement répandue dans certains pays, va encore se développer plus rapidement dans les prochaines années. Ce développement est facilité par l'utilisation de cables de liaisons à fibres optiques.
Dans les réseaux de télédistribution les plus simples, une station centrale transmet par un cable de liaison relié à des stations abonnées, un ou plusieurs programmes de télévision, des programmes de radiodiffusion
AM/FM, ainsi qu'éventuellement des messages destinés à des abonnés particuliers. La sélection s'effectue en accordant à l'aide de filtres le récepteur dont est muni l'abonné sur une bande de fréquence déterminée, associée à un programme particulier. Dans les réseaux plus élaborés, les transmissions sont bidirectionnelles. Ces réseaux permettent, outre les facilités qui viennent d'être énumérées, le raccordement au système de télédistribution d'appareils tels que telex par exemple.L'abonné peut alors transmettre au central des ordres pour choisir un programme particulier (TV, AM/FM) qui seul lui sera transmis, émettre des ordres relatifs aux autres services disponibles ou transmettre ses propres signaux.
AM/FM, ainsi qu'éventuellement des messages destinés à des abonnés particuliers. La sélection s'effectue en accordant à l'aide de filtres le récepteur dont est muni l'abonné sur une bande de fréquence déterminée, associée à un programme particulier. Dans les réseaux plus élaborés, les transmissions sont bidirectionnelles. Ces réseaux permettent, outre les facilités qui viennent d'être énumérées, le raccordement au système de télédistribution d'appareils tels que telex par exemple.L'abonné peut alors transmettre au central des ordres pour choisir un programme particulier (TV, AM/FM) qui seul lui sera transmis, émettre des ordres relatifs aux autres services disponibles ou transmettre ses propres signaux.
La transmission de signaux vidéo nécessite la mise en oeuvre de liaisons à fort débit ou ce qui est équivalent à large bande passante. Il a été tout d'abord utilisé, dans le cadre de la télédistribution, des liaisons par cables électriques, de types coaxiaux par exemple. Pour assurer un plus grand débit, il est avantageux de remplacer ces liaisons électriques par des liaisons par fibres optiques.
Par contre les signaux émis par l'abonné n'occupent généralement, pour ce type d'applications, qu'une bande de fréquences limitée.
Les transmissions optiques bidirectionnelles simultanées couramment utilisées peuvent se classer selon deux approches fondamentales.
Selon la première approche, les liaisons entre le central et les abonnés s'effectuent en utilisant une source de lumière d'une première longueur d'onde modulée par les informations à transmettre. Les liaisons inverses entre les abonnés et le central s'effectuent en utilisant une source de lumière d'une seconde longueur d'onde, également modulée par les informations à transmettre entre les abonnés et le central. Cette approche est, par exemple, décrite dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2.258.751 ou dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2.509.481
Selon la seconde approche, une seule longueur d'onde est mise en oeuvre pour les transmissions, d'une part, entre le central et les abonnés et, d'autre part, pour les transmissions inverses. La discrimination entre les deux sens de transmission s'effectue à l'aide de coupleurs directionnels.
Selon la seconde approche, une seule longueur d'onde est mise en oeuvre pour les transmissions, d'une part, entre le central et les abonnés et, d'autre part, pour les transmissions inverses. La discrimination entre les deux sens de transmission s'effectue à l'aide de coupleurs directionnels.
Cette approche est décrite par exemple, dans la demande de brevet français publiée sous le numéro 2.362.413.
Les couplages optiques entre le cable de télédistribution et les appareils émetteurs-récepteurs du central et ceux des abonnés doivent introduire le moins de pertes possibles. Il s'en suit que des organes de couplage à haut rendement doivent être utilisés. Si ces organes ne participent que pour une faible part au coût des installations du central, il n'en est pas de memes pour les appareils installés chez les abonnés.
Outre ces deux approches, une troisième approche pourrait être envisagée et consisterait à dédoubler le nombre de cables de liaisons pour réaliser des transmissions bidirectionnelles à l'aide de deux cables assurant des liaisons unidirectionnelles. Cette approche conduirait cependant à augmenter très fortement le prix de l'installation. D'autre part, seule la liaison dans le sens central-abonné est une liaison à fort débit (ou large bande passante). I1 s'en suit que la liaison inverse serait utilisée largement en dessous de ses capacités.
Enfin, il est à remarquer que selon toutes ces approches, il est nécessaire de disposer dans les installations de chaque abonné d'une source de lumière pour assurer les transmissions "retour".
Pour des raisons de coût, de fiabilité et de consommation électrique, il peut être intéressant d'éviter cette contrainte. En outre, l'alimention électrique de cette source doit le plus souvent être régulée, ce qui est une contrainte supplémentaire.
L'invention se fixe pour but un système de liaisons optiques pour assurer des transmissions bidirectionnelles simultanées par fibre optique unique palliant les inconvénients de l'Art Connu et ne nécessitant pas de sources de lumière dans les installations d'abonnés reliées à la station centrale.
