FR2708152A1 - Appareil amplificateur de lumière. - Google Patents
Appareil amplificateur de lumière. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2708152A1 FR2708152A1 FR9408863A FR9408863A FR2708152A1 FR 2708152 A1 FR2708152 A1 FR 2708152A1 FR 9408863 A FR9408863 A FR 9408863A FR 9408863 A FR9408863 A FR 9408863A FR 2708152 A1 FR2708152 A1 FR 2708152A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- light
- pump
- coupler
- light sources
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/09408—Pump redundancy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Il s'agit d'un appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante. Des isolateurs optiques 13, 14 sont intercalés entre les sources de lumière de pompage 1, 2 et un photocoupleur 4 de manière à empêcher tout blocage de l'injection, empêchant de la sorte la fluctuation de la puissance de pompage.
Description
La présente invention concerne un appareil amplificateur de lumière
comprenant une fibre optique à laquelle est ajouté un élément de terre rare ou un métal
de transition de manière à assurer une fonction d'ampli-
fication et, plus particulièrement, un appareil amplifi-
cateur de lumière qui peut stabiliser la puissance de pompage d'une structure redondante composée d'une série d'amplificateurs de lumière à fibre qui sont excités par
une série de sources de lumière de pompage.
DescriDtion de la technique antérieure Un amplificateur de lumière à fibre est avantageux dans la mesure o il ne dépend pas de la vitesse de transmission contrairement à un répéteur optique classique ayant des fonctions 3R (remodelage, resynchronisation et régénération), il est possible de simplifier un répéteur optique et d'élargir la capacité de transmission par multiplexage de longueur d'ondes. Par suite, un amplificateur de lumière à fibre est censé avoir une large application allant d'un système répéteur optique de submersible à un système de distribution CATV optique. Un amplificateur de lumière à fibre a, de manière générale, une largeur de bande de l'ordre de Thz et un signal optique de grande capacité d'information supérieure à G bit/s est généralement amplifié pour utiliser la bande large. Un équipement de communications opérant avec une capacité d'information aussi importante est nécessaire pour obtenir une très bonne fiabilité. En particulier, il est très important d'améliorer la fiabilité d'une source de lumière de pompage, qui est le seul élément photo-actif utilisé pour un amplificateur de lumière à fibre. Cependant, comme une source de lumière de pompage doit généralement avoir une puissance élevée, notamment de plus de 10 mW, l'augmentation de fiabilité d'une seule source de lumière de pompage est
limitée. On adopte donc en général une structure redon-
dante utilisant une série de sources de lumière de pompage.
L'une de ces structures redondantes classi-
ques est décrite dans le document US nO 5.173.957. La Fig. 9 est un organigramme de la structure redondante classique décrite dans cette littérature. Dans la Fig. 9, les notations de référence 1 et 2 représentent des sources de lumière de pompage, la notation de référence 3 des circuits de commande de stabilisation de sortie pour les sources de lumière de pompage 1 et 2, la
notation de référence 4 à un coupleur de 3 db (photocou-
pleur), les notations de référence 5 et 6 des coupleurs optiques, les notations de référence 7 et 8 des fibres optiques auxquelles on a ajouté un élément de terre rare (ou un métal de transition), les notations de référence 9 et 11 des bornes d'entrée de signaux et les notations
de référence 10 et 12 des bornes de sortie de signaux.
On explique à présent le fonctionnement de cet amplificateur de lumière à fibre. Les sources de lumière de pompage 1 et 2 sont commandées par le circuit 3 de commande de stabilisation de sortie de telle sorte que les courants des photodiodes d'un moniteur qui sont installées à l'intérieur des sources de lumière de pompage 1 et 2 soient constants et que les puissances optiques qui sont approximativement constantes quelle que soit la fluctuation de la température, la tension d'alimentation ou quelque chose d' analogue, sont envoyées dans le coupleur 4 de 3 dB. Lorsque les puissances optiques qui n'ont aucun rapport l'une avec l'autre sont
entrées, le coupleur 4 de 3 dB délivre 50 % des puissan-
ces optiques respectives aux ports de sortie respectifs selon les caractéristiques requises. Les ondes de lumière de pompage sont délivrées aux fibres optiques 7, 8 auxquelles est ajouté un élément de terre rare (dénommé par la suite simplement "fibre(s) optique(s)"), via les coupleurs optiques 5, 6 sur la base des puissances. La lumière de pompage forme une inversion de population dans les fibres optiques 7, 8 et les signaux optiques faibles entrés par les bornes d'entrée de signaux 9, 11 sont amplifiés avec un gain d'amplification prédéterminé. Les signaux optiques amplifiés sortent par les bornes de
sortie de signaux 10, 12.
