FR2704702A1 - Dispositif et procédé de compenssation de dispersion dans un sysstème de transmission à fibre optique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne la transmission d'information par fibre optique. Un dispositif de compensation de dispersion (20) dans un système de transmission à fibre optique reçoit un signal optique (Pi n ). Il comprend un dispositif de séparation optique (1') qui répartit le signal d'entrée entre deux branches (a'; b') correspondant respectivement aux bandes latérales de modulation supérieure et inférieure, un dispositif de retard (4) pour rétarder sélectivement l'une des bandes spectrales par rapport à l'autre, et un dispositif de combinaison (5) pour combiner les bandes latérales. Application aux transmissions à longue distance et à très haut débit.
Description
La présente invention concerne un dispositif pour la compensation de
dispersion dans un système de transmission
rapide par fibre optique, ce dispositif étant incorporé dans le système de transmission et un signal d'entrée optique étant5 appliqué au dispositif.
Elle concerne également un procédé pour la compen- sation de la dispersion dans un système de transmission à fibre optique, la compensation de la dispersion étant effectuée dans le système de transmission à fibre optique auquel un signal10 optique est appliqué. Des systèmes de transmission par fibre optique ou plus particulièrement des systèmes de transmission rapides par fibre optique sont utilisés en communication de diverses manières, par exemple en télécommunication et sur de longues distances de transmission. Certains réseaux, comme par
exemple des réseaux nationaux, exigent des débits de transmis-
sion très élevés, souvent 2,5 Gbit/s, mais le débit de trans-
mission peut également être considérablement supérieur, par
exemple 10 Gbit/s et plus. Le débit de transmission est cepen-
dant limité par l'apparition d'une dispersion entre l'émetteur
et le récepteur. La dispersion commence à occasionner des pro-
blèmes à environ 2,5 Gbit/s. A 10 Gbit/s elle fait apparaître une limitation considérable du fait que la largeur de bande
d'information elle-même donne lieu à une dispersion. Des problè-
mes de dispersion apparaissent donc à des débits élevés et à de
longues distances. Dans des fibres monomodes ordinaires, l'im-
portance de la dispersion augmente à des débits binaires supé-
rieurs à 2,5 Gbit/s pour des longueurs d'onde d'environ 1,55 Am. A des distances entre répéteurs d'environ 60 kilomètres, que l'on utilise souvent, l'effet est notable à 10 Gbit/s. Il est donc d'une grande importance de limiter le plus possible la dispersion, afin d'obtenir des distances de transmission aussi
longues que possible. -
Un certain nombre de dispositifs et de procédés ont été proposés pour la compensation de la dispersion dans des systèmes de transmission par fibre optique, et en particulier
des systèmes rapides.
Un certain nombre de solutions connues sont
basées sur la technologie dite de pré-modulation de fré-
quence en rampe. Dans cette technologie, la fréquence/
longueur d'onde du laser est modulée pendant chaque impul-
sion. Le spectre de fréquence est distordu d'une manière telle que l'impulsion dans la fibre converge. On connaît
des systèmes modulés de façon directe ainsi que des systè-
mes modulés de façon externe, et le laser produit habi- tuellement dans les deux cas l'effet de pré-modulation de fréquence en rampe. Un exemple d'un tel dispositif est
décrit par exemple dans le document "Dispersion Compensa-
tion by Active Predistorted Signal Synthesis", T.L. Koch, R.C. Alferness, J. of Lightwave Technology, Vol. LT-3, n 4 (1985), pages 800- 805. A 1,05 pm et pour une fibre monomode ordinaire, le signal doit être décalé vers le
bleu. Par modulation directe, un laser se décale normale-
ment vers le rouge pendant l'impulsion. Habituellement, le
laser est modulé en fréquence (MF) pour obtenir la modula-
tion de fréquence en rampe, après quoi la modulation d'amplitude (MA) est appliquée au moyen d'un modulateur externe. A titre d'exemple, le document "10 Gb/s 100-km normal fiber transmission experiment employing a modified prechirp technique", N. Henmi, T. Saito, M. Yagamishi, S. Fujita, Proc.: OFC'91 (1991), communication Tu02, décrit la manière d'utiliser des lasers à réaction répartie (ou DFB) sélectionnés. Avec ce que l'on appelle une modulation de décalage vers le bleu dans l'émetteur (voir par exemple le document "Frequency Chirping in External Modulators", F. Koyoma, K. Iga, J. of Lightwave Technology, Vol. LT-6, n 1 (1988), pages 87-93), le signal modulé en MF/MA est obtenu dans un modulateur externe, grâce à quoi le laser
fonctionne sans aucune influence. Pour obtenir la modula-
tion exigée, le modulateur externe doit normalement être conçu d'une manière spéciale. Dans le cas o le laser remplit la fonction de prémodulation de fréquence en rampe, comme dans le cas o un modulateur externe remplit cette fonction, on désire obtenir une impulsion présentant
un décalage vers le bleu. La génération d'une pré-
modulation de fréquence en rampe comme la modulation de
décalage vers le bleu dans l'émetteur utilisent la disper-
sion pour réaliser une compression d'impulsion.
