FR2724795A1 - Dispositif de reception de lumiere, appareil de transmission optique et procede de demultiplexage - Google Patents

Dispositif de reception de lumiere, appareil de transmission optique et procede de demultiplexage Download PDF

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Abstract

L'invention concerne la transmission d'information sous forme optique. Un dispositif de réception de lumière comprend un guide d'ondes optique (2) permettant la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle, un ensemble de portes optiques (4) intercalées dans des positions prédéterminées du guide d'ondes et pouvant commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement, une unité commandant la commutation du mode de chacune des portes optiques, et un circuit de lecture (9) pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles les créneaux temporels reçus par l'ensemble de portes optiques (4). Application aux systèmes de transmission d'information à très haut débit.

Description

La présente invention concerne une technique de transmission optique, et elle concerne plus partiiculièrement un dispositif de réception de lumière destiné à convertir en un signal électrique un train d'impulsions lumineuses de signal qui est multiplexé par multiplexage temporel optique, un appareil de transmission optique utilisant ce dispositif, et un procédé de démultiplexage optique.
Le développement récent de technologies liées à l'optoélectronique, comprenant des composants tels qu'un laser à semiconducteurs, une fibre optique à faibles pertes, un amplificateur à fibre optique et un circuit intégré rapide, permet la transmission à grande distance d'une grande quantité d'information, à un débit de données de 10 Gbit/s. Cependant, dans l'ère "multimédia " qui s'annonce, les utilisateurs finals généraux utiliseront également une grande quantité d'information telle que de l'information vidéo à haute définition en temps réel. Par conséquent, il est nécessaire d'établir une infrastructure permettant la transmission d'une plus grande quantité d'information.
Malgré le développement de technologies de circuits intégrés rapides, des dispositifs électroniques destinés à traiter de l'information à une cadence de plusieurs dizaines de Gbit/s ou plus présentent des problèmes de retard de câblage, de consommation de puissance et de coûts de fabrication/montage élevés.
Le multiplexage temporel optique ainsi que le multiplexage de fréquence optique deviennent importants à titre de moyens permettant de transmettre à travers une fibre optique une grande quantité d'information ne permettant pas un traitement électronique en une seule fois.
La transmission par multiplexage temporel optique est une technique dans laquelle un ensemble de signaux consistant en impulsions lumineuses courtes modulées, sont multiplexés de façon optique sur l'axe des temps, émis, et démultiplexés et reçus de façon optique du côté récepteur. Pour mettre en uns cette techn que, il est nécessaire d'établir la technique de génération d'impulsions lumineuses courtes, la technique de multiplexage optique, la technique de démultiplexage optique, la technique de synchronisation optique, etc.
En ce qui concerne la technique de génération d'impulsions lumineuses courtes, on a déjà obtenu un fonctionnement stable par un moyen tel que la commutation de gain d'un laser à semiconducteurs, un laser à semiconducteurs à modes bloqués, ou une source de lumière à soliton combinant un laser à semiconducteurs avec un modulateur optique à semiconducteurs. Le multiplexage peut également être réalisé relativement aisément en utilisant un photocoupleur pour multiplexer des trains d'impulsions lumineuses, tout en synchronisant chaque train d'impulsions lumineuses avec des créneaux temporels prédéteminés. Au contraire, un démultiplexeur optique classique a une structure complexe, qui est très éloignée d'un système pratique à cause de sa taille, de son rendement, de son coût et de sa stabilité.
On a proposé jusqu'à présent divers démultiplexeurs optiques pour le multiplexage temporel optique, et on peut les classer grossièrement de la façon suivante.
(1) Démultiplexeurs utilisant la non-linéarité (effet Kerr) d'une fibre optique.
(2) Démultiplexeurs utilisant un mélange à quatre ondes dans un amplificateur laser à semiconducteurs.
(3) Démultiplexeurs qui sélectionnent, par le passage à travers une porte, un créneau spécifique dans un train d'impulsions aiguillé de façon passive.
On décrira brièvement ci-dessous des exemples caractéristiques. En ce qui concerne l'exemple (1), c'est-à-dire un commutateur utilisant la nonlinéarité d'une fibre optique, on connaît un démultiplexage optique utilisant un miroir à boucle optique non linéaire (ou NOLM pour "nonlinear optic loop mirror"). Le NOLM permet de réaliser un démultiplexage optique de 1:16 (P.A. Andrekson et al., IEEE Photon.