Dans un amplificateur de lumière à fibre adoptant une telle structure redondante, même si la source de lumière de pompage 1 est détériorée et que l'émission de lumière est stoppée, il est possible de faire fonctionner l'amplificateur de lumière à fibre avec 50 % de la puissance de pompage normale en n'utilisant que la puissance de pompage qui est fournie par la source de lumière d'excitation 2. Il est possible de maintenir la diminution de gain à une valeur insignifiante en aménageant convenablement le diagramme de niveau du système. Au contraire, dans le cas de l'excitation de la fibre optique 7 uniquement par la source de lumière de pompage 1 sans l'usage du coupleur 4 de 3 dB, la fibre optique 7 opère comme un absorbeur saturé lorsque l'émission de lumière provenant de la source de lumière de pompage 1 est interrompue. Par suite, la fibre optique 7 témoigne d'une perte importante vis-à-vis du signal d'entrée ayant une faible puissance et la ligne de transmission sur laquelle se trouve la fibre optique 7 est interrompue. De cette manière, l'adoption d'une structure redondante permet d'améliorer la fiabilité du système. Dans l'exemple décrit ci- dessus, le coupleur 4 de 3 dB opère idéalement comme un distributeur de 50 % de puissance. En d'autres termes, comme les sources de lumière de pompage 1 et 2 sont des sources de lumière séparées, les phases fluctuent indépendamment l'une de l'autre même si leurs fréquences sont égales, si bien que le rapport de distribution du coupleur 4 de 3 dB pris en moyenne sur une période d'une durée appropriée plus longue que le temps de cohérence des sources de lumière de pompage 1 et 2 devient constant. Le temps de cohérence d'un laser à semi-conducteurs, qui est utilisé de manière générale comme source de lumière de pompage, n'est pas supérieur à 1 iS. Cette valeur est suffisamment plus faible que la constante de temps de réponse minimum de pS d'une fibre optique dopée à l'erbium, qui est très généralement utilisée comme fibre optique 7 (8), à une fluctuation de la puissance de pompage. Par conséquent, les puissances de pompage sont constantes dans les constantes de temps de réponse des fibres optiques 7, 8
et leur gain ne fluctue pas.
Cependant, lorsque deux ondes lumineuses ayant la même fréquence sont délivrées au coupleur 4 de 3 dB, qui est le composant-clé de la structure redondante représentée dans la Fig. 9, le rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB varie en fonction de la relation de phase entre les deux ondes lumineuses, ce qui peut entraîner une fluctuation des gains des fibres optiques 7, 8. Si les sources de lumière de pompage 1, 2 sont couplées l'une à l'autre à la suite d'une interférence entre les ports d'entrée du coupleur 4 de 3 dB ou en raison de la réflexion par les dispositifs connectés aux ports de sortie du coupleur 4 de 3 dB et assument un état de blocage de l'injection, la relation de phase est quelque fois maintenue pendant une durée plus longue que le temps de cohérence de l'unique source de lumière
d'excitation 1 (2).
La Fig. 10 représente les spectres d'émission des sources de lumière de pompage 1 et 2 avec et sans blocage de l'injection. Dans la Fig. 10, la notation de référence 101 représente le spectre d'émission de la source de lumière de pompage 1 lorsqu'il n'y pas de blocage de l'injection et la notation de référence 102 le spectre d'émission de la source de lumière de pompage 1 au moment du blocage de l'injection. La notation de référence 103 désigne la largeur de verrouillage de l'injection Af de la source de lumière de pompage 1. La
notation de référence 104 représente le spectre d'émis-
sion de la source de lumière de pompage 2. Lorsque la faible puissance lumineuse provenant de la source de lumière de pompage 2 est couplée à celle provenant de la source de lumière de pompage 1 et que leurs fréquences d'oscillation f2 et fl se rapprochent de manière adéquate l'une de l'autre, la source de lumière de pompage 1 stoppe l'oscillation de la fréquence fi de manière à émettre de la lumière ayant la fréquence f2. Ce phénomène est appelé blocage de l'injection et est décrit, par exemple, à la page 58 de l'ouvrage "The Fundamental Studies of Semiconductor Laser" édité par la Society of
Applied Physics, 1987 (publié par Ohm).
A ce stade, la fréquence de la lumière d'entrée dans la source de lumière de pompage 1 coincide avec la fréquence de la lumière de sortie de la source de lumière de pompage 1 (fi passe à f2, comme montré dans la Fig. 10) et la phase dépend de la différence entre les fréquences des ondes lumineuses avant et après le blocage de l'injection (la valeur correspondant à "fi - f2" dans la Fig. 10) tandis que la différence de phase est
maintenue dans la plage de -90 à +90 (état de cohéren-
ce). Par conséquent, dans un état de blocage de l'injec-
tion, le rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB varie avec la différence de phase entre les ondes lumineuses d'entrée dans le coupleur 4 de 3 dB. Le blocage de l'injection se produit lorsque fl et f2 répondent à la condition suivante: I fi - f2 1 < Af...(1) dans laquelle Af est la largeur de verrouillage de l'injection qui est proportionnelle à l'intensité du champ de la lumière injectée par la source de lumière de pompage 2 dans la source de lumière de pompage 1 et est représentée par la formule suivante: Pi/PW (l Rl) Af =... (2) dans laquelle Pi, Pl représentent la puissance de la lumière injectée et la puissance d'auto-excitation, respectivement, à l'intérieur de la source de lumière de
pompage 1, rp la durée de vie des photons dans le résona-
teur interne de la source de lumière de pompage 1 et Ri le pouvoir de réflexion de la facette frontale de la source de lumière de pompage 1. La durée de vie des photons zp est généralement d'environ 3 ps dans un laser
à semi-conducteurs de puissance élevée.