Au moyen d'un autre dispositif connu, on annule la dispersion dans la transmission en ajoutant une
longueur de fibre supplémentaire qui a un signe de disper-
sion inversé, comme il est décrit par exemple dans le document "Multiwavelength Dispersion Compensation for 1550 nm Transmission at 2,5 Gb/s Over 1310 nm Optimized
Single-Mode Fiber", H. Izadpanah, C. Lin, K. Runge, M.Z.
Iqbal, J.L. Gimlett, Proc: ECOC'92 (1992), communication TuA5.1. Dans le cas d'un dispositif dans lequel on utilise une fibre qui est déjà installée, ceci signifie que l'on peut disposer une fibre de compensation de dispersion avant le récepteur. La longueur de fibre de compensation
doit être approximativement égale à un tiers de la distan-
ce de transmission. Ceci occasionne un certain nombre d'inconvénients, du fait que la fibre ou la longueur de
fibre supplémentaire est coûteuse, elle exige une concep-
tion spéciale et peut également augmenter l'atténuation.
Dans le document précité, on limite les pertes en dispo-
sant un amplificateur à fibre entre la fibre de transmis-
sion et la fibre de compensation de dispersion, ce qui complique encore davantage le système et le rend plus
coûteux.
On connaît également un certain nombre de dispo-
sitifs au moyen desquels la compensation de dispersion du signal est accomplie du côté de réception du système de transmission. Un exemple est décrit dans le document "Microstrip Compensation of Fibre Chromatic Dispersion in
Optically Amplified Coherent Systems", J.J. O'Reilly, M.S.
Chauldry, Proc:EII Colloquium on Microwave Optoelec-
tronics, n 139 (1990), pages 13/1-13/6. Ce dispositif est basé sur une compensation de phase du spectre de fréquence du signal reçu, qui compense la différence de phase que les différentes fréquences partielles ont revue dans la fibre installée. Ce dispositif, ainsi que d'autres de la même sorte,exigent l'utilisation de la technologie de changement de fréquence dans le récepteur. Il s'agit cependant d'une technique complexe et coûteuse. Dans le document mentionné, la distorsion de phase est traitée à une fréquence intermédiaire. Un mélangeur est incorporé et il consiste en un coupleur optique directionnel qui est attaqué par un signal, et en un oscillateur local, une diode détectrice et un filtre passe-bande, et il ne laisse passer que la fréquence de différence. L'élément de
correction de phase est formé par un conducteur à micro-
ruban ayant une dispersion normale. Le conducteur à micro-
ruban peut par exemple avoir une longueur de 10-20 cm et il compense la dispersion dans une fibre sur plusieurs centaines de kilomètres. Apres ceci, le signal électrique
est détecté d'une manière normale.
Le document EP-A-0 256 809 décrit un dispositif pour la compensation de dispersion qui est basé sur une structure multimode à titre d'élément de compensation de dispersion. Le signal est divisé en un certain nombre de longueurs d'onde partielles qui peuvent ensuite se propager sur des distances de longueurs égales, mais avec des vitesses de groupe différentes. Pour des systèmes de communication numériques dans la gamme des Gbit/s, le retard relatif peut être de l'ordre de 100 ps. Il est difficile d'obtenir une différence de temps de cette valeur avec des concepts qui sont basés sur le fait que les longueurs d'onde partielles doivent parcourir la même distance mais avec des vitesses de groupe différentes, les
pertes faisant ainsi apparaître des problèmes importants.
En outre, un dispositif de cette sorte n'offre aucune souplesse. Le document EP-A-0 0464812 décrit un dispositif dans lequel on annule la dispersion dans une fibre en joignant un certain nombre d'éléments ayant des signes de dispersion opposés pour une longueur d'onde donnée. Le signal est décomposé en plusieurs longueurs d'onde partielles qui peuvent se propager sur des distances différentes dans l'espace, et on obtient un certain nombre de longueurs d'onde par l'utilisation d'un réseau. Ce
dispositif est basé sur ce que l'on appelle une communica-
tion en "espace libre", ce qui signifie qu'il n'existe aucun guide d'ondes, et la différence de distance doit être d'environ 3 cm pour obtenir une différence de temps
d'environ 100 ps. Même si la différence de distance elle-
même peut être obtenue au moyen du dispositif, ce dernier
sera sensible aux perturbations et mal adapté à la fabri-
cation en grande quantité. En outre, le dispositif souffre
d'un manque de stabilité.
Le but de la présente invention est de définir un dispositif et un procédé pour éliminer,
autant qu'il est possible, l'influence de la dis-
persion dans des systèmes de transmission à fibre optique, en particulier dans des systèmes rapides, comme il est indiqué respectivement ci-dessus. Un but de l'invention est donc d'allonger la distance de
transmission dans des systèmes limités par la dispersion.