Technol. Lett., Vol. 4, page 644, 1992).
Cependant, du point de vue de l'utilisation pratique, cette technique présente les problèmes suivants. Le NOLM a la même configuration qu'un interféromètre à effet Sagnac qui est utilisé à titre d'accéléromètre à haute sensibilité. Pour cette raison, le NOLM a tendance à être influencé par des vibrations acoustiques externes et il nécessite des mesures de précaution adaptées à l'environnement dans lequel il est installé. De plus, pour réaliser un démultiplexage optique de N:N, des connexions multiples de NOLM sont exigées. Cependant, du fait que l'un des signaux de sortie du photocoupleur est identique à un signal d'entrée de l'accès d'entrée, un circulateur optique ou un composant semblable est nécessaire, ce qui conduit à une configuration complexe et volumineuse.Lorsque plusieurs NOLM doivent être connectés, il est nécessaire de prévoir un grand nombre de sources d'impulsions de commande, avec une puissance de crête élevée, et leur synchronisation est également difficile.
En ce qui concerne des techniques de démultiplexage optique utilisant la non-linéarité d'une fibre optique, on a proposé diverses techniques, comprenant un obturateur à effet Kerr optique, et un procédé dans lequel une modulation de phase croisée est utilisée pour appliquer des décalages de fréquence dans un train d'impulsions, et le démultiplexage est effectué par un réseau de diffraction. Cependant, dans tous les cas, comme dans l'exemple ci-dessus, la configuration devient complexe ou a tendance à être influencée par une perturbation externe, une lumière de commande ayant une puissance élevée est nécessaire, et des mesures de protection contre une variation de polarisation de la lumière de signal sont nécessaires.
Il est donc difficile de réaliser un démultiplexeur optique qui ait un faible encombrement et un faible coût et qui soit stable.
En ce qui concerne l'exemple (2) utilisant un mélange à quatre ondes dans un amplificateur laser à semiconducteurs, on connaît un démultiplexeur optique utilisant un amplificateur laser à semiconducteurs du type à onde progressive insensible à la polarisation, dans un état de saturation du gain (R.
Ludwing et G. Raybon, European Conf. on Optical Comm., 1993, Montreux, Suisse, ThP 12.2).
Cette configuration est plus simple que le multiplexeur optique ci-dessus utilisant un NOLM, et la stabilité est également améliorée. Cependant, pour réaliser un démultiplexeur optique de N:N, il est nécessaiire d'établir une connexion multiple 'à travers un filtre à bande étroite (ou un démultiplexeur de longueur d'onde optique), pour séparer la lumière de signal de la lumière de commande. De plus, la puissance consommée pour la génération de la lumière de commande ou pour l'amplification optique est élevée, ce qui conduit à une dégradation du rendement. En outre, la synchronisation est difficile. Par conséquent, dans ce procédé également, il est difficile de réaliser un démultiplexeur optique qui ait un faible encombrement et un faible coût et qui soit stable.
En ce qui concerne l'exemple (3) utilisant un commutateur à porte optique, on connaît un démultiplexeur optique utilisant un modulateur optique à électroabsorption (EA) à semiconducteurs (M. Suzuki et al., K. Lightwave Technol., Vol. 10, page 1912, 1992).
Conformément à ce procédé, la configuration est simple et la dépendance vis-à-vis de la polarisation est faible. I1 existe cependant les problèmes suivants. Premièrement, tous les signaux lumineux sont uniformément répartis entre N branches, par l'intermédiaire d'un coupleur optique passif. Pour cette raison, la puissance optique dans chaque branche devient 1/N. Du fait que les signaux lumineux autres que celui qui correspond à un créneau temporel prédéterminé sont absorbés dans la porte optique, le rendement d'utilisation de la puissance est faible. Secondement, pour réduire le rapport cyclique de la porte optique, une tension de polarisation élevée et une amplitude de sinusoïde élevée sont nécessaires, ce qui conduit à une augmentation de la puissance consommée ou de la taille du système d'alimentation/attaque du modulateur EA. Troisièmement, une sinusoïde d'amplitude élevée qui est appliquée au modulateur EA peut influencer un signal à bas niveau après réception, ce qui fait qu'il est nécessaire de garantir une isolation électrique appropriée. De plus, la synchronisation entre un signal lumineux et un signal électrique doit être ajustée branche par branche.
