FR2714740A1 - Set of optical isolators comprising transverse Faraday rotators - Google Patents
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Abstract
Description
Ensemble d'isolation optique et module d'émission oPtique comportant cet ensemble.Optical isolation assembly and optical transmission module comprising this assembly.
La présente invention concerne notamment un ensemble d'isolation optique. Elle trouve application dans les réseaux de télécommunication à fibres optiques. The present invention relates in particular to an optical isolation assembly. It finds application in fiber optic telecommunication networks.
Un tel réseau comporte classiquement des modules d'émission optiques. Un tel module reçoit une nappe de fibres optiques dans laquelle les fibres sont parallèles à une même direction longitudinale et sont juxtaposées selon une direction transversale. Cette nappe est raccordée à une barrette laser comportant des émetteurs laser émettant chacun selon cette direction longitudinale dans une fibre optique associée, ces émetteurs étant donc juxtaposés selon cette direction transversale. I1 est usuel que chaque émetteur laser soit protégé contre des retours de lumière par un isolateur optique à effet Faraday interposé entre cet émetteur et la fibre associée. Such a network conventionally comprises optical transmission modules. Such a module receives a sheet of optical fibers in which the fibers are parallel to the same longitudinal direction and are juxtaposed in a transverse direction. This sheet is connected to a laser strip comprising laser emitters each emitting in this longitudinal direction in an associated optical fiber, these emitters therefore being juxtaposed in this transverse direction. It is usual for each laser emitter to be protected against return of light by an optical isolator with Faraday effect interposed between this emitter and the associated fiber.
Un tel isolateur comporte des éléments optiques traversés par la lumière. Ces éléments incluent un élément rotateur de polarisation à forte constante de Verdet, et le plus souvent, un ou deux polariseurs. L'isolateur comporte en outre un aimant pour soumettre l'élément rotateur à un champ magnétique. Such an insulator comprises optical elements through which light passes. These elements include a polarizing rotator element with a high Verdet constant, and most often one or two polarizers. The insulator further includes a magnet for subjecting the rotator element to a magnetic field.
Les coûts de la réalisation et du positionnement de ces éléments optiques de l'isolateur constituent une fraction appréciable du coût total de réalisation d'un module d'émission optique de ce genre. The costs of producing and positioning these optical elements of the isolator constitute an appreciable fraction of the total cost of producing an optical transmission module of this kind.
La présente invention a notamment pour but de permettre de réaliser et de positionner de manière simple et peu coûteuse les isolateurs d'un tel module d'émission et plus généralement d'un ensemble d'isolation optique comportant une rangée de tels isolateurs. The object of the present invention is in particular to enable the isolators of such a transmission module and more generally of an optical isolation assembly comprising a row of such isolators to be produced and positioned in a simple and inexpensive manner.
Dans ces buts elle a notamment pour objet un ensemble d'isolation optique comportant des éléments rotateurs à effet Faraday rangés selon une direction transversale. Selon cette invention ces éléments rotateurs sont constitués par des segments successifs d'un même barreau s'étendant de manière continue selon cette direction. For these purposes it has in particular for object an optical isolation assembly comprising rotator elements with Faraday effect arranged in a transverse direction. According to this invention, these rotator elements consist of successive segments of the same bar extending continuously in this direction.
A l'aide des 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. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. Using the attached diagrammatic figures, a more specific description will now be given below, by way of nonlimiting example, how the present invention can be implemented. When the same element is represented in several figures, it is designated therein by the same reference sign.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un module d'émission optique selon cette invention. FIG. 1 represents a perspective view of an optical transmission module according to this invention.
La figure 2 représente une vue de dessus de ce module. Figure 2 shows a top view of this module.
La figure 3 représente une vue de côté de ce module. Figure 3 shows a side view of this module.
On va tout d'abord décrire les éléments constitutifs d'un ensemble d'isolation optique inclus dans ce module d'émission. We will first describe the components of an optical isolation assembly included in this transmission module.