En outre, un but de l'invention est de définir un disposi-
tif et un procédé qui soient économiques, qui permettent une fabrication simple et qui soient bien adaptés pour la production en grande quantité. Un autre but est que le dispositif soit stable et convienne pour la fabrication sous la forme d'un circuit hybride aussi bien que sous la forme d'un circuit intégré. Un but particulier est de définir un dispositif et un procédé pour des débits de transmission de 10 Gbit/s et plus. En outre, le dispositif doit procurer une grande souplesse en relation avec la conception du dispositif de compensation de dispersion, on doit pouvoir obtenir aisément des distances de retard de différentes longueurs et le dispositif doit offrir
la possibilité d'incorporer des amplificateurs op-
tiques dans la voie de signal. Un but sup-
plémentaire de l'invention est de définir un dis-
positif et un procédé par lesquels on puisse obtenir de très longues distances de transmission ainsi que des débits de transmission très élevés. Un
autre but de l'invention est de permettre d'ef-
fectuer la compensation de dispersion du côté de la
réception, sans la nécessité d'utiliser la tech-
nologie de changement de fréquence. L'invention a également pour but de permettre d'incorporer le dispositif à un certain emplacement dans la chaîne
de transmission du système de transmission.
Un dispositif qui permet d'atteindre ces buts, ainsi que d'autres, est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparation optique qui est destiné à effectuer une division optique spectrale du signal d'entrée optique, pour le diviser en bandes latérales de modulation supérieure et inférieure qui sont appliquées à au moins deux branches, un dispositif de retard destiné à produire un retard sélectif des bandes latérales séparées, pour la compensation de la différence de temps de
transit entre les bandes latérales qui est occa-
sionnée par la dispersion, et un dispositif de
combinaison pour combiner les bandes latérales.
Selon des dispositions préférées, éventuel-
lement combinées: - les bandes latérales sont combinées de façon cohérente dans le dispositif de combinaison; - le dispositif de retard comprend deux guides d'ondes monomodes séparés dans lesquels les bandes latérales de modulation ayant pratiquement la même vitesse de groupe ou des vitesses de groupe qui diffèrent de façon négligeable, se propagent sur des distances de longueurs différentes; - le dispositif de retard consiste en une ligne à retard à fibre optique; - des dispositifs pour réaliser une commande de phase active sont disposés dans l'une au moins des branches, pour obtenir une combinaison de signal cohérente; - le dispositif de séparation comprend un diviseur à fibre et des filtres passe-bande optiques disposés dans chacune des branches et ayant une fonction de transfert étroite; - le diviseur à fibre consiste en un coupleur à 3 dB passif; - les composants qui sont inclus consistent en composants à fibres discrets;
- le dispositif est intégré de façon mono-
lithique sur un substrat semiconducteur, par exemple en GaAs ou en InP, ou bien il est intégré dans des polymères ou dans SiO2; - les filtres passe-bande optiques consistent
en interféromètres de Fabry-Pérot qui sont respec-
tivement destinés à éliminer les bandes latérales de modulation supérieure et inférieure; - les filtres passe-bande optiques consistent en filtres à amplificateurs lasers résonnants, tels que des lasers à réaction répartie ou à réflecteurs de Bragg de type réparti; - le dispositif de séparation consiste en un diviseur à fibre et en un dispositif de tri de longueurs d'onde; - le dispositif de tri de longueurs d'onde
consiste en deux branches ayant des longueurs diffé-
rentes, et en un coupleur directionnel dans lequel les signaux optiques sont combinés; - le dispositif de tri de longueurs d'onde consiste en un interféromètre de Mach-Zender; - le dispositif de tri de longueurs d'onde est basé sur un réseau; - la longueur du coupleur directionnel est
choisie égale à la moitié d'une longueur de cou-
plage; - les composants qui sont inclus consistent en composants à fibre discrets; - le dispositif est intégré de façon monolithique dans des semiconducteurs tels par exemple que GaAs ou InP;
- le dispositif est intégré dans des poly-
mères ou dans SiO2;
- le dispositif est disposé du côté récep-
teur du système de transmission; - le dispositif comprend un dispositif de détection pour détecter un signal de sortie optique. Un procédé qui permet d'atteindre ces buts
est caractérisé -en ce qu'il comprend les étapes sui-
vantes: on divise le signal d'entrée optique, dans un dispositif de séparation optique en une bande latérale de modulation supérieure et une bande latérale de modulation inférieure; on soumet les bandes latérales de modulation à un retard sélectif, pour la compensation de la différence de temps de
transit entre les bandes latérales qui est occa-
sionnée par la dispersion; et on combine les
bandes latérales dans un dispositif de combi-
naison.
Selon des dispositions préférées, éventuel-
lement combinées: - on combine de façon cohérente les bandes latérales de modulation; - les bandes latérales de modulation se propagent sur des distances de longueurs différentes mais avec fondamentalement la même vitesse de groupe; - le signal d'entrée optique est divisé dans le dispositif de séparation, après quoi il est filtré pour obtenir la bande latérale de modulation supérieure dans l'une des branches et la bande latérale de modulation inférieure dans l'autre branche; - le signal optique entrant est divisé
en deux branches qui ont des longueurs diffé-
rentes, après quoi la lumière est combinée dans un cou-
pleur directionnel pour produire un tri de longueurs d'onde;
- la compensation de dispersion est effec-
tuée du côté de la réception du système de trans-
mission; - le signal de sortie optique qui sort du dispositif de combinaison est détecté par un dispositif de détection, d'une manière
connue. -
Si dans un système de transmission, la transmission est effectuée dans un format qui fait apparaître des doubles bandes latérales de
part et d'autre de l'onde porteuse, la disper-
sion conduira à une situation dans laquelle les fréquences dans le spectre du signal reçu
sont retardées mutuellement de valeurs diffé-
rentes. La bande latérale dite "bleue" sera retardée d'une plus courte durée que la bande latérale rouge. Par filtrage optique, on sépare mutuellement les deux bandes latérales, de façon à retarder la bande latérale bleue par rapport à la rouge, avant de les assembler d'une manière appropriée en ce qui concerne la phase. Ensuite, conformément à un mode de réalisation, on peut les détecter d'une manière
connue en elle-même.