En ce qui concerne d'autres techniques appartenant à la catégorie (3), il existe un procédé pour réaliser un démultiplexage optique rapide avec un modulateur optique de Mach-Zehnder (voir par exemple
M. Jinno, IEEE Photon, Technol. Lett., Vol. 4, page 641, 1992), un procédé pour effectuer un démultiplexage optique avec une porte de déclenchement optique (voir par exemple : T. Kamiya et al., CLEO'87 Technical Digest 6, 1987), etc. Toutes ces techniques ont également des problèmes similaires de rendement d'utilisation de l'énergie, de puissance d'attaque de porte ou autres. Par conséquent, dans le procédé (3) également, il est difficile de réaliser un démultiplexeur optique qui ait un encombrement réduit, un faible coût et un bon rendement.
Comme décrit ci-dessus, les démultiplexeurs optiques classiques d'un système à multiplexage temporel optique ont les problèmes suivants : une structure complexe et volumineuse, la nécessité de mesures de protection contre une variation de polarisation de la lumière de signal, un mauvais rendement d'utilisation de la lumière de signal, une consommation de puissance élevée pour un signal d'attaque ou une lumière de commande, et des problèmes de coût et de stabilité, ce qui fait qu'on ne peut pas les utiliser en pratique.
Un but de la présente invention est de procurer un dispositif de réception de lumière économique et d'un faible encombrement, capable de réaliser une fonction de démultiplexage optque stable et ayant un bon rendement.
Un autre but de la présente invention est de procurer un appareil de transmission à multiplexage temporel optique utilisant un dispositif de réception de lumière qui a la fonction ci-dessus.
Le premier aspect de la présente invention procure un dispositif de réception de lumière comprenant une structure de guide d'ondes optique pour permettre la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal, une porte optique intercalée dans une position prédéterminée de la structure de guide d'ondes optique, et capable de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement, des moyens de commutation de mode pour commuter la porte optique du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par l'émission d'une impulsion de lumière de déclenchement vers la porte optique, de façon que la porte optique puisse recevoir un créneau temporel prédéterminé qui est inclus dans le train d'impulsions lumineuses de signal, et des moyens pour lire sous la forme d'un signal electrique le créneau temporel qui est reçu par la porte optique.
Des modes de réalisation préférés de la présente invention sont indiqués ci-après.
(1) I1 existe un ensemble de portes optiques. Lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement qui est générée en synchronisme avec une impulsion lumineuse de signal commute chaque porte optique du mode transparent vers le mode de réception de lumière à un instant prédéterminé, la configuration d'impulsions du train d'impulsions lumineuses de signal en série dans le temps qui se propage à travers la structure de guide d'ondes optique, est lue sous la forme d'un signal électrique parallèle.
(2) La porte optique est commutée entre le mode transparent et le mode de réception de lumière par l'utilisation du décalage Stark de la longueur d'onde du bord de la bande d'absorption par l'action d'un champ appliqué, c'est-à-dire par l'effet d'électroabsorption.
Les modes de réalisation (2a) à (2d) suivants sont des formes plus préférables du mode de réalisation (2).
(2a) Les moyens de commutation de mode consistent en un interrupteur photoconducteur qui est connecté électriquement à la porte optique. Lorsque l'interrupteur photoconducteur est commuté d'un état à résistance élevée vers un état à faible résistance par une impulsion lumineuse de déclenchement, une tension qui doit être appliquée à la porte optique est changée pour commuter le mode de la porte optique.
(2b) Une seconde structure de guide d'ondes optique est formée de façon presque parallèle à la structure de guide d'ondes optique (que l'on appellera ci-après la première structure de guide d'ondes optique). Des interrupteurs photoconducteurs correspondant aux portes optiques sont intercalés dans le second guide d'ondes optique et ils sont disposés à un intervalle qui est presque égal à l'intervalle entre les portes optiques. L'impulsion lumineuse de déclenchement est appliquée au second guide d'ondes optique dans une direction opposée à celle du train d'impulsions lumineuses de signal, en synchronisme avec un signal lumineux se propageant à travers le premier guide d'ondes optique.
(2c) Un photodétecteur à semiconducteurs destiné à détecter un signal synchrone est placé à l'extrémité de la structure de guide d'ondes optique.
(2d) Le dispositif de réception de lumière est constitué par un ensemble de dispositifs de réception de lumière à semiconducteurs élémentaires conformes au mode de réalisation (2), et par un ou plusieurs interrupteurs optiques rapides. L'interrupteur optique distribue un groupe de signaux consistant en impulsions lumineuses que doit recevoir chaque dispositif de réception de lumière à semiconducteurs élémentaire.
