FR2642165A1

FR2642165A1 - Procede de reglage d'un isolateur optique

Info

Publication number: FR2642165A1
Application number: FR8900677A
Authority: FR
Inventors: Jean-Luc Beylat; Emmanuel Grard; Daniel Mousseaux
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-27
Anticipated expiration: 2009-01-20
Also published as: FR2642165B1

Abstract

Un laser semi-conducteur DFB 2 émet un faisceau lumineux qui est injecté dans une fibre 16 à travers un isolateur optique comportant un rotateur de Faraday 8, 10 et un polariseur de sortie 6. Ce faisceau traverse ensuite un coupleur bidirectionnel 30 grâce auquel une fraction de la lumière est renvoyée par un réflecteur de réalimentation 19 vers le laser 2, et une autre fraction est dirigée vers un organe 24, 26, 28, 32 qui mesure le bruit d'intensité relative affectant le faisceau aller. On règle la position angulaire du polariseur 6 de manière à minimiser le bruit ainsi mesuré. L'invention s'applique notamment à la réalisation de têtes optiques d'émission pour systèmes de télécommunication à fibres optiques.

Description

Procédé de réglage d'un isolateur optique
La présente invention concerne le réglage d'un isolateur optique. On entend ici par isolateur optique un composant destiné à être monté en série dans une ligne dé transmission optique pour laisser passer un faisceau lumineux aller et pour arrêter au moins une fraction nuisible d'un faisceau lumineux retour se propageant en sens inverse. Un tel isolateur présente une entrée et une sortie par lesquelles, respectivement le faisceau aller pénétre et sort.

Une utilisation d'un tel isolateur apparaît notamment lorsqu'on veut réaliser le couplage d'un laser semi-conducteur et d'une fibre optique dans un système de télécommunication. Un tel couplage s'accompagne toujours du retour d'une fraction de la puissance lumineuse vers le laser par suite de réflexions parasites dites réalimentations optiques qui ont diverses origines : entrée de la fibre, connecteurs, épissures extrémité de la fibre ou rétrodiffusion, et qui, notamment, -élévent le niveau de bruit propre du laser. Lorsque celui-ci-est modulé à haut débit, l'augmentation du bruit d'intensité relative (appelé RI pour "Relative Intensity Noise" en terminologie internationale d'origine anglosaxonne) peut être telle que le bon fonctionnement d'un système utilisant ce laser devient impossible.Un moyen connu pour limiter ces perturbations consiste à réaliser une tête optique d'émission comportant le laser et un isolateur optique intégrés dans un même boîtier.

Quel que soit l'utilisation de l'isolateur, la nécessité de son réglage apparait dans le cas où la fraction nuisible mentionnée ci-dessus est arrêtée d'autant mieux qu'une grandeur réglable de cet isolateur s'approche davantage d'une valeur optimale. La présente invention peut alors trouver application quelles que puissent être la structure de l'isolateur, la nature des phénomènes qu'il met en oeuvre et celle de ladite grandeur réglable.

I1 est cependant à noter que les isolateurs optiques qui sont actuellement connus et utilisés, et au réglage desquels cette invention est plus particulièrement destinée, sont du type qui comporte - un rotateur de polarisation pour recevoir un dit faisceau aller polarisé dans un plan de polarisation d'entrée et pour transmettre ce faisceau avec un plan de polarisation de sortie faisant un angle de 45 degrés environ avec ce plan de polarisation d'entrée, - et un polariseur de sortie pour laisser passer sélectivement la lumière polarisée selon ledit plan de polarisation de sortie.

Ladite fraction nuisible du faisceau retour arrêtée par l'isolateur est alors la composante de ce faisceau qui est polarisée perpendiculairement à ce plan de polarisation de sortie et qui, si elle n'était pas arrêtée par ce polariseur de sortie, serait transmise par ledit rotateur de polarisation avec un plan de'polarisation confondu avec ledit plan de polarisation d'entrée.