On peut obtenir une mesure de l'importance de la distorsion du signal en calculant une valeur efficace (EFF) pondérée de la différence de phase dans l'intervalle
pendant lequel la puissance de signal est présente.
AEFF2j fo P") (AY) d 2D2L JfClp() ( 2-C cl) 2dCa
Dans cette expression, P(c) définit le spectre de puis-
sance du signal. W Cl désigne la pulsation de l'horloge du
système, qui est en outre proportionnelle au débit binai-
re, B désigne le débit binaire, L désigne la distance de transmission, AL désigne la distance dans la boucle de retard dans le récepteur, qui est proportionnelle au paramètre de dispersion dans la fibre D2, et Vg désigne la vitesse de groupe dans le milieu de retard. C est un coefficient sans dimension et doit être choisi de façon à minimiser la valeur efficace, ce qui équivaut à minimiser l'intégrale dans la relation indiquée ci-dessus. Dans la relation, il y a un signe moins devant C du fait que si un signal est retardé d'une distance positive, il sera "laissé en arrière" en ce qui concerne la phase. Pour simplifier, la fonction de poids P(w) est fixée égale à 1. L'échelle de fréquence est soumise à une translation de façon que l'onde porteuse ait une pulsation de 0, et l'échelle de temps est choisie de façon à obtenir une différence de phase de O pour l'onde porteuse. En outre, le retard est choisi de façon que la bande latérale "rouge" soit retardée de la distance -C îClD2LVg/2, tandis que la bande latérale "bleue" est retardée de la distance C. CilD2LVg/2. De cette manière, on utilise la symétrie et on calcule le double de la valeur efficace (EFF). Des calculs donnent les valeurs efficaces pour la moitié de
l'intervalle, respectivement avec ou sans compensation.
Sans compensation, on obtient une valeur efficace: ll EFF= 2D2Lw2 = KD2LB2 tandis que la valeur efficace avec compensation est donnée par:
EF=D2L 2 K K
-E DL2lF= - 4 D2LB2 Conformément à-l'algorithme de compensation décrit ci-dessus, la distance de transmission pourrait augmenter au maximum d'un facteur de 4 par rapport à un cas sans compensation. La distance de retard optimale peut s'exprimer de la façon suivante A L = C WciD2LVg go a Cl 2 g D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la
description qui-va suivre de modes de réalisation, donnés
à titre d'exemples non limitatifs. La suite se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre de façon générale un premier
mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispo-
sitif de séparation est constitué par un diviseur et deux filtres, la figure 2 montre un spectre de puissance pour le signal optique modulé et des caractéristiques de filtre pour le filtre de Fabry- Pérot dans le dispositif conforme à la figure 1, la figure 3 montre la "pénalité de puissance" en fonction de la distance, respectivement avec et sans compensation de dispersion pour le dispositif conforme à la figure 1, la figure 4 montre un autre mode de réalisation du dispositif, dans lequel le dispositif de séparation
comprend un diviseur, un dispositif pour trier les lon-
gueurs d'onde et un coupleur directionnel, la figure 5 montre un spectre de puissance pour
le signal modulé conformément à la figure 4, et la fonc-
tion de transfert pour les deux branches de l'interféro-
mètre de Mach-Zender, et la figure 6 montre une comparaison des distances de transmission pour différentes valeurs de C. Dans des systèmes à fibre optique, on prend normalement en considération une dispersion sous la forme d'une distorsion de phase du second ordre. La distorsion de phase du troisième ordre n'est appréciable que dans des systèmes ultra-rapides, c'est-à-dire fonctionnant à plus de 40 Gbit/s, et encore seulement dans des cas dans lesquels on est très proche de la longueur d'onde de dispersion libre dans la fibre. Dans les autres cas, c'est
la distorsion de phase du second ordre qui est le para-
mètre prépondérant pour la dispersion dans la fibre.
De façon générale, l'invention est basée sur le
fait qu'une compensation temporelle du spectre est accom-
plie dans le récepteur ou quelque part dans la chaîne de transmission du système (si le système est linéaire). Le signal reçu par le dispositif est séparé en deux moitiés spectrales. Celles-ci sont mutuellement retardées en leur permettant de se propager sur des distances correspondant à des longueurs différentes dans deux guides d'ondes monomodes séparés, mais ayant fondamentalement la même vitesse de groupe, c'est-à-dire que l'on réalise un retard sélectif. Les vitesses de groupe pour les bandes latérales
de modulation sont fondamentalement les mêmes, c'est-à-
dire que l'on désire qu'elles soient les mêmes, mais elles peuvent évidemment différer l'une de l'autre légèrement ou de façon négligeable, du fait que ces guides d'ondes ont également une dispersion. En outre, on utilise des guides
d'ondes monomodes et la technologie monode.