Le pouvoir de réflexion de la facette fronta-
le R1 est de plusieurs pour-cents dans un laser à semi-
conducteurs de puissance élevée. Si l'on suppose que l'interférence entre les ports d'entrée du coupleur 4 de 3 dB est de 60 dB et que le pouvoir de réflexion de la
facette frontale R1 est de 3 %, la largeur de verrouil-
lage de l'injection Af est de 138 Mhz. Comme la largeur
des lignes du spectre d'émission d'un laser à semi-
conducteurs de puissance élevée est d'environ quelques Mhz, il est bien entendu qu'il existe une grande probabi-
lité que l'injection soit bloquée.
La Fig. 11 représente les caractéristiques de fluctuation du rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB au moment du blocage de l'injection. Les notations de
référence 105, 106 représentent les rapports de distribu-
tion des deux ports de sortie du coupleur 4 de 3 dB. Si l'on suppose que la différence de phase des ondes lumineuses délivrées par les sources de lumière de pompage i et 2 est de Y, les rapports de distribution LA, LB du port traversant A et du port transversal B, respectivement, vus depuis la source de lumière de pompage 1, sont représentés par les formules suivantes: LA = - (1 - sin Y)... (3) LB = - (1 + sin Y)...(4)
2
Comme il ressort des formules (3) et (4) précitées, lorsque les deux ondes lumineuses à l'état cohérent sont délivrées, le rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB est fonction de la différence de phase Y des ondes lumineuses. Lorsque la différence de phase Y est de 90 , la totalité de la puissance lumineuse sort par le port traversant A et, lorsque la différence de
phase Y est de -90 , la totalité de la puissance lumi-
neuse sort par le port transversal B. La différence de phase Y est déterminée par la longueur L de la fibre qui relie la source de lumière de pompage 1, le coupleur de 3 dB 4 et la source de lumière de pompage 2 et par la différence fl-f2 entre les fréquence d'auto-oscillation des sources de lumière de pompage 1 et 2. Bien que la longueur L de la fibre soit constante, les fréquences d'auto oscillation fi, f2 des sources de lumière de pompage 1 et 2 varient de manière aléatoire. Comme les fréquences d'oscillation fl et f2 des sources de lumière de pompage 1 et 2 fluctuent de manière aléatoire, ce qui
est la raison principale de la fluctuation de la diffé-
rence de phase Y des ondes lumineuses, les rapports de distribution 105 et 106 du port traversant A et du port
transversal B, respectivement, témoignent de caractéris-
tiques de variation complémentaires et aléatoires. Les variations aléatoires des fréquences d'oscillation d'auto- excitation fi, f2 contiennent une composante de très basse fréquence et les gains des fibres optiques 7,
8 fluctuent en réponse à la composante de basse fréquen-
ce. Les fluctuations des gains des fibres optiques 7, 8
sont caractéristiques en ce qu'elles sont complémentai-
res.
De cette manière, dans une structure redon-
dante classique adoptée par l'amplificateur de lumière à fibre, comme les sources de lumière de pompage 1 et 2 sont couplées l'une à l'autre, ce qui provoque un blocage de l'injection, deux ondes lumineuses à l'état cohérent sont délivrées au coupleur de 3 dB 4 et les puissances de pompage envoyées aux fibres optiques 7, 8 fluctuent, si bien que les gains des fibres optiques 7, 8 fluctuent eux-mêmes.
RESUME DE L'INVENTION
En conséquence, l'objet de la présente invention vise un appareil amplificateur de lumière qui peut résoudre les problèmes précités de la technique antérieure. Pour atteindre cet objectif, dans un premier aspect de la présente invention, on utilise un appareil amplificateur de lumière caractérisé en ce qu'un isola- teur optique est intercalé entre une source de lumière de pompage et un coupleur de 3 dB. L'insertion de
l'isolateur optique peut empêcher le blocage de l'injec-
tion de se produire.
Un deuxième aspect de la présente invention vise un appareil amplificateur de lumière caractérisé en ce qu'une fibre optique qui est de manière adéquate plus longue que la longueur de cohérence d'une source de lumière de pompage est intercalée entre la source de lumière de pompage et un coupleur de 3 dB. L'insertion de la fibre optique peut abaisser de manière adéquate la cohérence des ondes lumineuses qui sont envoyées au
coupleur de 3 dB.
Un troisième aspect de la présente invention vise un appareil amplificateur de lumière caractérisé en ce que la largeur des lignes du spectre d'émission d'une source de lumière de pompage est étendue à une largeur identique ou supérieure à la largeur de bande de blocage de l'injection par modulation de la fréquence d'une source de lumière de pompage. La modulation de fréquence
peut empêcher un blocage de l'injection.
Un quatrième aspect de l'invention vise un appareil amplificateur de lumière caractérisé en ce que les ondes lumineuses envoyées par la source de lumière de pompage sont polarisées en mode circulaire dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, respectivement. Cette polarisation peut empêcher l'apparition d'interférences dans le coupleur de 3 dB même dans le cas d'un blocage
de l'injection.
Un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention peut supprimer la fluctuation du gain d'une fibre optique à laquelle on a ajouté un élément de terre rare, ce qui est inévitable dans une structure redondante classique, et permettre un fonctionnement stable tout en conservant la plus grande partie de la fiabilité élevée de la structure redondante des sources
de lumière de pompage.