(3) La porte optique est dans le mode transparent vis-à-vis d'une impulsion lumineuse de signal, en l'absence d'une impulsion lumineuse de déclen chement. Lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement arrive, la longueur d'onde de bord de bande est changée par l'effet Stark optique, pour commuter la porte optique vers le mode de réception de lumière, afin d'absorber l'impulsion lumineuse de signal.
Les modes de réalisation (3a) à (3h) suivants sont des formes plus préférables du mode de réalisation (3).
(3a) La porte optique a une structure de puits quantique, et l'impulsion lumineuse de déclenchement a une longueur d'onde correspondant à l'énergie de transition entre sous-bandes du puits quantique.
(3b) La porte optique a une structure de puits quantique comportant des moyens d'application de tension de polarisation. Une tension de polarisation est appliquée à la porte optique, de façon que la porte optique soit dans le mode transparent vis-à-vis d'une impulsion lumineuse de signal en l'absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement, et passe dans le mode de réception de lumière lorsque l'effet Stark optique est occasionné par une impulsion lumineuse de déclenchement. Ceci est obtenu en réalisant la porte optique au moyen d'une structure de diode dans laquelle une structure de puits quantique intrinsèque (que l'on appellera ci-après une structure de type i, bien qu'elle puisse consister en une structure de type n ou p ayant une faible concentration de porteurs), est intercalée entre une couche de gaine de type p et une couche de gaine de type n, et en appliquant une polarisation inverse à cette structure de diode.
(3c) L'impulsion lumineuse de déclenchement commute séquentiellement les portes optiques du mode transparent vers le mode de réception de lumière pendant qu'elle se propage à travers la structure de guide d'ondes optique dans une direction opposée à celle du train d'impulsions lumineuses de signal.
(3d) La structure de guide d'ondes optique a la même structure de puits quantique que la porte optique. Une partie autre que la porte optique est formée de façon qu'un champ externe ne soit pratiquement pas appliqué.
(3e) Des moyens sont formés dans le but d'augmenter la vitesse d'extraction de porteurs à partir du puits quantique. En ce qui concerne la vitesse de réponse de la porte optique, la conception doit évidemment prendre en considération le temps de parcours des porteurs de la porte optique, la capacité de la porte optique, la configuration de circuit externe, etc.
(3f) L'impulsion lumineuse de déclenchement a une largeur et une intensité capables de maintenir la porte optique dans le mode de réception de lumière pendant toute la durée du passage d'une impulsion lumineuse de signal correspondante à travers chaque porte optique.
(3g) L'impulsion lumineuse de déclenchement se propage à travers le guide d'ondes optique dans le mode TM.
(3h) La puissance du train d'impulsions lumineuses de signal est réduite de façon à ne pas occasionner un effet Stark optique perceptible.
(4) La dépendance de la photosensilité de la porte optique vis-à-vis de la polarisation, en ce qui concerne un train d'impulsions lumineuses de signal, est faible. De plus, il est préférable que le guide d'ondes optique ne présente aucune dépendance de l'atténuation de propagation ou du rendement de couplage externe vis-à-vis de la polarisation.
(5) Un circuit externe connecté à la porte optique a des caractéristiques de seuil appropriées.
(6) La plupart ou la totalité des éléments constitutifs sont intégrés sur un substrat semiconducteur. Plus précisément, les portes optiques et la structure de guide d'ondes optique sont intégrées sur un seul substrat.
(7) Les portes optiques sont formées sur différents substrats disposés à un intervalle de chemin optique prédéterminé. L'impulsion lumineuse de siignal se propage de façon à traverser les substrats.
Le second aspect de la présente invention procure un appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chaque noeud de cet ensemble de noeuds comprenant des moyens pour émettre sur la fibre optique une série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses en série dans le temps, en sélectionnant les conditions temporelles de façon à éviter tout chevauchement avec un autre groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui est transmis par la fibre optique, des moyens de réception pour sélectionner et recevoir seulement un groupe de signaux d'impulsions lumineuses devant être reçu par le noeud, parmi la série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont transmis par la fibre optique, et des moyens de relais pour relayer vers un noeud suivant un groupe de signaux d'impulsion lumineuses qui doit être reçu par un autre noeud, sans convertir ce groupe de signaux d'impulsions lumineuses en un signal électrique, dans lequel les moyens de réception comprennent un ensemble de portes optiques du type à électroabsorption à semiconducteurs, intercalées le long d'un guide d'ondes optique à un intervalle prédéterminé, et capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à une tension appliquée, un ensemble d'interrupteurs optiques de déclenchement à semiconducteurs, destinés à changer une tension qui est appliquée à l'ensemble de portes optiques, pour commuter séquentiellement ces portes optiques du mode transparent au mode de réception de lumière, et des moyens pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles le groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui est absorbé par l'ensemble de portes optiques.