La figure 1 montre un premier mode de réalisa-
tion du dispositif. Le dispositif de compensation de dispersion est placé dans ce cas du côté de la réception
dans un système de transmission à fibre optique. Conformé-
ment à l'invention, il n'est pas nécessaire d'utiliser la technologie de changement de fréquence. Un signal optique entrant P.in est appliqué à un dispositif de séparation 1 in qui comprend un diviseur 2 qui est formé par exemple par un coupleur à 3 dB passif. Le signal est alors divisé pour
être dirigé vers deux branches a, b dans chacune desquel-
les se trouve un filtre passe-bande optique 3a, 3b, et
chaque filtre extrait une bande latérale du signal modulé.
On obtient ainsi dans la section A-B qui est représentée un sous- ensemble du spectre total qui est extrait de ce dernier. Les filtres passe-bande optiques 3a, 3b peuvent par exemple être formés par ce que l'on appelle des filtres de Fabry-Pérot. La bande latérale qui s'est propagée avec la plus petite valeur de retard dans la fibre est ensuite retardée dans un dispositif de retard 4 qui est formé par une ligne à retard dans l'exemple qui est représenté. Les signaux dans les deux branches a, b sont ensuite combinés dans un dispositif de combinaison 5 pour donner un signal de sortie commun. Cette combinaison de signaux est cohérente, ce qui implique normalement une commande active de la phase dans l'une des branches. Pour réaliser cette commande de phase, on peut utiliser par exemple la puissance électro-optique dans un modulateur de phase, une commande de température ou un certain autre procédé connu (ceci n'est pas représenté). Ensuite, le signal peut être détecté par un dispositif de détection (non représenté), d'une manière connue. Dans l'exemple qui est représenté sur la figure 1, le dispositif est disposé
du côté de la réception. Ceci n'est cependant pas obliga-
toire, du fait que si le système est linéaire, le dispo-
sitif peut en principe être disposé n'importe o dans la chaîne de transmission. Le dispositif de détection doit
normalement être disposé seulement du côté de la réception.
La figure 2 montre le spectre de puissance pour le signal optique modulé, dans un mode de réalisation possible. A cet égard, l'émetteur peut par exemple être constitué par une diode laser dont la lumière a été modulée en intensité par un modulateur du type à absorp-
tion, avec une atténuation d'environ 9 dB et sans modula-
tion de fréquence en rampe. P.in peut être ce que l'on appelle un mot pseudo-aléatoire à 10 Gbit/s. On considère
que le signal d'entrée électrique est filtré électrique-
ment en passant à travers un réseau RC avec un temps de montée de 25 ps. En outre, le signal a été transmis sur
une fibre de type standard, sans décalage lié à la disper-
sion, avec une dispersion de 16 ps/nm/km. Dans l'exemple représenté, les filtres, qui sont ce que l'on appelle des interféromètres de Fabry- Pérot avec une largeur de bande de 10 GHz, sont réglés pour éliminer respectivement les bandes latérales supérieure et inférieure. Dans le mode de réalisation qui est représenté, la finesse des filtres, F, est égale à 192, avec un nombre ordinal, M, qui est égal à
100 et un facteur de réflexion des miroirs, R, de 98,4%.
Le temps de retard, T, est optimisé pour chaque longueur de filtre de façon à obtenir une pénalité de puissance négligeable. Sur la figure, le spectre est translaté de façon que la fréquence de l'onde porteuse optique soit transférée à l'origine des coordonnées, dans un but de clarté. La figure 2 montre le spectre de puissance optique transmis, et les fonctions de transfert, c'est-à-dire les
caractéristiques des filtres, pour les filtres de Fabry-
Pérot, sont indiquées sur cette figure. Les valeurs spéci-
fiées indiquent seulement des exemples d'un mode de réali-
sation qui peuvent évidemment varier de nombreuses manières. La figure 3 montre des valeurs de la "pénalité de puissance" en fonction de la longueur de la fibre de transmission, respectivement avec et sans compensation de dispersion, conformément à l'exemple de la figure 1. A cet
égard, une ligne interrompue illustre le cas avec compen-
sation de dispersion, tandis qu'une ligne continue illus-
tre le cas sans compensation de dispersion. Les durées de retard T dans le cas avec compensation de dispersion varient dans l'intervalle allant de 25 ps (fibre de 50 kilomètres) à 100 ps (fibre de 200 kilomètres). Sur la figure, seule la pénalité de puissance qui est occasionnée par la dispersion et par des limitations de la largeur de bande dans l'émetteur est représentée, tandis que l'influence de l'atténuation dans la fibre et du bruit
provenant du circuit de réception, ainsi que d'un ampli-
ficateur optique éventuel, n'est pas prise en considéra-
tion. Comme on le voit, la distance de transmission, qui est définie comme étant la longueur de fibre pour laquelle on obtient une pénalité de puissance de 3 dB, peut être
augmentée d'un facteur d'environ 2,3, mais ceci ne consti-
tue qu'un exemple pour un certain dispositif.