L'invention a donc pour objet un système de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simultanées par une fibre optique unique entre une première station et une seconde- station, la première station comprennant des moyens d'émission-réception d'énergie rayonnante d'une longueur d'onde déterminée couplée optiquement à ladite fibre optique unique et injectant dans cette fibre optique une onde guidée de ladite longueur d'onde déterminée véhiculant des informations à transmettre à la seconde station; caractérisé en ce que la seconde station comporte un dispositif optique d'interface comprenant un rétroréflecteur modulable couplé optiquement à ladite fibre optique unique de liaison interceptant et réfléchissant une fraction de l'énergie lumineuse de l'onde guidée reçue par la seconde station, de manière à la transmettre, par la fibre optique unique de liaison, à la première station, et transmettant, sans modification, la fraction de l'onde non interceptée; des moyens de génération de signaux de commande et de modulation modulant l'intensité optique de la fraction de l'onde réfléchie, ces signaux représentant des informations à transmettre à la première station, et des moyens optoélectroniques de détection de la fraction d'énergie de l'onde non interceptée.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées:
- la figure 1 illustre schématiquement un système de liaisons pour des transmissions bidirectionnelles simultanées par fibre optique unique selon une des approches de l'Art Connu;
- la figure 2 illustre schématiquement un système de liaisons pour transmissions bidirectionnelles simultanées par fibre optique unique selon l'invention;
- la figure 3 illustre un exemple de réalisation pratique d'un tel système;
- les figures 4 à 12 sont relatives à des éléments de détails d'un tel système.
- la figure 1 illustre schématiquement un système de liaisons pour des transmissions bidirectionnelles simultanées par fibre optique unique selon une des approches de l'Art Connu;
- la figure 2 illustre schématiquement un système de liaisons pour transmissions bidirectionnelles simultanées par fibre optique unique selon l'invention;
- la figure 3 illustre un exemple de réalisation pratique d'un tel système;
- les figures 4 à 12 sont relatives à des éléments de détails d'un tel système.
La figure 1 illustre un exemple de système de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simultanées de signaux par fibre optique unique entre deux stations A et B selon l'art connu, dont l'architecture correspondant substantiellement à celle décrite dans la demande de brevet français publiée sous le n02.509.481.
Pour fixer les idées, on suppose que chaque station A et B comporte un émetteur de sigriaux, respectivement S1 et 52 et un récepteur de signaux, respectivement RE1 et RE2. Une première longueur d'onde -A 1 est utilisée pour les transmissions de signaux de la station A vers la station B et une seconde longueur d'onde X 2 pour les transmissions inverses. La source de signaux S1 est associée à un organe optoélectronique E1 d'émission, produisant un faisceau d'énergie radiante de la première longueur d'onde modulé par les signaux générés par l'émetteur S1. Le faisceau est transmis à la station B à l'aide d'une fibre optique de liaison unique f.L'énergie optique véhiculée par l'onde guidée est détectée par un détecteur opto-électronique
R2 qui génère en sortie un signal représentatif transmis au récepteur de signaux RE2.
R2 qui génère en sortie un signal représentatif transmis au récepteur de signaux RE2.
Dans la station B, l'émetteur de signaux 52 est associée à un organe optoélectronique E2 d'émission, produisant une énergie radiante de longueur d'onde X 2 transmise à la station A et détectée par un organe optoélectronique de détection R1 dont la sortie est connectée au récepteur RE1.
Selon la demande de brevet français précitée, les couplages optiques entre, d'une part, les détecteurs, R1 et R2, et les émetteurs, E1 et E2, et d'autre part, la fibre optique de liaison f, ainsi que la discrimination entre les longueurs d'ondes A 1 et -A 2' sont assurées de la manière qui va être rappelée dans ce qui suit.
La fibre optique f est essentiellement constituée d'un coeur C et d'une gaine G. Les extrémités de la fibre f sont coupées en biseau à 450 et traitées en surface pour présenter des propriétés dichrnlques et se comporter comme des miroirs, M10 et M20. Ce traitement consiste généralement à déposer une succession de couches minces en matériaux diélectriques dont la propriété est de transmettre les énergies de longueurs d'onde supérieures à une certaine longueur d'onde dite "de coupure" caractéristique du traitement appliqué et de réfléchir au contraire les énergies de longueurs d'onde inférieures. Les miroirs M10 et M20, de traitements diélectriques différents, représentent donc les extrémités de fibre.
La fibre f est prolongée, dans chaque station, par une autre fibre optique fi de même diamètre extérieur mais, dans une variante préférée, d'ouverture numérique et de section de coeur plus importantes. Ces dispositions améliorent le couplage optique entre la fibre de liaison f et la fibre fi appelée par la suite "fibre intermédiaire". Les organes d'émission optoélectroniques E1 et E2 sont placés contre la fibre f de façon à diriger le faisceau émis vers la partie centrale des plans M10 et M20. Cette disposition utilise la fibre f comme lentille cylindrique pour concentrer sur les plans M10 et
M20 les faisceaux issus des organes E1 et E2.L'injection transversale d'énergie radiante dans une fibre optique dont l'extrémité est coupée en biseau peut être réalisée par tout procédé et par exemple par celui décrit dans la demande de brevet français publiée sous le nO 2 328 973. Les organes optoélectriques de réception R1 et R2 sont directement placés aux extrémités de la fibre intermédiaire f.. La source de signaux Si est associée à un organe optoélectrique d'émission E1, produisant un faisceau de radiations de longueur d'onde A 1 modulé par les signaux de émetteur Sî et transmis à travers la fibre au plan dichrlque M10 qui réfléchit à 7r /2 radian ce faiseau d'énergie radiante vers la station B.Ce faisceau représenté en trait plein sur la figure, de longueur d'onde 1 1, traverse, dans la station B, le plan dichrolque M20 qui a la propriété d'être transparent pour cette longueur d'onde X 1 et vient exciter l'organe optoélectronique de détection R2. La sortie de cet organe optoélectronique de détection est reliée à l'appareil de réception RE2.