Les objets, les caractéristiques et les
avantages précités ainsi que d'autres objets, caractéris-
tiques et avantages de la présente invention ressortiront
de la description suivante de formes de réalisation
préférées réalisées sur base des dessins ci-annexés, dans lesquels: la Fig. 1 est un organigramme d'une première forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention,
la Fig. 2 montre la fluctuation des puissan-
ces dynamiques à une sortie d'un coupleur de 3 dB par
rapport à une perte de retour dans la forme de réalisa-
tion représentée dans la Fig. 1, la Fig. 3 est un organigramme d'une deuxième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, la Fig. 4 montre la relation de dépendance de la fluctuation du rapport de paratage du coupleur de 3
dB avec la longueur de la fibre dans la forme de réalisa-
tion représentée dans le Fig. 3, la Fig. 5 est un organigramme d'une troisième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, la Fig. 6 est un organigramme d'une quatrième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, la Fig. 7 est un organigramme d'une cinquième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, la Fig. 8 est un organigramme d'une septième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, la Fig. 9 est un organigramme d'un appareil amplificateur de lumière classique, la Fig. 10 montre les spectres d'émission de
sources de lumière de pompage lors du blocage de l'injec-
tion dans l'appareil amplificateur de lumière représenté dans la Fig. 9, et la Fig. 11 montre les caractéristiques de fluctuation du rapport de partage du coupleur de 3 dB
lors du blocage de l'injection dans l'appareil amplifi-
cateur de lumière représenté dans la Fig. 9.
DESCRIPTION DES FORMES DE REALISATION PREFEREES
Première forme de réalisation La Fig. 1 montre une première forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention. Dans les formes de réalisation
suivantes, les mêmes notations de référence sont utili-
sées pour des éléments identiques à ceux de la première forme de réalisation et on ne donnera aucune explication
à leur égard.
Comme montré dans la Fig. 1, dans l'appareil amplificateur de lumière (amplificateur de lumière à fibre), un isolateur optique 13 est intercalé entre une source de lumière de pompage 1 et un coupleur 4 de 3 dB et un isolateur optique 14 est intercalé entre une source
de lumière de pompage 2 et le coupleur 4 de 3 dB.
On explique à présent le fonctionnement de cet appareil amplificateur de lumière. Les isolateurs optiques 13, 14 témoignent habituellement d'une perte par insertion directe qui n'est pas supérieure à 1 dB et d'une perte par insertion inverse d'environ 40 dB. En d'autres termes, les isolateurs optiques 13, 14 ont une fonction d'affaiblissement de la puissance de couplage pour les sources de lumière de pompage 1 et 2 tout en maintenant la perte de puissance d'excitation délivrée par les sources de lumière de pompage 1 et 2 à un niveau bas. L'insertion des isolateurs optiques 13, 14 peut
réduire la largeur de verrouillage de l'injection Af.
Selon la formule (2) mentionnée ci-dessus, si l'on suppose que la perte par insertion inverse des isolateurs
optiques 13, 14 est de 40 dB et que la puissance photo-
électrique couplée des sources de lumière de pompage 1, 2 en raison de l'interférence entre les ports d'entrée
du coupleur 4 de 3 dB est de 60 dB, la largeur de ver-
rouillage de l'injection Af est de 1,38 Mhz. Cette valeur de la largeur de verrouillage de l'injection Af n'est pas supérieure à la largeur des lignes du spectre d'émission d'un laser à semi-conducteurs ordinaire de puissance élevée, si bien que la probabilité d'un blocage de
l'injection est très faible.
La Fig. 2 représente les valeurs mesurées de la fluctuation de puissance dynamique à la sortie du coupleur 4 de 3 dB par rapport à une perte de retour. La perte de retour est définie ici par le rapport "10 log (P1/P2) " de la puissance photo-électrique P2 injectée par la source de lumière de pompage 2 dans la source de lumière de pompage 1 et de la puissance photo-électrique P1 délivrée par la source de lumière de pompage 1. Plus la perte de retour est importante, moindre sera la puissance photo-électrique couplée des sources de lumière de pompage 1 et 2. La fluctuation de la puissance dynamique à la sortie du coupleur 4 de 3 dB est définie par la valeur des pics de la fluctuation du rapport de partage représenté dans la Fig. 11. Comme on peut le voir dans le Fig. 2, plus la perte de retour est importante,
moindre sera la fluctuation du rapport de partage.
Lorsque la perte de retour atteint 76 dB, il n'y a pas de fluctuation du rapport de partage. Cela vérifie expérimentalement la relation décrite ci-dessus entre la largeur de verrouillage de l'injection et la puissance photo-électrique couplée des sources de lumière de pompage 1 et 2. En fait, l'insertion des isolateurs
optiques 13, 14 supprime de manière adéquate la fluctua-
tion du rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB.
Dans les explications données ci-dessus, le blocage de l'injection est dû à l'injection de lumière de la source de lumière de pompage 1 dans la source de lumière de pompage 2. Il est cependant possible que le blocage de l'injection soit provoqué par la lumière injectée par la source de lumière de pompage 2 dans la
source de lumière de pompage 1. En considérant valable-
ment un tel cas, les isolateurs optiques 13 et 14 sont intercalés entre la source de lumière de pompage 1 et le coupleur 4 de 3 dB et entre la source de lumière de pompage 2 et le coupleur 4 de 3 dB, respectivement, dans
cette forme de réalisation, comme montré dans la Fig. 1.