Comme mentionné ci-dessus, on peut par exemple utiliser un diviseur à 3 dB à fibre optique ainsi que deux filtres de Fabry-Pérot à fibre et une ligne à retard optique 4. Ce dispositif peut avoir une longueur de 2 cm pour un retard T de 100 ps. Ceci n'est cependant indiqué qu'à titre d'exemple illustratif et un certain nombre d'autres solutions sont évidemment possibles. Pour obtenir une commande de phase active dans l'une des branches qui a
été mentionnée ci-dessus, l'une des fibres peut par exem-
ple être chauffée avant le coupleur 5, mais conformément à un autre mode de réalisation, il est également possible de la soumettre à une pressionmécanique. Dans les deux cas, on peut produire des changements d'indice de réfraction faibles mais suffisants pour obtenir une combinaison
cohérente des signaux dans le dispositif de combinaison.
Selon un autre mode de réalisation, il est possible d'incorporer un compensateur de phase électro-optique dans
l'une des branches (ceci n'est pas représenté).
On a supposé dans ce qui précède que tous les
composants incorporés sont indépendants de la polarisa-
tion. Ceci n'est cependant pas impératif; si une dépen-
dance vis-à-vis de la polarisation est présente, on doit cependant exercer une certaine sorte de commande de
polarisation du côté de l'entrée.
Conformément à un autre mode de réalisation
utilisant des composants discrets, l'ensemble du disposi-
tif peut être intégré sur un substrat semiconducteur qui peut consister par exemple en GaAs ou en InP. InP peut par exemple convenir si le composant doit être utilisé à une longueur d'onde d'environ 1550 nm. Dans ces cas, les guides d'ondes consistent en guides d'ondes monomodes qui sont produits par des procédés classiques d'épitaxie et de
gravure. Avec une intégration monolithique sur des semi-
conducteurs, on peut utiliser par exemple à titre de filtres des filtres à amplificateur laser résonnant, ou des lasers à réaction répartie (DFB) ou à réflecteurs de Bragg de type réparti (DBR) qui fonctionnent en filtres amplificateurs à bande étroite. Du fait que des guides d'ondes en InP ont un indice de réfraction supérieur à celui d'une fibre de verre, les longueurs de retard dans le dispositif de retard 4 deviendront plus faibles; par
exemple, dans un cas correspond à celui mentionné ci-
dessus, avec une durée de retard d'environ T = 100 ps, la
distance deviendrait approximativement 0,9 cm.
Dans le cas d'un dispositif intégré monolithi-
que, le dispositif de détection peut également être
intégré de façon monolithique, de même que des préamplifi-
cateurs électriques sous la forme de transistors. En outre, on peut accomplir une commande de phase en incluant une courte section, par exemple de quelques dixièmes de millimètre, qui est polarisée en sens avant ou en sens arrière, de façon à obtenir une commande précise de l'indice de réfraction. Conformément à un autre mode de réalisation supplémentaire, il est possible d'intégrer une section d'amplification optique du côté de l'entrée, sous la forme d'un amplificateur à laser. Le dispositif décrit peut également être fabriqué sous la forme de guides d'ondes monomodes en matériaux tels par exemple que des polymères ou du dioxyde de silicium. En outre, il n'est pas nécessaire que les filtres inclus 3a, 3b consistent en filtres de Fabry-Pérot ou, dans le cas de l'intégration monolithique, en filtres à amplificateurs lasers, et on peut utiliser n'importe quel filtre à condition que sa
fonction de transfert soit suffisamment étroite.
La figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif de séparation 1' comprend un diviseur et un dispositif de tri de longueurs d'onde 6. Un avantage de ce mode de réalisation consiste
en ce que la quasi-totalité de la lumière peut être utili-
sée, ce qui fait qu'une partie de celle-ci n'est pas perdue par la division du côté de l'entrée, avec ensuite
une élimination par filtrage dans la branche respective.
Dans le dispositif 20 qui est représenté sur la figure 4, le signal optique entrant P. est divisé en deux branches i;n
a', b' qui ont des longueurs différentes, L et L+dL.
Ensuite, la lumière est combinée dans un coupleur direc-
tionnel 8 qui peut avoir une longueur s'élevant par exem-
ple à la moitié d'une longueur de couplage. Conformément à un mode de réalisation, les deux branches a', b', en association avec le coupleur directionnel, forment ce que l'on appelle un interféromètre de MachZender qui effectue un "tri" périodique des longueurs d'onde, de façon qu'une moitié de toutes les longueurs d'onde entrantes apparaisse dans la branche supérieure a', tandis qu'une moitié apparaît dans la branche inférieure b', lorsqu'on effectue
la mesure dans la section A'-B'. Par une sélection appro-
priée de dL, c'est-à-dire le paramètre qui correspond à la différence de longueur entre les deux branches, on obtient une périodicité qui place l'une des bandes latérales de modulation essentiellement dans la branche a', tandis que
l'autre bande latérale de modulation est placée essentiel-
lement dans la branche b'. D'une manière qui est analogue au mode de réalisation représenté sur la figure 1, la bande latérale qui est retardée de la plus faible valeur dans la fibre de transmission est retardée d'une manière analogue dans le dispositif de retard 4, après quoi les
deux signaux sont combinés dans le dispositif de combinai-
son 5, qui peut être un coupleur directionnel. Dans ce cas également, une commande de phase active est effectuée immédiatement avant le dispositif de combinaison 5 ou le coupleur directionnel, de façon à obtenir une combinaison cohérente des signaux. Le coupleur directionnel a une
sortie symétrique.