M20 les faisceaux issus des organes E1 et E2.L'injection transversale d'énergie radiante dans une fibre optique dont l'extrémité est coupée en biseau peut être réalisée par tout procédé et par exemple par celui décrit dans la demande de brevet français publiée sous le nO 2 328 973. Les organes optoélectriques de réception R1 et R2 sont directement placés aux extrémités de la fibre intermédiaire f.. La source de signaux Si est associée à un organe optoélectrique d'émission E1, produisant un faisceau de radiations de longueur d'onde A 1 modulé par les signaux de émetteur Sî et transmis à travers la fibre au plan dichrlque M10 qui réfléchit à 7r /2 radian ce faiseau d'énergie radiante vers la station B.Ce faisceau représenté en trait plein sur la figure, de longueur d'onde 1 1, traverse, dans la station B, le plan dichrolque M20 qui a la propriété d'être transparent pour cette longueur d'onde X 1 et vient exciter l'organe optoélectronique de détection R2. La sortie de cet organe optoélectronique de détection est reliée à l'appareil de réception RE2.
Dans l'autre, sens la longueur d'onde -A 2 du faisceau d'énergie radiante est différente de sorte que le plan dichroïque M20 est réfléchissant pour cette onde alors que le plan M10 est transparent. A part cette différence
dans la longueur d'onde des sources d'énergie- radiante, la transmission dans
le sens station A vers station B s'effectue de la même façon que dans le sens
station B vers station A.
dans la longueur d'onde des sources d'énergie- radiante, la transmission dans
le sens station A vers station B s'effectue de la même façon que dans le sens
station B vers station A.
Cette architecture de système qui permet la transmission dans les deux sens de signaux de largeurs de bandes équivalentes et qui n'utilise que des coupleurs optiques simples à réaliser, necessite cependant la mise en oeuvre de deux longueurs d'ondes différentes et la présence d'émetteurs de lumière dans les deux stations. En outre, l'aptitude à transmettre des signaux de mêmes largeurs de bandes quel que soit le sens de transmission ne constitue ni une nécessité ni un avantage important dans le cadre des applications envisagées par l'invention, puisque la transmission "retour" ne nécessite le plus souvent qu'une bande passante limitée.
Un système conforme à l'invention va maintenant être décrit.
La figure 2 illustre schématiquement les principales dispositions retenues. L'architecture proposée conserve les avantages principaux du système qui vient d'être décrit, et notamment l'utilisation d'une fibre optique unique, référencée fQ sur la figure 2.
La station principale, référencée 1, comporte un ensemble émetteur de lumière E1 source S1 de signaux de commande et de modulation SC1. Ces éléments sont analogues à ceux décrits en relation avec la figure 1.
Notamment, les signaux de commande et de modulation SC1 de l'énergie radiante émise par la source de lumière E1 peuvent être des signaux à large bande, par exemple des signaux représentant des informations vidéo.
La source de lumière E1 est couplée optiquement à la fibre optique f Q, assurant les liaisons entre la station principale 1 et une station d'abonné 2, via un coupleur optique CO1 à faible taux de prélèvement. I1 s'en suit que la plus grande part de énergie émise est transmise à la station 2.
Celle-ci comporte un dispositif optique d'interface I2 qui sera décrit plus en détail ultérieurement. Il est dévolu à ce dispositif, selon un des aspects les plus importants de l'invention, un rôle double: d'une part le dispositif réfléchit et retransmet après modulation une faible fraction O2 de l'énergie lumineuse incidente 01, et, d'autre part, transmet sans modifications la plus grande partie 0'1 de l'énergie lumineuse.
Le dispositif optique d'interface I2 est couplé optiquement à un organe de détection D2 qui convertit l'énergie détectée en signaux électriques de sortie VS2 en vue d'une utilisation ultérieure, ce de manière tout à fait classique.
Les signaux optiques réfléchis et retransmis à la station 1 par la fibre optique de liaison f g sous forme d'une onde guidée 2 sont, selon un aspect caractéristique de l'invention modulés par une source S2 de signaux de commande et de modulation SC2. Ces signaux occupent un spectre relativement étroit de fréquences comparé au large spectre des signaux vidéo.
L'onde O2 retransmise à la station .1 est prélevée par le coupleur CO1 et détectée par un organe opto-électronique de détection D1 qui convertit énergie lumineuse en signaux électriques de sortie VS1.
La figure 3 illustre schématiquement un exemple de réalisation concrète du système de liaison selon la figure 2.
La source de lumière E1 peut être constituée par une diode électroluminescente du type "gallium-aluminium-arsenic" (GaAlAs) émettant sur une longueur d'onde centrée sur 850 nm et dont la face émissive possède typiquement un diamètre inférieur à 50 micromètres environ. Cette diode est couplée optique ment à la fibre optique de liaison fQ par l'intermédiaire d'un connecteur détachable Clçl et d'une fibre optique intermédiaire fl.
Cette fibre a un diamètre de coeur typiquement superieur à 50 micromètres et on sélectionne, de préférence, une fibre optique à forte ouverture numérique, typiquement supérieure à 0,25.
A la différence près qu'une seule longueur d'onde est mise en oeuvre, conformément à un aspect important de l'invention, le coupleur optique CO1 à faible prélèvement peut être réalisé de façon analogue à celui décrit en relation avec la figure 1, c'est-à-dire en taillant la fibre optique 1 en biseau et en reconstituant la ligne de transmission en ménageant un interface optique approprié.
Tout autre type de coupleur CO1 à faible taux de prélèvement (typiquement inférieur ou égal à 0,5 dB) peut être mis en oeuvre.