Parmi ces éléments certains sont connus. Ce sont les suivants
- Un substrat 2. Une face principale 4 de ce substrat présente une direction longitudinale s'étendant entre un côté amont 6 et un côté aval 8 de ce substrat. On définit dans cette direction un sens longitudinal direct OX allant de ce côté amont à ce côté aval et un sens longitudinal inverse XO opposé à ce sens direct. Cette face 4 présente aussi une direction transversale OY croisée avec cette direction longitudinale et, plus précisément, typiquement perpendiculaire à cette dernière.Among these elements some are known. These are the following
- A substrate 2. A main face 4 of this substrate has a longitudinal direction extending between an upstream side 6 and a downstream side 8 of this substrate. A direct longitudinal direction OX going from this upstream side to this downstream side and a reverse longitudinal direction XO opposite this direct direction is defined in this direction. This face 4 also has a transverse direction OY crossed with this longitudinal direction and, more precisely, typically perpendicular to the latter.
Des éléments optiques sont portés par ce substrat. Ils constituent au moins partiellement une pluralité de voies
V1, V2, V3, V4 désignées chacune par la lettre V suivie d'un numéro de cette voie. Ces voies transmettent respectivement et séparément une pluralité d'ondes lumineuses utiles se propageant de manière générale dans le sens longitudinal direct. Elles sont juxtaposées selon la direction transversale OY.Optical elements are carried by this substrate. They constitute at least partially a plurality of channels
V1, V2, V3, V4 each designated by the letter V followed by a number for this channel. These channels transmit respectively and separately a plurality of useful light waves propagating generally in the direct longitudinal direction. They are juxtaposed in the transverse direction OY.
Chacune de ces voies, par exemple la voie V1, présente des tronçons s'étendant et se succédant dans le sens longitudinal direct et constitués chacun par au moins un élément optique. Ces tronçons incluent
- un tronçon amont TA constitué par au moins un élément optique amont L1, B1 porté par le substrat,
- un tronçon d'isolation TB constitué par au moins un élément optique d'isolation PM1, Ri, PV1 porté aussi par le substrat,
- et un tronçon aval TC constitué par au moins un élément optique aval F1 porté encore par le substrat.Each of these channels, for example channel V1, has sections extending and succeeding one another in the direct longitudinal direction and each consisting of at least one optical element. These sections include
an upstream section TA consisting of at least one upstream optical element L1, B1 carried by the substrate,
an isolation section TB consisting of at least one optical isolation element PM1, Ri, PV1 also carried by the substrate,
- And a downstream section TC consisting of at least one downstream optical element F1 still carried by the substrate.
Les éléments optiques se correspondant dans les diverses voies V1...V4 sont désignés par des signes de référence constitués des mêmes lettres, mais se terminant par le numéro 1...4 de la voie en question. Les tronçons d'isolation de la pluralité de ces voies se succédent selon la direction transversale OY dans une aire d'isolation 12 présentant une largeur 13 selon cette direction. The optical elements corresponding in the various channels V1 ... V4 are designated by reference signs made up of the same letters, but ending with the number 1 ... 4 of the channel in question. The isolation sections of the plurality of these paths follow one another in the transverse direction OY in an isolation area 12 having a width 13 in this direction.
Chacune des voies telles que V1 est munie d'un isolateur optique 10. De manière générale cet isolateur doit assurer les fonctions suivantes : il doit permettre à une onde lumineuse utile transmise par cette voie de passer dans le sens longitudinal direct du tronçon amont au tronçon aval pour y produire un effet utile. En même temps il doit empêcher une éventuelle onde lumineuse parasite parcourant le tronçon aval dans le sens longitudinal inverse de produire un effet dommageable dans le tronçon amont. Each of the channels such as V1 is provided with an optical isolator 10. In general, this isolator must perform the following functions: it must allow a useful light wave transmitted by this channel to pass in the direct longitudinal direction from the upstream section to the section downstream to produce a useful effect. At the same time it must prevent any parasitic light wave traversing the downstream section in the opposite longitudinal direction from producing a damaging effect in the upstream section.