Conformément à un mode de réalisation, le dispo-
sitif 20 qui est représenté sur la figure 4 comprend des composants à fibre discrets tels qu'un diviseur à fibre 2', un coupleur à fibre 8, un dispositif de retard 4 (en particulier sous la forme d'une ligne à retard) ainsi
qu'une commande de phase (non représentée).
Conformément à un autre mode de réalisation, le dispositif 20 peut correspondre à celui qui est représenté
sur la figure 4, mais il peut être fabriqué par intégra-
tion monolithique sur un substrat semiconducteur, consis-
tant par exemple en GaAs ou en InP, ou bien il peut être intégré dans des polymères ou du dioxyde de silicium, d'une manière analogue à ce que l'on a décrit en relation
avec la figure 1.
Il n'est pas nécessaire que le dispositif de
séparation 1' consiste en un diviseur 2' et en un inter-
féromètre de Mach-Zender, et on peut utiliser à la place de l'interféromètre de Mach-Zender n'importe quelle autre
sorte appropriée de dispositif de tri de longueurs d'onde.
Le dispositif de tri de longueurs d'onde peut par exemple
être basé sur un réseau.
La figure 5 montre un spectre de puissance pour le signal de lumière modulé et les fonctions de transfert respectivement pour les branches supérieure et inférieure, dans la section A'-B' de la figure 4, de façon analogue à la figure 2. Les fonctions de transfert sont représentées dans ce cas pour les deux branches de l'interféromètre de Mach-Zender. On présente ci-après un exemple dans lequel le récepteur est supposé parfait. On suppose en outre que la fibre est une fibre monomode ordinaire avec une dispersion de 17 ps/nm/km, et que le débit binaire est de 10 Gbit/s,
tandis que la longueur d'onde est fixée à 1,55 pm.
En ce qui concerne le format de modulation, on a choisi la modulation NRZ (Non Retour à Zéro), avec une forme d'impulsion correspondant à une fonction cosinus élevée au carré. On suppose à cet égard que la puissance de signal est présente jusqu'à 0,7 fois la fréquence
*d'horloge.
La figure 6 représente la pénalité de puissance (Pénalité de Puissance Optique) en fonction de la distance
de transmission L pour trois cas différents; sans compen-
sation, ce qui correspond à une ligne en tirets, avec une impulsion décalée vers le bleu, ce qui correspond à une ligne en pointillés, et avec compensation conformément à l'invention, pour différentes valeurs de C, ce qui est représenté par des lignes continues. Il ressort de façon évidente de la représentation graphique que l'on obtient la compensation de dispersion maximale pour des valeurs de C d'environ 0,5. Avec ces hypothèses, la distance de transmission maximale s'élèverait jusqu'à environ 3,6 fois la distance de transmission sans compensation. Le fait que la distance de transmission ne soit pas multipliée par 4 peut s'expliquer, entre autres, par le fait que le signal envisagé a un spectre de puissance non idéal, c'est-à-dire que la fonction de poids pour le spectre de puissance est en réalité différente de 1. La distance de transmission dépend donc du spectre du signal et, avec un spectre de signal idéal, il serait possible d'obtenir un facteur de 4 pour la distance de transmission avec retard. Avec une valeur de C d'environ 0,5 à 0,6, il serait possible d'obtenir des distances de transmission allongées dans un rapport de 3 à 3,5, mais il ne s'agit là que d'exemples de
valeurs pour le cas décrit ici.
Les dispositifs décrits ci-dessus et les procédés correspondants respectifs sont utilisés pour la
compensation de la dispersion dans des systèmes de trans-
mission à fibre optique avec des débits binaires élevés, dans lesquels la dispersion constitue par ailleurs un facteur limitatif en ce qui concerne les distances de transmission qui sont possibles sans une régénération électro-optique. Théoriquement, avec les dispositifs décrits conformément à l'invention, on peut allonger les
distances de transmission d'un facteur de 4 au maximum.
L'allongement des distances de transmission, c'est-à-dire la mesure dans laquelle on peut se rapprocher du facteur de 4, dépend entre autres de la perfection des filtres optiques ou des dispositifs de tri de longueurs d'onde que l'on peut produire. De façon générale, plus les débits binaires sont élevés, plus il est facile de produire des
filtres optiques fonctionnant bien.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux
modes de réalisation décrits. Le dispositif peut par exem-
ple être disposé du côté récepteur du système de trans-
mission, mais il peut également être disposé à un emplace-
ment intermédiaire sur la distance de transmission.
Claims (28)
1. Dispositif (10; 20) pour la compensation de dispersion dans un système de transmission à fibre optique, ce dispositif étant incorporé dans le système de transmission et un signal d'entrée optique (Pin) étant appliqué au dispositif (10; 20), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparation optique (1; 1') qui est destiné à effectuer une division optique spectrale du signal d'entrée optique (Pin), pour le diviser en bandes latérales de modulation supérieure et inférieure qui sont appliquées à au moins deux branches, un dispositif de retard (4) destiné à produire un retard sélectif des bandes latérales séparées, pour la compensation de la différence de temps de transit entre les bandes latérales qui est occasionnée par la dispersion, et un dispositif de
combinaison (5; 5') pour combiner les bandes latérales.