A titre d'exemples, parmi d'autres possibles, les coupleurs décrits dans les brevets français publiés sous les numéro 2 362 413 ou numéro 2 284 892 conviennent parfaitement dans le cadre de l'invention.
Dans l'exemple de réalisation pratique illustré par la figure 3, une première photodiode PD10, comprise dans l'organe optoélectronique de détection D1, est placée en regard de la face biseautée et orientée dans l'espace de manière à capter l'énergie lumineuse réfléchie par la face biseautée constituant le coupleur optique CO1. Les signaux électriques générés par la photodiode sont transmis à un filtre électrique CF1 à bande passante étroite, sélectionnant les fréquences correspondantes aux signaux émis par la station 2 représentées en sortie par un signal VS1. Le traitement ultérieur de ce signal, qui sort du cadre de l'invention, est entièrement classique et ne nécessite pas de plus amples explications.
La diode électroluminescente E1 est commandée par un générateur GV1 de signaux électriques de commande et de modulation SC1, lui-même sous la commande de circuits CC1 électroniques de commande et de modulation recevant d'une source d'informations SI1 des signaux SSI1 à transmettre à la station 2.
De façon optionnelle, une seconde photodiode PD11 est également placée en regard des faces biseautées constituant le coupleur CO1 de manière à recevoir une faible fraction de l'énergie émise par la source E1 et prélevée par ce coupleur, la majeure partie de l'énergie émise étant transmise, via le second tronçon de la fibre optique f1 et le connecteur CD1, à la fibre optique de liaison f
Les signaux de sortie SPDll de la photodiode PD11 sont transmis aux circuits de commande CC1 et sont utilisés, en contre-réaction, comme signaux de régulation de niveau de la puissance optique émise par la diode électroluminescente E1. Une telle disposition est décrite dans le brevet français publié sous le numéro 2 277 492.Le signal de commande SC1, outre la composante représentant la modulation fonction des signaux SSI1 à transmettre, comprend alors également une composante correspondant aux fluctuations de puissance optique émise à corriger.
Les signaux de sortie SPDll de la photodiode PD11 sont transmis aux circuits de commande CC1 et sont utilisés, en contre-réaction, comme signaux de régulation de niveau de la puissance optique émise par la diode électroluminescente E1. Une telle disposition est décrite dans le brevet français publié sous le numéro 2 277 492.Le signal de commande SC1, outre la composante représentant la modulation fonction des signaux SSI1 à transmettre, comprend alors également une composante correspondant aux fluctuations de puissance optique émise à corriger.
Tous ces composants sont avantageusement rassemblés dans un boitier unique, muni du connecteur détachable CD1.
Dans la station "abonné" 2, l'élément principal, conformément à l'invention, est le dispositif optique d'interface 12 destiné à réfléchir et retransmettre - à la station 1 une fraction fixe 2 de l'énergie reçue, par exemple 10 96, fraction modulée par des signaux de commande SC2, et de transmettre sans modification la partie restante '1 de l'énergie lumineuse reçue Oî
Dans une variante préférée de l'invention, le dispositif 12 comprend deux lentilles L1 et L2 entre lesquelles est disposé un élément rétroréflecteur modulable ERM2, c'est-à-dire réflecteur partiel, et modulateur de l'énergie réfléchie 02. Cet élément sera décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit en relation avec les figures 5 à 12.
Dans une variante préférée de l'invention, le dispositif 12 comprend deux lentilles L1 et L2 entre lesquelles est disposé un élément rétroréflecteur modulable ERM2, c'est-à-dire réflecteur partiel, et modulateur de l'énergie réfléchie 02. Cet élément sera décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit en relation avec les figures 5 à 12.
Les signaux de commande et de modulation SC2 sont générés par un circuit électronique de commande et de modulation CC2 recevant des signaux à transmettre SSI2 d'une source locale d'informations 512. I1 peut s'agir, par exemple, d'un clavier d'entrée de données dans un système intéractif de télédistribution.
L'énergie '1 transmise sans modification est captée par une photodiode PD2 qui délivre en sortie un signal électrique SPD2 transmis à un filtre électrique CF2 sélectionnant le spectre des fréquences correspondant aux signaux transmis par la station 1.
La discrimination entre les signaux émis par les stations 1 et 2 peut donc être réalisée simplement en affectant à ces signaux des spectres différents.
La figure 4 illustre un diagramme typique de répartition des fréquence ces utilisées.
L'ordonnée représente, en valeur normalisée, l'amplitude des envelop ,ues des signaux SSI1 et Su12.
Typiquement les signaux SSI2 sont des signaux à spectre étroit de fréquences plus basses que celles associées aux signaux SSI1, spectre centré sur une fréquence F2.
Les signaux SSI1, par exemple un ou plusieurs canaux vidéo, occupent une bande de fréquence beaucoup plus importante, bornée par des fréquences de coupures, respectivement basse et haute, F'1 et F'2. Les filtres CF1 et CF2 ont des caractéristiques électriques appropriées aux bandes de fréquences à filtrer.
Cette manière d'opérer n'est cependant pas limitative de l'invention.
D'autres types de modulations et/ou de discriminations peuvent être mis en oeuvre, notamment la modulation de fréquence.
Le couplage optique entre la fibre optique de liaison f g et le dispositif optique d'interface 12, est assuré, via un connecteur détachable CD2, par une fibre optique intermédiaire f
La figure 5 illustre de façon plus détaillée, en éclaté, le dispositif d'interface 12. De manière préférentielle, les lentilles L1 et L2 sont des lentilles de types barreau d'axe optique a commun. Celles-ci sont constituées par des cylindres en verre ou en un autre matériau réfringent comportant une face convexe et une autre plane. Un exemple de réalisation est décrit dans l'article de HASHIMOTO- et NOSU: "Low-loss interference filters" paru dans la publication néerlandaise "Optical COmmunication
Conference; Conference Proceedings", 17-19 Septembre 1979, pages 11.5-1 à 11.5-4.