Ladite grandeur réglable pourrait alors être l'angle voisin de 45 degrés dont ledit rotateur fait tourner le plan de polarisation de la lumière, ou, plus particulièrement, s'il s'agit d'un rotateur de Farada , l'intensité du champ magnétique régnant dans ce rotateur.

3n va cependant- considérer ci-après le cas où cette grandeur est la position angulaire du plan de polarisation sélectionné par le polariseur de sortie c'est-à-dire où le réglage de l'isolateur est un positionnement de ce polariseur. Ce cas est notamment celui de certaines têtes optiques d'émission telles que précédememnt mentionné et il va être décrit plus en détails ci-après.

Le principe d'une première telle tête optique connue est donné sur la figure 1. Un laser 2 du type à réflecteur de Bragg distribué dit DFB émet une onde lumineuse vers une lentille 4.

Le faisceau en sortie de la lentille 4 est parallèle et traverse un polariseur d'entrée 6, un rotateur de Faraday 8 et un polariseur de sortie 12. Le rotateur de Faraday 8 est magnétiquement saturé par un aimant permanent 10. La deuxième lentille 14 focalise le faisceau sur une fibre optique 16 dite "fibre amorce".

Le principe de fonctionnement est le suivant. Dans le sens aller, l'onde polarisée en mode TE en sortie du polariseur 6 subit une rotation de 45 à travers le rotateur de Faraday 8. Le polariseur 12 a son axe passant positionné sur l'axe de la vibration lumineuse en sortie du rotateur de Faraday 8. L'onde traverse ainsi le système sans perte. Dans le sens retour, seules les ondes polarisées sur l'axe passant du polariseur 12 traversent ce dernier. Une telle onde retour subit ensuite une nouvelle rotation de 450 dans le rotateur Faraday 8 et arrive sur le polariseur 6 avec une polarisation à 90 degrés de l'axe passant ce celui-ci. Elle est alors éliminée.

Des simplifications de la tête de la figure 1 ont été réalisées.

Le polariseur d'entrée 6 a été supprimé, la tête ne comportant plus qu'un seul polariseur qui est le polariseur de sortie 12.

Cette suppression est acceptable parce que d'une part le laser est parfaitement polarisé en mode TE et, d'autre part, l'onde de retour polarisée en mode T! est peu perturbante pour le fonctionnement du laser.

Une autre simplification a consisté à supprimer une lentille.

Ainsi, dans une deuxième tête dont le principe est présenté sur la figure 2, les pertes d'insertion et de couplage sont réduites.

Le caractère non parallèle du faisceau ne perturbe pas le fonctionnement de l'isolateur dans la mesure où les éléments constituants sont de petites dimensions. La figure 3 représente cette deuxième tête optique avec son boîtier B contenant les éléments précédemment indiqués. Dans cette tête le rotateur 8 constitue l'entrée de l'isolateur et le polariseur 6 sa sortie.

Le positionnement du polariseur est très critique pour l'isolation, alors qu'il l'est beaucoup moins en ce qui concerne les pertes d'insertion. En supposant que tous les éléments optiques sont parfaits en taux d'extinction et en absorption, l'isolation (en dB) est égale à 20 Log (cos CAF + A )) alors que les pertes d'insertion
p sont égales à 20 Log (cos (AF -- Ap)), AF étant 1' angle de rotation
Faraday et A l'angle du polariseur par rapport à l'axe de polarisation p (T) du laser,
A titre exemple, toujours en considérant les éléments parfaits, un écart de 5 entre AF et A conduit à une isolation théorique p maximum de 21 d3.

3n connart divers procédés de réglage pour positionner le polariseur. Ces procédés sont mis en oeuvre à l'aide de bancs de positionnement. Sur certains de ces bancs, on inverse le sens de l'isolateur entre deux étapes du procédé de réglage. Le procédé est alors peu rigoureux. Il est difficilement applicable aux structures intégrées en tête optique et il est impossible de l'utiliser pour des structures de têtes assymétriques comme celles de la figure 2.