2. Dispositif (10; 20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bandes latérales sont combinées de façon cohérente dans le dispositif de combinaison (5;
5').
3. Dispositif (10; 20) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de retard (4) comprend deux guides d'ondes monomodes séparés dans lesquels les bandes latérales de modulation ayant pratiquement la même vitesse de groupe ou des vitesses de groupe qui diffèrent de façon négligeable, se propagent sur des distances de
longueurs différentes.
4. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de
retard (4) consiste en une ligne à retard à fibre optique.
5. Dispositif selon la revendication 4, caracté-
risé en ce que des dispositifs pour réaliser une commande de phase active sont disposés dans l'une au moins des
branches, pour obtenir une combinaison de signal cohé-
rente.
6. Dispositif (10) selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
dispositif de séparation (1) comprend un diviseur à fibre (2) et des filtres passe-bande optiques (3a, 3b) disposés dans chacune des branches et ayant une fonction de trans-
fert étroite.
7. Dispositif (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diviseur à fibre (2) consiste en
un coupleur à 3 dB passif.
8. Dispositif (10) selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
composants qui sont inclus consistent en composants à
fibre discrets.
9. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est intégré de façon monolithique sur un substrat semiconducteur, par exemple en GaAs ou en InP, ou bien il est intégré dans
des polymères ou dans SiO2.
10. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications précédentes, caractérisé en ce que les filtres
passe-bande optiques (3a, 3b) consistent en interféro-
mètres de Fabry-Pérot qui sont respectivement destinés à éliminer les bandes latérales de modulation supérieure et inférieure.
11. Dispositif selon la revendication 9, caracté-
risé en ce que les filtres passe-bande optiques consistent en filtres à amplificateurs lasers résonnants, tels que des lasers à réaction répartie (DFB) ou à réflecteurs de
Bragg de type réparti (DBR).
12. Dispositif (20) selon l'une quelconque des
revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de
séparation (11) consiste en un diviseur à fibre (2') et en
un dispositif de tri de longueurs d'onde (6').
13. Dispositif (20) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de tri de longueurs d'onde (6') consiste en deux branches (a', b') ayant des
longueurs différentes (L; L+dL), et en un coupleur direc-
tionnel (8) dans lequel les signaux optiques sont combi-
nés.
14. Dispositif (20) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de tri de longueurs
d'onde (6') consiste en un interféromètre de Mach-Zender.
15. Dispositif (20) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de tri de longueurs
d'onde est basé sur un réseau.
16. Dispositif (20) selon l'une quelconque des
revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la longueur du
coupleur directionnel (8) est choisie égale à la moitié
d'une longueur de couplage.
17. Dispositif (20) selon l'une quelconque des
revendications 12 à 16, caractérisé en ce que les composants
qui sont inclus consistent en composants à fibre discrets.
18. Dispositif (20) selon l'une quelconque des
revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il est intégré
de façon monolithique dans des semiconducteurs tels par
exemple que GaAs ou InP.
19. Dispositif (20) selon l'une quelconque des
revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il est intégré
dans des polymères ou dans SiO2.
20. Dispositif (10; 20) selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
est disposé du côté récepteur du système de transmission.
21. Dispositif (10; 20) selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
comprend un dispositif de détection pour détecter un
signal de sortie optique (Pout).
22. Procédé pour la compensation de la disper-
sion dans un système de transmission à fibre optique, la compensation de la dispersion étant effectuée dans le système de transmission à fibre optique auquel un signal optique (P1,) est appliqué, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on divise le signal d'entrée optique (Pin), dans un dispositif de séparation optique (1; 11) en une bande latérale de modulation supérieure et une bande latérale de modulation inférieure; on soumet les bandes latérales de modulation à un retard sélectif, pour la compensation de la
différence de temps de transit entre les bandes latérales qui est occasionnée par la dispersion; et on combine les bandes latérales dans un dispositif de combinaison (5; 5').10
23. Procédé selon la revendication 22, caracté-
risé en ce qu'on combine de façon cohérente les bandes
latérales de modulation.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 22 ou 23, caractérisé en ce que les bandes latérales de modulation se propagent sur des distances de longueurs différentes mais avec fondamentalement la même vitesse de groupe.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 22 à 24, caractérisé en ce que le signal d'entrée optique (Pin) est divisé dans le dispositif de séparation (1; 11), après quoi il est filtré pour obtenir la bande latérale de modulation supérieure dans l'une des branches et la bande
latérale de modulation inférieure dans l'autre branche.
26. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 22 à 25, caractérisé en ce que le signal optique entrant est divisé en deux branches qui ont des longueurs différentes, après quoi la lumière est combinée dans un coupleur directionnel pour produire un tri de longueurs d'onde.
27. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 22 à 25, caractérisé en ce que la compensation de dispersion est effectuée du côté de la réception du système
de transmission.
28. Procédé selon la revendication 27, caracté-
risé en ce que le signal de sortie optique (Pout) qui sort du dispositif de combinaison (5; 5') est détecté par un
dispositif de détection, d'une manière connue.
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