La figure 5 illustre de façon plus détaillée, en éclaté, le dispositif d'interface 12. De manière préférentielle, les lentilles L1 et L2 sont des lentilles de types barreau d'axe optique a commun. Celles-ci sont constituées par des cylindres en verre ou en un autre matériau réfringent comportant une face convexe et une autre plane. Un exemple de réalisation est décrit dans l'article de HASHIMOTO- et NOSU: "Low-loss interference filters" paru dans la publication néerlandaise "Optical COmmunication
Conference; Conference Proceedings", 17-19 Septembre 1979, pages 11.5-1 à 11.5-4.
D'autres types de lentilles sont également utilisables, par exemple des lentilles autofocalisatrices connues sous la marque déposée "SELFOC".
La première lentille L1 est disposée en regard d'une face terminale de la fibre optique f2 qui se comporte comme une source de lumière divergente. Cette lentille L1 est utilisée comme lentille collimatrice et produit donc un faisceau de rayons parallèles de section sensiblement circulaire qui est refocalisé par la lentille L2 couplée optiquement à la photodiode PD2.
Entre ces deux lentilles L1 et L2 est disposé l'élément optique ERM2 destiné à réfléchir et à moduler une partie du faisceau incident.
Cet élément optique ERM2 comprend une cellule à cristal liquide, du type nématique en hélice, à forte anisotropie diélectrique positive, disposée entre deux films polariseurs d'axes de polarisation parallèles. L'ensemble est complété par un miroir.
La figure 6 est un schéma optique illustrant la marche des rayons lumineux dans un tel dispositif. L'élément optique comprend les polariseurs
P1 et P2, la cellule CXL et le miroir M.
P1 et P2, la cellule CXL et le miroir M.
Le miroir M ne doit réfléchir qu'une faible fraction O2 du faisceau incident Oî
A cette fin, il n'occupe, en surface qu'une fraction correspondante des surfaces planes des lentilles L1 et L2 disposées en regard l'une à l'autre. Il en est de même des autres composants : P1, P2 et CXL, de l'élément optique ERM2.
A cette fin, il n'occupe, en surface qu'une fraction correspondante des surfaces planes des lentilles L1 et L2 disposées en regard l'une à l'autre. Il en est de même des autres composants : P1, P2 et CXL, de l'élément optique ERM2.
De façon préférentielle, comme illustré par la figure 7, ces éléments occupent un segment SA de la section circulaire des lentilles inscrit entre deux rayons formant un angle a. Le rapport entre l'angle a et 2 7r radians est directement proportionnel à la fraction du faisceau réfléchi 02, c'est-àdire à l'énergie retransmise.
Cette figure géométrique simple s'étendant de l'axe de symétrie A des lentilles à leur périphérie est un moyen pratique d'obtenir la réexcitation modale de tous les modes de transmission de la fibre optique de liaison f
La cellule à cristal liquide CXL comporte deux électrodes entre lesquelles sont appliqués les signaux de commande SC2.
La cellule à cristal liquide CXL comporte deux électrodes entre lesquelles sont appliqués les signaux de commande SC2.
Le fonctionnement de la cellule à cristal liquide CXL et plus généralement de l'élément optique ERM2 va maintenant être explicité par référence aux figures 8 à 12.
Sur ces figures, R1 représente une vibration lumineuse du faisceau incident O,. A la traversée du polariseur P1, la vibration R1 a été polarisée linéairement suivant une direction p que l'on suppose parallèle à un axe Y d'un trièdre de référence orthonomé XYZ.
Le fonctionnement de la cellule CXL à cristal liquide XL est illustré par les figures 8 et 9.
La cellule à cristal se compose essentiellement de deux parois planes supérieure et inférieure, respectivement V1 et V2, en verre tranparent par exemple. Ces deux parois supérieure et inférieure, ainsi que des parois latérales non représentées, délimitent un volume rempli de cristal liquide
XL. Le cristal liquide utilisé dans l'invention est du type nématique en hélice, à forte anisotropie diélectrique positive. On peut obtenir une telle configuration soit en frottant les parois V1 et V2 suivant des directions orthogonales entres elles, soit en soumettant ces parois à une évaporation de silice sous incidence rasante suivant ces mêmes directions. Les molécules du cristal liquide vont prendre des directions d'orientation toutes identiques pour un même plan XY de l'axe Z du trièdre orthonormé.Au voisinage de la paroi V1 cette orientation sera parallèle à la direction dans laquelle a été effectué le frottement. On suppose cette direction parallèle à la direction p.
XL. Le cristal liquide utilisé dans l'invention est du type nématique en hélice, à forte anisotropie diélectrique positive. On peut obtenir une telle configuration soit en frottant les parois V1 et V2 suivant des directions orthogonales entres elles, soit en soumettant ces parois à une évaporation de silice sous incidence rasante suivant ces mêmes directions. Les molécules du cristal liquide vont prendre des directions d'orientation toutes identiques pour un même plan XY de l'axe Z du trièdre orthonormé.Au voisinage de la paroi V1 cette orientation sera parallèle à la direction dans laquelle a été effectué le frottement. On suppose cette direction parallèle à la direction p.