Deuxième forme de réalisation La Fig. 3 montre une deuxième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention. Comme montré dans la Fig. 3, une fibre optique 15 est disposée entre la source de lumière de pompage 1 et le coupleur 4 de 3 dB dans cette forme de réalisation. La longueur de la fibre optique 15 est réglée de manière à être plus importante que la longueur
de cohérence des sources de lumière de pompage 1, 2.
On explique à présent le fonctionnement de cet appareil amplificateur de lumière. En raison de l'injection de lumière de la source de lumière de pompage 2 dans La source de lumière de pompage 1, la source de lumière de pompage 1 assume un état de blocage de l'injection et la lumière qui est cohérente avec la lumière injectée est délivrée par la source de lumière de pompage 1. Cependant, comme la différence de chemin optique entre les deux ondes lumineuses envoyées au coupleur 4 de 3 dB est renforcée par l'insertion de la fibre optique 15, la relation de phase entre les ondes lumineuses d'entrée devient aléatoire (incohérente), si bien que l'interférence est négligeable. Il y a deux routes ou chemins entre la source de lumière de pompage et le coupleur 4 de 3 dB. Dans une première route, la
lumière de la source de lumière de pompage 1 est directe-
ment envoyée à la source de lumière de pompage 2, tandis que, dans une seconde route, la lumière de la source de lumière de pompage 2 est envoyée à la source de lumière de pompage 1 via le coupleur 4 de 3 dB de manière qu'elle soit réfléchie et amplifiée, et ensuite envoyée au coupleur 4 de 3 dB. La longueur du chemin optique de la deuxième route est plus importante que la longueur du chemin de la première route de 2nL, o n représente l'indice de réfraction (environ 1,48) de la fibre optique
15 et L représente la longueur de la fibre optique 15.
Si la différence de chemin optique 2nL est convenablement plus importante que la longueur de cohérence de la source de lumière de pompage 2, l'interférence entre la lumière envoyée au coupleur 4 de 3 dB par la première route et la lumière envoyée au coupleur 4 de 3 dB par la deuxième route est faible, ce qui entraîne une petite fluctuation
du rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB.
La Fig. 4 montre la relation de dépendance de la fluctuation du rapport de partage du coupleur de 3 dB avec la longueur de la fibre. La largeur des lignes du spectre d'émission utilisé dans la mesure est d'environ 6 Mhz. Si l'on suppose que le spectre est un spectre de Gauss, la longueur de cohérence est de 32 m. On sait de manière générale que la cohérence de la lumière diminue de manière exponentielle par rapport à la différence de chemin optique et que, si la différence de chemin optique
est cinq fois la longueur de cohérence, il n'y a approxi-
mativement pas de cohérence. Dans l'appareil amplifica-
teur de lumière de cette forme de réalisation, si l'on suppose que la longueur de la fibre optique est de L, une
différence de chemin optique de 54 m est nécessaire.
Comme on le comprend en observant la Fig. 4, si la longueur L de la fibre optique 15 est d'environ 50 m, la fluctuation du pic de puissance optique à la sortie du coupleur 4 de 3 dB est ramenée à une valeur qui n'est pas supérieure à environ 0,1 dB. En outre, si la longueur L de la fibre optique 15 est d'environ 80 m, la fibre
optique 15 peut ramener la fluctuation du pic de puis-
sance optique à la sortie du coupleur 4 de 3 dB à une
valeur de 0,04 dB, ce qui est presque négligeable.
Troisième forme de réalisation La Fig. 5 montre une troisième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon
la présente invention. Dans la deuxième forme de réalisa-
tion, le blocage de l'injection était provoqué par la lumière injectée de la source de lumière de pompage 1 dans la source de lumière de pompage 2. Il est cependant possible que le blocage de l'injection soit provoqué par la lumière injectée de la source de lumière de pompage 2 dans la source de lumière de pompage 1. En considérant avec attention ce cas, des fibres optiques 15 et 16 sont intercalées entre la source de lumière de pompage 1 et le coupleur 4 de 3 dB et entre la source de lumière de pompage 2 et le coupleur 4 de 3 dB, respectivement, dans
cette forme de réalisation, comme montré dans la Fig. 5.
Chacune des fibres optiques 15 et 16 a un effet de
suppression de la fluctuation du rapport de partage.
Ouatrième forme de réalisation La Fig. 6 montre une quatrième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention. Comme montré dans la Fig. 6, un oscillateur 17 est disposé entre la source de lumière de pompage 1 et un circuit de commande de stabilisation de sortie 3 tandis qu'un oscillateur 18 est disposé entre la source de lumière de pompage 2 et le circuit de
commande de stabilisation de sortie 3.
On explique à présent le fonctionnement de cet appareil amplificateur de lumière. Les courants alternatifs délivrés par les oscillateurs 17, 18 sont superposés aux courants de commande des sources de
lumière de pompage 1, 2. Dans le cas d'un laser à semi-
conducteurs, la fréquence de la lumière émise est modulée par les courants alternatifs à un rendement de modulation d'environ plusieurs centaines de Mhz/mA et la largeur des lignes du spectre d'émission s'étend conformément au courant modulé. Par exemple si la fréquence des courants de commande pour les sources de lumière de pompage 1,2 est modulée selon un rendement de modulation de 500 Mhz/mA, les largeurs des lignes des spectres d'émission des sources de lumière de pompage 1, 2 par un courant modulé de3 mAp-p sont de 1,5 Ghz. Cette valeur de la largeur des lignes du spectre d'émission est supérieure à 10 fois la largeur de verrouillage de l'injection de 138 Mhz qui est obtenue par calcul dans la technique citée.