L'isolateur 10 comporte d'abord pour cela un élément rotateur R1 à effet Faraday constituant un dit élément optique d'isolation porté par le substrat. Cet élément rotateur est tel qu'un champ magnétique adapté à cet élément rende ce dernier apte à faire tourner de 45 degrés dans un sens angulaire direct 14 la direction de polarisation d'une onde lumineuse utile présentant une polarisation linéaire, ce sens angulaire direct étant défini par rotation autour de la direction longitudinale. Cet isolateur comporte aussi un aimant 16 créant ce champ magnétique adapté. The insulator 10 first comprises for this a rotator element R1 with Faraday effect constituting a said optical insulation element carried by the substrate. This rotator element is such that a magnetic field adapted to this element makes the latter able to rotate 45 degrees in a direct angular direction 14 the direction of polarization of a useful light wave having a linear polarization, this direct angular direction being defined by rotation around the longitudinal direction. This insulator also includes a magnet 16 creating this suitable magnetic field.
On va rappeler maintenant comment un tel isolateur assure ses fonctions, en commencant par ce qui concerne l'onde lumineuse utile. Cette onde présente d'abord en amont de l'élément rotateur une polarisation linéaire selon une direction que l'on appelera ci-après "direction de polarisation amont normale". Des directions de polarisation d'ondes lumineuses seront définies par leurs décalages angulaires mesurés à partir de cette direction de polarisation amont normale dans le sens angulaire direct. We will now recall how such an insulator performs its functions, starting with what concerns the useful light wave. This wave first has upstream of the rotator element a linear polarization in a direction which will be called hereinafter "normal upstream polarization direction". Polarization directions of light waves will be defined by their angular offsets measured from this normal upstream polarization direction in the direct angular direction.
Lorsque l'onde utile traverse l'élément rotateur, elle y subit l'effet Faraday. I1 en résulte qu'elle se propage ensuite en aval de cet élément avec une direction de polarisation aval normale ayant un décalage angulaire égal à 45 degrés et positif. La direction de polarisation amont normale est telle que ce décalage autorise ledit effet utile.When the useful wave crosses the rotator element, it undergoes the Faraday effect there. I1 follows that it then propagates downstream of this element with a direction of normal downstream polarization having an angular offset equal to 45 degrees and positive. The normal upstream polarization direction is such that this offset allows said useful effect.
A titre de premier exemple du mode de polarisation de l'onde lumineuse utile, cette onde peut présenter une polarisation linéaire parce qu'elle est engendrée par un émetteur laser semiconducteur. L'orientation de cet émetteur impose alors la direction de polarisation amont normale. A titre de deuxième exemple, compatible avec le premier, cette direction de polarisation peut être imposée par un polariseur amont tel que PM1 disposé à l'amont de l'élément rotateur tel que R1. Quant audit effet utile il peut être constitué par le fait que cette onde est modulée pour porter une information dans le tronçon aval et au-delà. As a first example of the polarization mode of the useful light wave, this wave can have a linear polarization because it is generated by a semiconductor laser emitter. The orientation of this transmitter then imposes the normal upstream polarization direction. As a second example, compatible with the first, this direction of polarization can be imposed by an upstream polarizer such as PM1 disposed upstream of the rotator element such as R1. As for said useful effect, it can be constituted by the fact that this wave is modulated to carry information in the downstream section and beyond.