II en est de même au voisinage de la paroi V2. Pour tout plan intermédiaire compris entre les parois V1 et V2 (suivant la direction z), les molécules du cristal liquide XL2 vont prendre des orientations pi qui vont tourner progressivement de la direction p à la direction p'. L'angle que forme ces deux directions est un angle de (X/2) radians. Les cellules comportent en outre deux électrodes planes E Q1 et E Q2 qui sont obtenus par une légère métallisation de la face interne des parois V1 et V2, de façon à ce que ces électrodes restent transparentes.
Si une vibration lumineuse polarisée Ri traverse la cellule de cristal liquide, la direction de polarisation p va tourner pour être en tous points de l'axe Z parallèle aux directions privilégiées pi de l'orientation des molécules du cristal liquide. La vibration lumineuse R1 émerge de la cellule à cristal liquide avec une direction de polarisation p' orthogonale à p. Ceci est vrai en l'absence de différence de potentiel appliquée aux bornes des électrodes EZ 1 et EZ 2 c'est à dire pour SC2 = 0.
Lorsqu'on soumet ces électrodes à une différence de potentiel, les molécules de cristal liquide XL vont basculer et prendre, si cette différence de potentiel est suffisante, une orientation parallèle à l'axe Z, comme représenté sur la figure 9. 1l s'en suit qu'une vibration lumineuse polarisée
R1 traversant la cellule à cristal liquide garde sa direction de polarisation inchangée. La vibration émergente a une direction de polarisation p' parallèle à p.
R1 traversant la cellule à cristal liquide garde sa direction de polarisation inchangée. La vibration émergente a une direction de polarisation p' parallèle à p.
Pour qu'il y ait rotation de la direction de polarisation de (ir /2) radians en l'absence de tension, il est nécessaire que la relation suivante soit satisfaite:
dans laquelle x d est l'épaisseur de la lame de cristal liquide de la cellule CXL X X est la longueur d'onde de l'onde incidente x An l'anisotropie optique.
dans laquelle x d est l'épaisseur de la lame de cristal liquide de la cellule CXL X X est la longueur d'onde de l'onde incidente x An l'anisotropie optique.
A titre d'exemple non limitatif. le cristal liquide XL Deut être du
Pentyl-cyano-biphényl:
Pentyl-cyano-biphényl:
Un tel cristal a une anisotropie diélectrique positive d'environ 10.
L'épaisseur d de la lame de cristal liquide est comprise typiquement dans une gamme 10 à 20 micromètres. Dans ces conditions la tension nécessaire pour faire basculer l'orientation moléculaire est de 1, 2 volt, tension que l'on référence SEUIL'
La figure 10 illustre l'allure delta courbe e (en radians) en fonction de la tension appliquée entre les électrodes E1 et E2.
La figure 10 illustre l'allure delta courbe e (en radians) en fonction de la tension appliquée entre les électrodes E1 et E2.
La cellule à cristal liquide est précédée et suivie de polariseurs linéaires respectivement P1 et P2. Les directions de polarisation de ces deux polariseurs sont parallèles. On peut utiliser des films Polaroid (marque déposée), par exemple les types NH42 ou NH35. Ces films peuvent être collés directement sur la face de sortie des cellules à cristal liquide.
L'anisotropie optique n est de l'ordre de 0,2 et la longueur d'onde utilisée -A = 8 500 nm.
La figure 1 1 explicite le fonctionnement global de l'élément optique
ERM2 dans les conditions d'opération de la cellule à cristal liquide CXL illustrées par la figure 8, c'est-à-dire pour SC2 = 0.
ERM2 dans les conditions d'opération de la cellule à cristal liquide CXL illustrées par la figure 8, c'est-à-dire pour SC2 = 0.
Dans ce cas, la direction de polarisation p de l'onde incidente, imposée par le polariseur P1, tourne de (r/2) radians. Le polariseur P2, de même direction privilégiée de polarisation que le polariseur P1, va interdire toute transmission de lumière vres le miroir M. Il s'en suit que l'énergie réfléchie par celui-ci est nulle. Il n'y a donc aucune énergie retransmise à la station 1.
La figure 12 illustre le fonctionnement global de l'élément optique
ERM2 dans les conditions d'opération de la cellule à cristal liquide CXL, c'est-à-dire que pour SC2 > SEUIL. Dans ce cas l'onde incidente R1, après traversée de la cellule CXL, conserve la direction de polarisation p imposée per le polariseur P1, c'est-à-dire que les directions de polarisation p et p' sont parallèles entre elles et parallèles à la direction de polarisation privilégiée du polariseur aval P2. Celui-ci transmet donc, avec une perte d'énergie négligeable, l'onde R1 au miroir M. Cette onde est réfléchie sous la forme d'une onde polarisée R2 conservant la même direction de polarisation p'. Cette onde retraverse ensuite la cellule à cristal liquide CXL toujours en conservant la même direction de polarisation et est transmise sans atténuation notable par le polariseur amont P1. Elle est ensuite réinjectée dans la fibre optique f2 par la lentille L1 et retransmise à la station 1.
ERM2 dans les conditions d'opération de la cellule à cristal liquide CXL, c'est-à-dire que pour SC2 > SEUIL. Dans ce cas l'onde incidente R1, après traversée de la cellule CXL, conserve la direction de polarisation p imposée per le polariseur P1, c'est-à-dire que les directions de polarisation p et p' sont parallèles entre elles et parallèles à la direction de polarisation privilégiée du polariseur aval P2. Celui-ci transmet donc, avec une perte d'énergie négligeable, l'onde R1 au miroir M. Cette onde est réfléchie sous la forme d'une onde polarisée R2 conservant la même direction de polarisation p'. Cette onde retraverse ensuite la cellule à cristal liquide CXL toujours en conservant la même direction de polarisation et est transmise sans atténuation notable par le polariseur amont P1. Elle est ensuite réinjectée dans la fibre optique f2 par la lentille L1 et retransmise à la station 1.