De cette manière, en utilisant les oscilla-
teurs 17, 18 dans l'appareil amplificateur de lumière, il est possible de ramener la fluctuation du rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB à une valeur qui n'est pas supérieure à 1/10 même s'il se produit un blocage de l'injection. Cinauième forme de réalisation La Fig. 7 montre une cinquième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention. Dans la quatrième forme de réalisation, on utilisait les deux oscillateurs séparés 17 et 18. Dans cette forme de réalisation, le même effet est provoqué en utilisant un oscillateur 17 et un décaleur de phase 19, comme montré dans la Fig. 7. Le courant alternatif délivré par l'oscillateur 17 est divisé en un courant qui est directement envoyé à la source de lumière de pompage 1 et en un courant qui est envoyé à la source de lumière de pompage 2 via le décaleur de phase 19. Le décaleur de phase 19 retarde la
phase du courant alternatif qui lui est envoyé. L'inser-
tion du décaleur de phase 19 dans l'appareil amplifica-
teur de lumière empêche les fréquences centrales des sources de lumière de pompage 1, 2 de fluctuer dans la même phase si bien qu'on obtient le même effet qu'avec
les deux oscillateurs séparés 17, 18.
Sixième forme de réalisation Dans la quatrième forme de réalisation, les
fréquences d'oscillation des oscillateurs 17, 18 n'é-
taient pas spécifiées. Dans une sixième forme de réalisa-
tion d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention, les fréquences d'oscillation sont réglées à une valeur plus élevée que les fréquences de réponse des fibres optiques 7, 8 à la modulation des puissances de pompage en sorte de produire un effet
encore supérieur. En effet, si les fréquences d'oscilla-
tion des oscillateurs 17, 18 sont plus élevées que les fréquences de réponse des fibres optiques 7, 8 à la modulation des puissances de pompage, même si les sorties des sources de lumière de pompage 1, 2 sont soumises à de légères fluctuations par les courants modulés, les gains des fibres optiques 7, 8 fluctuent rarement. En outre, comme la période pendant laquelle le blocage de l'injection se produit est plus longue que les fréquences de réponse des fibres optiques 7, 8 à la modulation des puissances de pompage, les puissances de pompage semblent être constantes pour les fibres optiques 7, 8, si bien
que les gains des fibres optiques 7, 8 fluctuent rare-
ment. SeDtième forme de réalisation La Fig. 8 représente une septième forme de réalisation d'un appareil amplificateur de lumière selon la présente invention. Comme montré dans la Fig. 8, une plaque quart d'onde 20 est intercalée entre la source de lumière de pompage 1 et le coupleur 4 de 3 dB, et une plaque quart d'onde 21 est intercalée entre la source de
lumière de pompage 1 et le coupleur 4 de 3 dB.
On explique à présent le fonctionnement de
l'appareil amplificateur de lumière.
Les ondes lumineuses polarisées linéairement qui sont émises par les sources de lumière de pompage 1,
2 sont envoyées aux plaques quart d'onde 20, 21, respec-
tivement, et les angles d'incidence des ondes lumineuses polarisées linéairement sont réglés de telle sorte que les ondes lumineuses émises par les plaques quart d'onde , 21 soient polarisées en mode circulaire dans les sens opposés. Les fibres optiques 7, 8, dont chacune a une âme circulaire ordinaire, ont des propriétés permettant de maintenir une onde polarisée en mode circulaire. Comme les ondes lumineuses envoyées au coupleur 4 de 3 dB sont polarisées en mode circulaire dans des sens opposés, même si les ondes lumineuses ont une cohérence en raison du blocage de l'injection, il n'y aura pas d'interférence en raison de l'orthogonalité des ondes polarisées. De cette manière, en utilisant les plaques quart d'onde de 20, 21 dans l'appareil amplificateur de lumière, le rapport de partage du coupleur 4 de 3 dB n'est pas soumis à des fluctuations, si bien que les gains des fibres
optiques 7, 8 sont stabilisés.
Comme expliqué ci-dessus, dans un appareil amplificateur de lumière de la présente invention, comme il est possible de stabiliser la puissance de pompage tout en maintenant une fiabilité élevée, il est possible
d'assurer un fonctionnement stable de l'appareil ampli-
ficateur de lumière.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus ce que
l'on considère actuellement comme les formes de réalisa-
tion préférées de l'invention, il va de soi que diverses modifications peuvent y être apportées et que les
revendications ci-annexées couvrent toutes ces modifica-
tions pour autant qu'elles tombent dans le cadre de la
présente invention.
Claims (6)
1. Appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante, dans lequel les lumières de pompage émises par les sources de lumière de pompage 1, 2 sont combinées et distribuées par un coupleur 4 de 3 dB à des fibres optiques 7, 8 à l'aide d'un matériau actif à laser composé d'au moins un matériau choisi dans un groupe formé d'un élément de terre rare et d'un métal de transition qui lui sont ajoutés, caractérisé en ce que des isolateurs optiques 13, 14 sont intercalés entre la première source correspondante desdites sources de lumière de pompage et ledit coupleur
optique.
2. Appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante, dans lequel les lumières de pompage émises par les sources de lumière de pompage 1, 2 sont combinées et distribuées par un coupleur optique 4 à des fibres optiques 7, 8 avec un matériau actif à laser constitué d'au moins un élément choisi parmi un groupe formé d'un élément de terre rare et d'un métal de transition qui lui sont ajoutés, caractérisé en ce que les fibres optiques 15, 16, qui sont plus longues que la longueur de cohérence desdites lumières de pompage provenant desdites sources de lumière de pompage, sont intercalées entre la première source correspondante desdites sources de lumière de pompage et
ledit coupleur optique.
3. Appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante, dans lequel les lumières de pompage émises par les sources de lumière de pompage 1, 2 sont combinées et distribuées par un coupleur optique 4 à des fibres optiques 7, 8 avec un matériau actif à laser constitué d'au moins un matériau choisi dans un groupe formé d'un élément de terre rare et d'un métal de transition qui lui est ajouté, caractérisé en ce que des oscillateurs 17, 18 sont prévus pour superposer un courant alternatif à un courant de
commande pour lesdites sources de lumière de pompage.
4. Appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante, dans lequel les lumières de pompage émises par les sources de lumière de pompage 1, 2 sont combinées et distribuées par un coupleur optique 4 à des fibres optiques 7, 8 avec un matériau actif à laser constitué d'au moins un matériau choisi dans le groupe formé d'un élément de terre rare et d'un métal de transition qui lui est ajouté, caractérisé en ce qu'un oscillateur 17 pour superposer un courant alternatif à un courant de commande pour ladite source de lumière de pompage 1 et un décaleur de phase pour décaler la phase dudit courant alternatif sur un courant de commande pour ladite source de lumière de
pompage 2 sont prévus.
5. Appareil amplificateur de lumière selon
l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé
en ce que les fréquences desdits oscillateurs 17, 18 sont plus élevées que les fréauences de réponse desdites fibres optiques 7, 8 à la modulation de ladite lumière
de pompage.
6. Appareil amplificateur de lumière assumant une structure redondante, dans lequel les lumières de pompage émises par les sources de lumière de pompage 1, 2 sont combinées et distribuées par un coupleur optique 4 à des fibres optiques 7, 8 avec un matériau actif à laser constitué d'au moins un matériau choisi dans le groupe formé d'un élément de terre rare et d'un métal de transition qui lui est ajouté, caractérisé en ce que des plaques d'ondes 20, 21 sont prévues pour polariser en mode circulaire dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des
aiguilles d'une montre les lumières polarisées linéaire-
ment provenant desdites sources de lumière de pompage.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17771993A JP3247919B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 光増幅装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2708152A1 true FR2708152A1 (fr) | 1995-01-27 |
| FR2708152B1 FR2708152B1 (fr) | 1997-05-30 |
Family
ID=16035919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9408863A Expired - Lifetime FR2708152B1 (fr) | 1993-07-19 | 1994-07-18 | Appareil amplificateur de lumière. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5510930A (fr) |
| JP (1) | JP3247919B2 (fr) |
| FR (1) | FR2708152B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2739502A1 (fr) * | 1995-09-28 | 1997-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | Amplificateur de lumiere |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3327148B2 (ja) * | 1996-11-21 | 2002-09-24 | ケイディーディーアイ株式会社 | 光増幅器及びレーザ光発生装置 |
| JP3934419B2 (ja) | 1999-06-15 | 2007-06-20 | 三菱電機株式会社 | 分散補償装置および分散補償システム |
| WO2001010063A1 (fr) * | 1999-07-30 | 2001-02-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Repetiteur d'amplification optique et systeme d'emission et de repetition d'amplification optique |
| US7170673B2 (en) * | 1999-07-30 | 2007-01-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical amplifying repeater apparatus and optical amplifying/repeating transmission system |
| US6636345B2 (en) * | 2001-02-27 | 2003-10-21 | Corning Incorporated | Optical fiber pumping system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03215982A (ja) * | 1990-01-19 | 1991-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | ファイバ形光増幅器 |
| US5173957A (en) * | 1991-09-12 | 1992-12-22 | At&T Bell Laboratories | Pump redundancy for optical amplifiers |
| US5241414A (en) * | 1992-08-21 | 1993-08-31 | At&T Bell Laboratories | Fault tolerant optical amplifier arrangement |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6035344A (ja) * | 1983-08-08 | 1985-02-23 | Hitachi Tobu Semiconductor Ltd | 発光装置およびこれを用いた光学的信号処理装置 |
| US4554510A (en) * | 1983-09-12 | 1985-11-19 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Switching fiber optic amplifier |
| JPS61133688A (ja) * | 1984-12-03 | 1986-06-20 | Fujitsu Ltd | 半導体レ−ザ波長制御装置 |