En ce qui concerne maintenant l'onde lumineuse parasite, cette onde présente d'abord en aval de l'élément rotateur la direction de polarisation aval normale. Après avoir subi l'effet Faraday dans cet élément, elle présente, en amont de ce dernier, une direction de polarisation ayant un décalage angulaire égal à 90 degrés et positif. ce dernier décalage angulaire empêche ledit effet nuisible. A titre de premier exemple du mode de polarisation de l'onde parasite, cette onde peut présenter dans le tronçon aval une polarisation linéaire selon la direction de polarisation aval normale parce qu'elle y est engendrée par une réflexion parasite de l'onde utile présentant cette direction de polarisation. A titre de deuxième exemple compatible avec le premier une telle direction de polarisation peut être imposée par un polariseur aval tel que PV1 disposé à l'aval de l'élément rotateur tel que R1. Quant à l'effet nuisible de l'onde parasite, ce peut être par exemple une perturbation du fonctionnement optique d'un émetteur laser semiconducteur recevant cette onde parasite. Un tel effet nuisible ne se produit pas ou du moins est limité si la direction de polarisation de l'onde parasite est perpendiculaire à la direction de polarisation de l'onde lumineuse émise par ce laser. As regards the parasitic light wave, this wave first presents downstream of the rotator element the normal downstream direction of polarization. After having undergone the Faraday effect in this element, it has, upstream of the latter, a direction of polarization having an angular offset equal to 90 degrees and positive. this latter angular offset prevents said harmful effect. As a first example of the stray wave polarization mode, this wave can have in the downstream section a linear polarization in the normal downstream direction of polarization because it is generated there by a stray reflection of the useful wave having this direction of polarization. As a second example compatible with the first, such a direction of polarization can be imposed by a downstream polarizer such as PV1 disposed downstream of the rotator element such as R1. As for the harmful effect of the parasitic wave, it may for example be a disturbance of the optical functioning of a semiconductor laser transmitter receiving this parasitic wave. Such a harmful effect does not occur or at least is limited if the direction of polarization of the stray wave is perpendicular to the direction of polarization of the light wave emitted by this laser.
Selon la présente invention, l'ensemble d'isolation comporte un barreau rotateur R s'étendant de manière continue selon la direction transversale OY sur toute la largeur L de l'aire d'isolation 12. Il en résulte le tronçon d'isolation TB de chaque voie telle que V1 comporte un segment tel que R1 de ce barreau rotateur. Ce segment constitue ledit élément rotateur de l'isolateur optique de cette voie. According to the present invention, the insulation assembly comprises a rotator bar R extending continuously in the transverse direction OY over the entire width L of the insulation area 12. This results in the isolation section TB of each channel such that V1 has a segment such as R1 of this rotator bar. This segment constitutes said rotator element of the optical isolator of this channel.
De préférence et comme représenté l'ensemble d'isolation comporte un aimant 16 créant un champ magnétique constituant à la fois tous lesdits champs magnétiques adaptés aux éléments rotateurs R1...R4 des isolateurs optiques de toutes les voies V1...V4. Cet aimant est par exemple constitué par deux lames aimantées selon la direction longitudinale dans un même sens. Ces deux lames s'étendent selon la direction transversale l'une au-dessus l'autre au-dessous du substrat 2. Preferably and as shown, the isolation assembly comprises a magnet 16 creating a magnetic field constituting all of said magnetic fields adapted to the rotator elements R1 ... R4 of the optical isolators of all the channels V1 ... V4. This magnet is for example constituted by two blades magnetized in the longitudinal direction in the same direction. These two plates extend in the transverse direction, one above the other below the substrate 2.
De préférence et comme représenté un barreau polariseur amont PM est disposé dans l'aire d'isolation 12 à l'amont du barreau rotateur R et constitue un dit élément optique d'isolation porté par le substrat 2. Ce barreau polariseur amont s'étend de manière continue selon la direction transversale OY sur toute la largeur L de cette aire et il impose la direction de polarisation amont normale à toute onde lumineuse le traversant. Il constitue ainsi à la fois tous les polariseurs amont PM1...PM4 précédemment mentionnés. Preferably and as shown, an upstream polarizing bar PM is placed in the insulation area 12 upstream of the rotator bar R and constitutes a said optical insulating element carried by the substrate 2. This upstream polarizing bar extends continuously in the transverse direction OY over the entire width L of this area and it imposes the direction of upstream polarization normal to any light wave passing through it. It thus constitutes at the same time all the upstream polarizers PM1 ... PM4 previously mentioned.
De préférence aussi et comme représenté un barreau polariseur aval PV est disposé dans l'aire d'isolation 12 à l'aval du barreau rotateur R et constitue un dit élément optique d'isolation porté par le substrat 2. Ce barreau polariseur aval s'étend comme le barreau polariseur amont. Also preferably and as shown, a downstream polarizing bar PV is disposed in the isolation area 12 downstream of the rotator bar R and constitutes a said optical insulating element carried by the substrate 2. This downstream polarizing bar s' extends like the upstream polarizing bar.