L'ensemble des composants de l'élément optique ERM2 jouent donc le rôle d'un rétroflecteur modulable.
Les deux exemples de fonctionnements qui viennent d'être décrits constituent des cas de fonctionnements extrêmes. Ce processus peut être utilisé tel quel pour une modulation de type "tout ou rien". On obtint alors un signal retransmis de type impulsionnel de fréquence de récurrence égale à F2.
Une modulation pseudo-linéaire en amplitude peut être mise en oeuvre si l'on se place sur la courbe de la figure 10 à un point de repos situé à environ 0,6 volts, c'est-à-dire en imposant une composante continue au signal SC2 et en faisant varier celui-ci de part et d'autre de ce point de repos.
Dans tous les cas, seule la fraction du faisceau incident Oî interceptée par l'élément ERM2 subit une polarisation, la fraction transmise '1 qui représente typiquement 90% ne subit aucune modification.
Il va de soi que les lentilles L1 et L2 peuvent être fixées l'une sur l'autre par collage à l'aide d'une colle transparente d'indice de réfraction convenable ou par tout autre procédé, enserant l'élément ERM2. L'ensemble est donc compact et ne présente pas de difficultés notables de fabrication. Il s'en suit que l'élément ERM2 est tout à la fois fiable et bon marché.
En outre, l'architecture du système, avec les dispositions retenues dans le cadre de l'invention, favorise une transmission avec le minimum de pertes optiques des signaux à large bande dans le sens "station centrale 1 - station abonné 2" ou voie "aller" et permet une réception de ces signaux dans des conditions optimisées.
Enfin, vue la nature des signaux transmis dans le sens opposé ou voie "retour", dans les applications envisagées, le bilan énergétique permet des conditions de transmission également convenables pour ces signaux.
Pour fixer les idées, un exemple de transmissions dans un système de liaison conforme à l'invention a été expérimenté et des données permettant de dresser un bilan énergétique ont été rassemblées dans le tableau I disposé en fin de la présente description. La fibre optique de liaison f avait une longueur égale à 1 km.
La présente invention ne se limite pas aux exemples d'architectures de systèmes explicitement décrits à titre d'illustrations. Toutes variantes à la portée de l'Homme de Métier reste dans le cadre de l'invention.
TABLEAU I : BILAN ENERGETIQUE
Voie Aller: # Puissance optique émise par la source E1 et couplée: - 10 dBm
3 Pertes dues:
- à la dérivation (- 10%) par le coupleur CO1 : - 0,5 dB
- à l'insertion du coupleur CO1 : - 2 dB
- au connecteur DC1 : - 1 dB
- à 1 km de fibre optique f g : - 3 dB
- au connecteur DC2 : - 1 dB
- à l'insertion de la lentille L1 - 1,5 dB # Puissance incidente sur l'élément ERM2 : -19 dBm # Pertes dues
- à la réflexion par l'élément ERM2 ( 10%) : - 0,5 dB
- à l'insertion de la lentille L2 - 1,5 dB # Puissance optique détectée par la photodiode PD2 : - 21 dBm
Voie retour: # Puissance optique incidente sur l'élément ERM2 : - 19 dBm # Puissance optique réfléchie par l'élément ERM2
(#10%) - 29 dBm M Pertes dues
- à l'insertion de la lentille L1 : - 1,5 dB
- au connecteur DC2 : - 1 dB
- à 1 km de fibre optique f g : - 3 dB
- au connecteur DC1 : - 1 dB
- à l'insertion du coupleur CO1 : - 2 dB
-à la dérivation (#10%) par le coupleur CO1 : - 10 dB # Puissance optique détectée par la photodiode PD10 : - 47,5 dBm.
Voie Aller: # Puissance optique émise par la source E1 et couplée: - 10 dBm
3 Pertes dues:
- à la dérivation (- 10%) par le coupleur CO1 : - 0,5 dB
- à l'insertion du coupleur CO1 : - 2 dB
- au connecteur DC1 : - 1 dB
- à 1 km de fibre optique f g : - 3 dB
- au connecteur DC2 : - 1 dB
- à l'insertion de la lentille L1 - 1,5 dB # Puissance incidente sur l'élément ERM2 : -19 dBm # Pertes dues
- à la réflexion par l'élément ERM2 ( 10%) : - 0,5 dB
- à l'insertion de la lentille L2 - 1,5 dB # Puissance optique détectée par la photodiode PD2 : - 21 dBm
Voie retour: # Puissance optique incidente sur l'élément ERM2 : - 19 dBm # Puissance optique réfléchie par l'élément ERM2
(#10%) - 29 dBm M Pertes dues
- à l'insertion de la lentille L1 : - 1,5 dB
- au connecteur DC2 : - 1 dB
- à 1 km de fibre optique f g : - 3 dB
- au connecteur DC1 : - 1 dB
- à l'insertion du coupleur CO1 : - 2 dB
-à la dérivation (#10%) par le coupleur CO1 : - 10 dB # Puissance optique détectée par la photodiode PD10 : - 47,5 dBm.