Sur d'autres bancs connus, on intègre des cubes séparateurs de faisceaux pour mesurer l'onde retour. D'une part les couplages optiques sont alors différents de ceux qui seront réalisés dans la tête optique lors de sa mise en service et les mesures qui en résultent sont perturbées, d'autre part la mise des éléments optiques dans la configuration finale qu'ils auront de la tête optique n'est pas réalisable avec ces bancs en raison du manque d'espace disponible entre ces éléments dans cette configuration.

De tels bancs sont décrits dans les articles
- "Optical isolator system for fiber-optic uses" - G.Lutes
Applied Optics/aol 27, nO 7/leur Avril 1988
- "ersonal Computer Controled Measurement System for Magneto-Optical
Faraday Rotation".

N. Ohsida, T. Hibiya, F. Takahashi, K. Matsumi
NEC Res. & Develop, nO 79, October 1985.

- "Distributed Feedback Laser Diode (FB-LD) to Single-Mode
Fiber Coupling Module with Optical isolator for High bit
rate modulation".

T. Sugie, M. Saruwatari
Journal of lighwave technology, Vol LT-4, nO 2, February
1986.

La présente invention a notamment les buts suivants - permettre un réglage précis et aisé d'un isolateur optique, - permettre un réglage précis et aisé de la position angulaire d'un polariseur, nota.bLment d'un polariseur de sortie d'un tel isolateur, - permettre un tel réglage lorsque l'isolateur à régler est placé si près d'autres éléments optiques qu'il serait difficile ou impossible d'interposer des moyens de mesure, notamment lorsque cet isolateur est assemblé dans une position sensiblement définitivement par rapport à ces éléments pour permettre une insertion de l'ensemble dans un boitier de petites dimensions, notamment dans le boitier d'une tête optique, sans désassemblage, - et/ou faciliter la réalisation d'une tête optique munie d'un isolateur optique efficace, notamment d'une tête optique d'émission utilisable dans un système de télécommunications à fibres optiques.

Un procédé selon cette invention est basé sur la mesure d'un bruit de réalimentation d'un laser couplé par l'intermédiaire de l'isolateur à régler.

Un tel procédé est-plus particulièrement caractérisé par le fait qu'il comporte les opérations suivantes - on couple optiquement à ladite entrée de l'isolateur un oscillateur laser qui est propre à émettre un dit faisceau lumineux aller et qui, en présence d'une réalimentation optique constituée par la réception d'une dite fraction nuisible d'un faisceau retour, répond à cette réalimentation en affectant ce faisceau aller d'un bruit de réalimentation dont l'intensité croit avec celle de cette fraction nuisible, - on couple optiquement ladite sortie de l'isolateur à un organe de réalimentation qui reçoit au moins une fraction de réalimentation dudit faisceau aller ayant traversé cet isolateur et qui renvoie une fraction de la lumière vers cet isolateur sous la forme d'un dit faisceau retour, - on mesure l'intensité du dit bruit de réalimentation qui affecte le dit faisceau aller, - et on modifie ladite valeur de réglage de l'isolateur en fonction de l'intensité mesurée dudit bruit de réalimentation.

On peut adopter en outre, selon les cas d'application, les dispositions suivantes qui sont préférées selon cette invention
On modifie ladite valeur de réglage jusqu'à obtention d'une intensité minimale du bruit de réalimentation.

On couple optiquement à ladite sortie dudit isolateur un coupleur bidirectionnel, - pour recevoir un dit faisceau aller ayant traversé cet isolateur, - pour diriger une fraction de mesure de ce faisceau aller vers un organe de mesure de bruit mesurant l'intensité dudit bruit de réalimentation, - pour diriger ladite fraction de réalimentation de ce faisceau aller vers ledit organe de réalimentation, - et pour transmettre vers ledit isolateur au moins une fraction active dudit faisceau retour renvoyé par ledit organe de réalimentation.

Cette disposition permet une mise en oeuvre simple du procédé.