I1 impose la direction de polarisation aval normale à toute onde lumineuse le traversant. Il constitue ainsi à la fois tous les polariseurs aval PV1...PV4 précédemment mentionnés. I1 imposes the normal downstream polarization direction on any light wave passing through it. It thus constitutes at the same time all the downstream polarizers PV1 ... PV4 previously mentioned.
De préférence encore et comme représenté une rainure 18 est creusée dans la face principale 4 du substrat et s'étend selon la direction transversale OY pour constituer un logement pour tout dit barreau, c'est-à-dire au moins pour le barreau rotateur R et aussi pour les barreaux polariseurs amont PM et/ou aval PV si l'ensemble d'isolation comporte ces barreaux polariseurs. More preferably and as shown, a groove 18 is dug in the main face 4 of the substrate and extends in the transverse direction OY to constitute a housing for all said bars, that is to say at least for the rotator bar R and also for the upstream PM and / or downstream PV polarizing bars if the isolation assembly includes these polarizing bars.
De préférence encore et comme représenté, le substrat 2 comporte en outre des logements HL, HB1....HB4, HF1...HF4 creusés dans la face principale 4 pour recevoir les éléments optiques amont L1...L4, B1...B4 et aval F1...F4 portés par ce substrat. Ces logements alignent les voies V1...V4 selon la direction longitudinale OX :
Ce substrat 2 est avantageusement constitué de silicium monocristallin. Certains au moins des logements 18,
HL, HB1...HB4, HF1...HF4 présentent alors des faces selon des plans cristallins privilégiés de ce substrat.Again preferably and as shown, the substrate 2 further comprises housings HL, HB1 .... HB4, HF1 ... HF4 hollowed out in the main face 4 to receive the upstream optical elements L1 ... L4, B1 .. .B4 and downstream F1 ... F4 carried by this substrate. These housings align the tracks V1 ... V4 in the longitudinal direction OX:
This substrate 2 is advantageously made of monocrystalline silicon. At least some of the accommodation 18,
HL, HB1 ... HB4, HF1 ... HF4 then have faces according to privileged crystal planes of this substrate.
Les composants décrits ci-dessus de l'ensemble d'isolation constituent en même temps un module d'émission optique. Pour cela les éléments optiques amont portés par ledit substrat 2 comportent, dans chaque voie telle que V1, en succession dans le sens longitudinal direct OX
- un émetteur laser semiconducteur tel que L1 émettant une dite onde lumineuse utile présentant la direction de polarisation amont normale,
- et une lentille telle que B1, par exemple en forme de bille, focalisant cette onde.The components described above of the isolation assembly constitute at the same time an optical emission module. For this, the upstream optical elements carried by said substrate 2 comprise, in each channel such as V1, in succession in the direct longitudinal direction OX
a semiconductor laser emitter such as L1 emitting a said useful light wave having the normal upstream polarization direction,
- And a lens such as B1, for example in the form of a ball, focusing this wave.
Les émetteurs lasers L1...L4 de toutes les voies
V1...V4 sont formés dans une même barrette laser L s'étendant selon la direction transversale OY, les lentilles
B1...B4 étant par contre séparées.The laser transmitters L1 ... L4 of all channels
V1 ... V4 are formed in the same laser strip L extending in the transverse direction OY, the lenses
B1 ... B4 being on the other hand separated.
Quant aux éléments optiques aval portés par le substrat, ils comportent dans chaque voie, par exemple dans la voie V1, une fibre optique F1 recevant l'onde lumineuse utile focalisée par la lentille B1 de cette voie. Le substrat 2 présente alors pour chaque voie une rainure de guidage HF1 constituant un dit logement pour maintenir cette fibre optique F1 selon la direction longitudinale OX. As for the downstream optical elements carried by the substrate, they comprise in each channel, for example in the channel V1, an optical fiber F1 receiving the useful light wave focused by the lens B1 of this channel. The substrate 2 then has, for each channel, a guide groove HF1 constituting a said housing for holding this optical fiber F1 in the longitudinal direction OX.
Un couvercle non représenté maintient tous les éléments optiques dans leurs logements respectifs. A cover (not shown) keeps all the optical elements in their respective housings.
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