Claims (8)
- REVENDICATIONS
- 2.Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rétroflecteur (ERM2) comprend un polariseur rectiligne (P1) polarisant linéairement une vibration lumineuse incidente suivant une première direction (p), une cellule (CXL) à cristal liquide (XL) en phase nématique en hélice, le cristal liquide (XL) étant disposé entre deux électrodes (E R1, EQ 2) recevant lesdits signaux de commande et de modulation (SC2), un second polariseur rectiligne (P2) de même direction de polarisation que le premier polariseur (P1) et un miroir plan (M) réfléchissant une vibration lumineuse incidente (R1) transmise par le second polariseur (P2) suivant le chemin optique de cette vibration incidente; et en ce que ladite cellule (CXL) à cristal liquide (XL) occasionne une rotation de(8/2) radians de la direction de polarisation (p) d'une vibration lumineuse polarisée linéairement par le premier polariseur (P1) lorsque ledit signal de commande et de modulation (SC2) est nul; aucune rotation de cette direction de polariseur (p) lorsque ce signal dépasse une différence de potentiel (VSEUIL) déterminé par les caractéristiques opto-géométriques de la cellule (CXL) à cristal liquide (XL) et une rotation d'amplitude ( 0) intermédiaire pour une différence de potentiel comprise entre ces deux valeurs.1. Système de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simulta nées par une fibre optique unique (fQ ) entre une première station (1) et une seconde station (2), la première station comprenant des moyens d'émissionréception (S1, E1, D1) d'énergie rayonnante d'une longueur d'onde détermi née, couplée optiquement (CO1) à ladite fibre optique unique (f g ) et injectant dans cette fibre optique une onde guidée (01) de ladite longueur d'onde déterminée véhiculant des informations à transmettre à la second station (2); caractérisé en ce que la seconde station comporte un dispositif optique d'interface fil2) comprenant un rétroréflecteur modulable (ERM2) couplé optique ment à ladite fibre optique unique de liaison (f g ) interceptant et réfléchissant une fraction (02) de l'énergie lumineuse de l'onde guidée (Oî) reçue par la seconde station (2), de manière à la transmettre par la fibre optique unique de liaison (f g) à la première station (1), et transmettant, sans modifications, la fraction (0'1) de l'onde non interceptée; des moyens de génération (S2) de signaux de commande et de modulation (SC2) modulant l'intensité optique de la fraction de l'onde réfléchie (02), ces signaux représentant des informations (SS12) à transmettre à la première station (1) et des moyens optoélectroniques de détection (D2) de la fraction d'énergie de l'onde non interceptée ( '1)
- 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif optique d'interface (12) comprend une première lentille (L1), collimatrice, comportant une face d'entrée sphérique captant l'énergie lumineuse de l'onde reçue par la seconde station et une face de sortie plane, générant en sortie de cette face un faisceau collimaté, le rétroréflecteur modulable (EMR2), disposé de manière à couvrir une fraction de la surface de la face plane de sortie de la première lentille (L1) et à intercepter une fraction correspondante dudit faisceau collimaté, et une seconde lentille (L2), focali- satrice, comportant une face plane d'entrée en regard de la face plane de sortie de la première lentille (L1) et une face sphérique de sortie et en ce que les deux lentilles ont un axe optique (S, ) commun.
- 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rétroréflecteur couvre un secteur circulaire (Fig. 7: SA) de la face de sortie de la première-lentille (L1) compris entre deux rayons se coupant sur l'axe optique (A) commun aux deux lentilles (L1, L2).
- 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fraction d'énergie réfléchie par le rétroréflecteur est égale ou inférieure à 10% de l'énergie incidente.
- 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, les informations transmises de la première station (1) à la seconde (2) étant constiuées de signaux (SSI1) occupant un premier spectre de fréquences (Ftl-F"l) et les informations transmises de la seconde station (2) à la première (1) étant constituées de signaux (SCI1) occupant un second spectre de fréquences (F2), distinct du premier, la première station (1) comporte un modulateur (cl1) de l'intensité optique des radiations émises par les moyens (E1) d'émission d'énergie rayonnante; et en ce que les moyens de réception (D1) de la première station (1) comprennent une photodiode (PD10) dont la sortie est connectée à un filtre électrique passe bande (CF1) des fréquences du second spectre (F2) et les moyens optoélectroniques de détections (D2) disposés dans la seconde station (2) comprennent une photodiode (PD2) dont la sortie est connectée à un filtre électrique passe-bande (CF2) des fréquences du premier spectre (F'1-F"1).
- 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique intermédiaire (fl) couplant les moyens d'émission (E1) d'énergie rayonnante de la première station (1) à la fibre optique unique de liaison (f ) et en ce que cette fibre optique intermédiaire (fil) comporte une entailie en biseau (CO1) disposée en regard de la photodiode (PD10) des moyens de réception (D1) pour la coupler optiquement à la fibre optique intermédiaire (fl) de manière à réfléchir vers cette photodiode l'énergie lumineuse retransmise à la première station (1) par le rétroréflecteur modulable (ERM2.
- 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, dans la première station (1), une seconde photodiode (PD11) couplée optiquement à la fibre optique intermédiaire (fi) par ladite entaille en biseau (CO1) de manière à recevoir une fraction de l'énergie émise par les moyens (E1) d'émission d'énergie radiante et générant un signal électrique (SPDll) de rétroaction destiné à la régulation la puissance d'émission d'énergie radiante.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8400278A FR2558025B1 (fr) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | Systeme de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simultanees par fibre optique |
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|---|---|---|---|
| FR8400278A FR2558025B1 (fr) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | Systeme de liaison pour des transmissions bidirectionnelles simultanees par fibre optique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2558025A1 true FR2558025A1 (fr) | 1985-07-12 |
| FR2558025B1 FR2558025B1 (fr) | 1987-05-22 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2558025B1 (fr) |
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