| US5005937A (en) * | 1989-04-14 | 1991-04-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical branching equipment and optical network using the same |
| CA2019253C (fr) * | 1989-06-23 | 1994-01-11 | Shinya Inagaki | Amplificateur pour fibres optiques |
| JP3137632B2 (ja) * | 1989-08-31 | 2001-02-26 | 富士通株式会社 | 光ファイバ増幅器を備えた光通信方式 |
| US5058974A (en) * | 1989-10-06 | 1991-10-22 | At&T Bell Laboratories | Distributed amplification for lightwave transmission system |
| DE4005867A1 (de) * | 1990-02-24 | 1991-08-29 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Faseroptischer verstaerker |
| US5015054A (en) * | 1990-02-26 | 1991-05-14 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Apparatus and method for increasing the bandwidth of a laser beam |
| JPH0834454B2 (ja) * | 1990-03-01 | 1996-03-29 | 国際電信電話株式会社 | 光中継器の監視方式 |
| CA2037350C (fr) * | 1990-03-02 | 1994-11-08 | Kenichi Abe | Coupleur optique |
| JP2544501B2 (ja) * | 1990-03-30 | 1996-10-16 | シャープ株式会社 | インバ―タ電源搭載電子レンジ |
| US5115338A (en) * | 1990-05-30 | 1992-05-19 | At&T Bell Laboratories | Multi-stage optical amplifier |
| US5216728A (en) * | 1991-06-14 | 1993-06-01 | Corning Incorporated | Optical fiber amplifier with filter |
| US5187759A (en) * | 1991-11-07 | 1993-02-16 | At&T Bell Laboratories | High gain multi-mode optical amplifier |
| EP0652613B1 (fr) * | 1991-11-08 | 1999-02-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Amplificateur à fibre optique |
-
1993
- 1993-07-19 JP JP17771993A patent/JP3247919B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-07-18 US US08/276,408 patent/US5510930A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-18 FR FR9408863A patent/FR2708152B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03215982A (ja) * | 1990-01-19 | 1991-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | ファイバ形光増幅器 |
| US5173957A (en) * | 1991-09-12 | 1992-12-22 | At&T Bell Laboratories | Pump redundancy for optical amplifiers |
| US5241414A (en) * | 1992-08-21 | 1993-08-31 | At&T Bell Laboratories | Fault tolerant optical amplifier arrangement |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 494 (E - 1145) 13 December 1991 (1991-12-13) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2739502A1 (fr) * | 1995-09-28 | 1997-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | Amplificateur de lumiere |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2708152B1 (fr) | 1997-05-30 |
| JPH0738182A (ja) | 1995-02-07 |
| US5510930A (en) | 1996-04-23 |
| JP3247919B2 (ja) | 2002-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2669093T3 (es) | Método y sistema para estabilización y bloqueo de longitud de onda para transmisores con multiplexación por división de longitud de onda | |
| FR2711811A1 (fr) | Amplificateur optique à gain commandable et applications d'un tel amplificateur. | |
| FR2782199A1 (fr) | Amplificateur a fibre optique a grande longueur d'onde | |
| US7123406B2 (en) | Reflective semiconductor optical amplifier light source | |
| JP3361305B2 (ja) | 光 源 | |
| FR2718256A1 (fr) | Oscillateur paramétrique optique au BBO à largeur de trait étroite utilisant la résonance extraordinaire. | |
| JP3250428B2 (ja) | 光増幅装置 | |
| EP2143181B1 (fr) | Source laser compacte a faible largeur spectrale | |
| WO2019002763A1 (fr) | Source laser à semi-conducteur | |
| FR2708152A1 (fr) | Appareil amplificateur de lumière. | |
| US7440695B2 (en) | Optical transmission line monitoring system using a gain clamped optical amplifier | |
| EP0370877A1 (fr) | Dispositif de correction de phase induite par le fonctionnement en classe C de l'amplificateur "état solide", et chaîne radar utilisant un tel dispositif | |
| EP0899838A1 (fr) | Dispositif semi-conducteur d'amplification optique | |
| WO1997003488A1 (fr) | Source de lumiere a spectre large stabilise et gyroscope a fibre optique associe | |
| EP1717915A1 (fr) | Système de pompage optique pour source laser et source laser comportant un tel système de pompage optique | |
| FR2950164A1 (fr) | Systeme de controle de polarisation tout-optique a faisceau de pompe contra-propagatif | |
| FR2752068A1 (fr) | Systeme d'amplification optique ayant plusieurs unites de derivation et procede d'amplification optique | |
| EP0550309B1 (fr) | Photorécepteur non sélectif pour signaux optiques modulés en fréquence et liaison optique utilisant ce photorécepteur | |
| Olsson | Heterodyne gain and noise measurement of a 1.5 µm resonant semiconductor laser amplifier | |
| EP2179326A1 (fr) | Laser bi-frequence fibre par melange d'ondes dans des fibres optiques amplificatrices | |
| WO2006131536A1 (fr) | Laser a semi-conducteur a tres faible bruit | |
| WO2019238837A1 (fr) | Verrouillage d'un laser sur un resonateur avec l'aide d'un amplificateur optique | |
| Zhou et al. | Multiwavelength erbium-doped fiber ring laser using a LiNbO 3 multifunction chip for fiber gyroscope | |
| WO1999026312A1 (fr) | Realisation d'emetteurs hyperfrequences et applications aux radars et aux telecommunications | |
| FR2960312A1 (fr) | Dispositif et procede de generation d'un peigne de frequences large bande |