Ledit organe de réalimentation renvoie une fraction réglable de la lumière qu'il reçoit.

Ledit coupleur bidirectionnel transmet une fraction de mesure dudit faisceau retour à un organe de mesure de réalimentation pour mesurer l'intens té du faisceau retour. Ces deux dispositions facilitent divers réglages dans un banc de positionnement utilisé pour effectuer le réglage, et/ou dans une tête optique contenant l'isolateur à régler, notamment le réglage de paramètres de fonctionnent d'un laser de cette tête.

Dans le cas o-i ledit oscillateur laser est disposé pour émettre ledit faisceau aller avec un plan de polarisation confondu avec ledit plan de polarisation d'entrée, ledit organe de réalimentation forme ledit faisceau retour avec des composantes de polarisation pluridirectionnelles, de sorte qu'une fraction non génante de ce faisceau traverse ledit polariseur de sortie et est transmise audit oscillateur laser par ledit rotateur de polarisation avec un plan de polarisation perpendiculaire audit plan de polarisation d'entrée.

Cette disposition permet de simplifier la réalisation de l'isolateur optique et celle de l'organe -de réalimentation.

Ledit oscillateur laser est un laser semi-conducteur. Cette disposition permet une mise en oeuvre facile du procédé de réglage de l'invention.

Ledit bruit de réalimentation est un bruit d'intensité relative RIN dudit laser semi-conducteur. Un tel bruit est défini comme étant gal au rapport à carré des fluctuations d'intensité du flux énergétique à une fréquence donnée sur le carré du flux énergétique moyen, le tout divisé par la largeur de bande fréquentielle de mesure.

Le RIN s'exprime donc en secondes. Il est souvent représenté par le produit 10 x log (RIN) qui s'exprime en dBs (ou parfois dans la littérature scientifique en dB/Hz).

Lorsque le laser est polarisé au-delå du courant de seuil, le RIN est un bruit quasi-blanc pour des fréquences inférieures à la fréquence de résonance du laser (quelques GHz). On peut effectuer la mesure en analysant le signal à quelques centaines de MHZ dans une bande de fréquences donnée. Le RIN permet donc une mesure du bruit d'amplitude qui varie fortement lorsqu'une partie du signal éls est injecté dans la cavité laser. Par référence à la figure 4, il est à noter qu'une mesure de bruit est faite par les éléments 24, 26, 28 mais que la mesure du bruit dtintensité relative comporte un calcul qui ne peut être fait sans une information représentative d flux énergétique émis, cette information étant constituée par le photocourant mesuré en 32.

L'intérêt de cette disposition tient au fait que le bruit RIN d'un tel laser est une caractérisitique très sensible à la réalimentation optique. Il est donc facile de l'utiliser pour positionner le polariseur, et d'obtenir ainsi le maximum d'isolation en cherchant le niveau de RI- minimin.

'utilisation d'un laser semi-conducteur est particulièrement préférée quand l'isolateur à régler est intégré dans une tête optique d'émission.comportant déjà un tel laser semi-conducteur pour engendrer la lumière que cette tête doit émettre. C'est ce même laser qui est alors utilisé pour constituer ledit oscillateur laser dont on mesure le bruit de réalimentation.

Dans ce cas ledit laser semi-conducteur, ledit isolateur et-une extrémité d'une fibre optique de sortie sont assemblés de manière que ladite sortie de l'isolateur puisse etre couplée optiquement par l'intermédiaire de cette fibre de sortie et que ltensemble puisse être inséré sans désassemblage dans un boîtier de petites dimensions.

Ce boîtier est par exemple celui de la tête optique d'émission précédemment mentionnée.

A l'aide de figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsque deux éléments assurant une même fonction et portant un même nom dans deux dispositifs différents sont représentés sur plusieurs de ces figures il y sont désignés par un même signe de référence. Le mode de mise en oeuvre donné en exemple comporte les dispositions préférées mentionnées ci-dessus. il doit être compris que les éléments mentionnés peuvent être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques.

a figure 1 a déjà été décrite et représente une vue de principe d'une première tête optique qui est connue.

La figure 2 a déjà été décrite et représente une vue de principe dune deuxième tête optique connue qui est simplifiée par rapport à cette première tete optique.

a figure 3 a déjà été décrite et représente une vue de cette deuxième tête optique en coupe par un plan longitudinal vertical.

-a figure 4 représente une vue d'un banc de positionnement permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention pour le réglage d'un isolateur optique destiné à être intégré dans cette deuxième tête optique.

La figure 5 représente des diagrammes de variation de l'intensité d'un bruit de réalimentation porté en ordonnées en fonction d'un taux de réalimentation porté en abscisses.

Dans le mode de mise en oeuvre donné en exemple du procédé selon la présente invention, ladite grandeur réglable est la position angulaire du polariseur de l'isolateur de la deuxième tête optique précédemment mentionnée.

Un banc de positionnement de ce polariseur utilisé pour cette mise en oeuvre présente l'avantage dé permettre d'effectuer le réglage alors que les éléments optiques de cette tête ont déjà ét assemblés dans leur configuration finale, ce qui permet après des opérations de réglage complémentaire et de fixation définitive de transférer ces éléments sans risque de déplacements relatifs perturbateurs, à l'intérieur du boitier B de la figure 3. Il présente aussi l'avantge de permettre une mesure facile de l'isolation obtenue.

Il est présenté sur la figure 4.

Le principe de fonctionnement est le suivant : il repose sur l'utilisation d'un coupleur bidirectionnel 30 du type deux vers deux En amont, sur l'un des deux bras (16), le flux du laser 2 constituant ledit faisceau aller est reçu en sortie de l'isolateur optique 4, 6, 8. Sur l'autre bras 20, ladite fraction de mesure du faisceau retour est guidée vers un organe de mesure de réalimentation 21. En aval, en sortie d'un bras 18 guidant ladite fraction de réalimentation du faisceau aller, on réalise une réalimentation optique à l'aide d'un réflecteur 19 qui est constitué par un tronçon de fibre monté sur un translateur non représenté et qui constitue ledit organe de réalimentation. Le réflecteur pourrait cependantaussi être constitué par un miroir multidiélectrique 19A. Ce tronçon de fibre et un tel miroir sont représentés à échelle agrandie dans deux cercles.L'autre bras aval 22 guide ladite fraction de mesure du faisceau aller vers une photodiode 24. Le photocourant délivré par celle-ci est mesuré dans un organe 32. D'autre part après amplification en 26, il est appliqué à un analyseur de spectre large bande 28 permettant la mesure du bruit RIN. L'ensemble des éléments 24, 26, 28 et 32 constitue ledit organe de mesure de bruit.

Si le polariseur 6 est mal orienté, le plancher de bruit mesuré en 28 pour un flux énergétique donné (typiquement 5mW) est élevé. On réalise alors une rotation du polariseur autour d'un axe longitudinal qui est celui de la propagation de la lumière, jusqu'à obtention d'un bruit RIN minimum. Après chaque repositionnement on réoptimise le couplage optique de la fibre 16 au laser 2 par des moyens de réglage complémentaire non représentés. Les pertes d'insertion sont mesuré à cette fin dans l'organe 32 en sortie de la photodiode 24.

D'autre part, une mesure du bruit RIN à différents niveaux de réalimentation optique effectuée préalablement sur le laser sans isolateur optique pu-s une autre mesure en présence de l'isolateur, permettent de mesurer l'isolation. Le graphes 34 et 36 de la figure 5 présentent respectivement les résultats de telles mesures.

Claims

REVENDICATIONS :

1/ Procédé de réglage d'un isolateur optique destiné à être monté en série dans une ligne de transmission optique pour laisser passer un faisceau lumineux aller et pour arrêter au moins une fraction nuisible d'un faisceau lumineux retour se propageant en sens inverse, cet isolateur ayant une entrée et une sortie dudit faisceau aller, ladite fraction nuisible étant arrêtée d'autant mieux qu'une grandeur réglable de cet isolateur est plus proche d'une valeur optimale, e procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte les opérations sFivantes :: - on couple optiquement à ladite entrée (8) de l'isolateur (4, 6, 8, 10) un oscillateur laser (2), qui est propre à émettre un dit faisceau lumineux aller et qui, en présence d'une réalimentation optique constituée par la réception d'une dite fraction nuisible d'un faisceau retour, répond à cette réalimentation en affectant ce faIsceau aller d'un bruit de réalimentation dont l'intensité croit avec celle de cette fraction nuisible, - on couple optiquement ladite sortie (6) de l'isolateur à un organe de réalimentation (19 > qui reçoit au moins une fraction de réalimentation (18) dudit faisceau aller ayant traversé cet isolateur et qui renvoie une fraction de la lumière vers cet isolateur sous la forme d'un dit faisceau retour, - on mesure l'intensité du dit bruit de réalimentation qui affecte le dit faisceau aller, - et on modifie ladite valeur de réglage de l'isolateur en fonction de l'intensité mesurée dudit bruit de réalimentation.

2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on modifie ladite valeur de réglage jusqu'à obtentIon d'une intensité minimale dudit bruit de réalimentation.

3/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on couple optiquement à ladite sortie dudit isolateur (4, 6, 8, 10) un coupleur bidirectionnel (30) - pour recevoir un dit faisceau aller ayant traversé cet isolateur, - pour diriger une fraction de mesure de ce faisceau aller vers un organe de mesure de bruit (24, 26, 28) mesurant l'intensité dudit bruit de réalimentation, - pour diriger ladite fraction de réalimentation de ce faisceau aller vers ledit organe de réalimentation (19), - et pour transmettre vers ledit isolateur au moins une fraction active dudit faisceau retour renvoyé par ledit organe de réalimentation.

4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit organe de réalimentation (19) renvoie une fraction réglable de la lumière qu'il reçoit.

5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit coupleur bidirectionnel (30) transmet une fraction de mesure (20) dudit faisceau retour à un organe de mesure de réalimentation (21) pour mesurer l'intensité du faisceau retour.

6/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit isolateur comporte : - un rotateur de polarisation (8, 10) pour recevoir un dit faisceau aller polarisé dans un plan de polarisation d'entrée et pour transmettre ce faisceau avec un plan de polarisation de sortie faisant un angle de 45 degrés environ avec ce plan de polarisation d'entrée, - etun polariseur de sortie (6) pour laisser passer sélectivement la lumière polarisée selon ledit plan de polarisation de sortie.

7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit oscillateur laser (2) est disposé pour émettre ledit faisceau aller avec un plan de polarisation confondu avec ledit plan de polarisation d'entrée, - ledit organe de réalimentation (19) formant ledit faisceau retour avec des composantes de polarisation pluridirectionnelles, de sorte qu'une fraction non génante de ce faisceau traverse ledit polariseur de sortie et est transmise audit oscillateur laser (2) par ledit rotateur de polarisation (8, 10) avec un plan de polarisation perpendiculaire audit plan de polarisation d'entrée.

8/ Procédé selon la revendication 6 dans lequel ladite grandeur réglable est la position angulaire du plan de polarisation sélectionné par ledit polariseur de sortie (6).

9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que S it oscillateur laser est un laser semi-conducteur (2).

10/ Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit bruit de réalimentation est un bruit d'intensité relative RIN dudit laser semi-conducteur (2).

11/ Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit laser semi-conducteur (2), ledit isolateur (4, 6, 8, 10) et une extrémité d'une fibre optique de sortie (16) sont assemblés de manière que ladite sortie de l'isolateur puisse être couplée optiquement par l'intermédiaire de cette fibre de sortie et que l'ensemble puisse être inséré sans désassemblage dans un boitier (B) de petites dimensions.