Des modes de réalisation préférés de la présente invention sont indiqués ci-dessous.
(1) Une lumière de commande d'acheminement est multiplexée avec un groupe de signaux d'impulsions lumineuses et elle est transmise entre les noeuds.
Chaque noeud a une fonction qui consiste à recevoir toute la lumière de commande d'acheminement transmise, une fonction qui consiste à effectuer l'acheminement du groupe de signaux d'impulsions lumineuses par unités consistant en groupes de signaux d'impulsions lumineuses, conformément au signal de commande, et une fonction qui consiste à transmettre au noeud suivant la lumière de commande d'acheminement qui est associée à tous les groupes de signaux d'impulsions lumineuses.
(2) La distance de noeud en noeud en ce qui concerne le groupe de signaux d'impulsions lumineuses, c'est-à-dire le chemin optique entre le premier dispositif d'acheminement optique d'un noeud donné et le dernier dispositif d'acheminement optique d'un noeud adjacent, est supérieure à la distance de noeud en noeud en ce qui concerne la lumière de commande d'acheminement, c'est-à-dire le chemin optique entre le récepteur de lumière de commande d'acheminement du noeud donné et l'émetteur de lumière de commande d'acheminement du noeud adjacent. Une partie au moins de la différence de chemin optique peut être établie par un amplificateur à fibre optique ou une fibre de compensation de dispersion.
(3) Des groupes de signaux d'impulsions lumineuses ne sont pas émis continuellement vers un noeud de réception spécifique.
Le troisième aspect de la présente invention procure un appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chaque noeud de l'ensemble de noeuds comprenant des moyens pour émettre sur la fibre optique une série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses en série dans le temps, tout en sélectionnant des conditions temporelles telles que ces groupes ne chevauchent pas un autre groupe de signaux d'impulsions lumineuses transmis par la fibre optique, et des moyens de réception/relais pour sélectionner et recevoir seulement un groupe de signaux d'impulsions lumineuses devant être reçu par le noeud considéré, parmi la série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont transmis par la fibre optique, et pour relayer vers un noeud suivant un groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui doit être reçu par un autre noeud, sans convertir ce groupe de signaux d'impulsions lumineuses en un signal électrique, dans lequel les moyens de réception/relais comprennent un ensemble de portes Stark optiques intercalées le long d'un guide d'ondes optique à un intervalle prédéterminé, et capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/ absence d'une impulsion de lumière de déclenchement, et des moyens pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles les groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont absorbés par l'ensemble de portes
Stark optiques.
Dans le troisième aspect de l'invention, on effectue également de préférence la même commande d'acheminement que dans le mode de réalisation (1) ou (2) du second aspect de l'invention.
Le quatrième aspect de la présente invention procure un appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chacun des noeuds de l'ensemble de noeuds comprenant des moyens pour effectuer un multiplexage temporel d'un signal d'impulsion lumineuse consistant en un créneau temporel périodique affecté, avec une impulsion lumineuse de signal qui est émise par un autre noeud, et pour émettre le signal d'impulsion lumineuse sur la fibre optique, une source d'impulsions lumineuses de déclenchement, pour générer une impulsion lumi-neuse de déclenchement périodique, en synchronisme avec un créneau temporel de réception sélectionné sur la fibre optique, une porte optique qui est commutée vers un mode de réception de lumière seulement lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement est présente, et qui est par ailleurs placée dans un mode transparent, et des moyens pour lire sous la forme d'un signal électrique le créneau temporel qui est reçu par la porte optique commutée dans le mode de réception de lumière.
Dans ce cas également, un signal de commande de noeud approprié est de préférence multiplexé.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente 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 de la description se réfère aux dessins annexés, dans lesquels
La figure 1 est un schéma synoptique montrant la configuration de base d'un dispositif de réception de lumière conforme à la présente invention;
La figure 2 est une vue en perspective représentant schématiquement la configuration d'un dispositif de réception de lumière conforme au premier mode de réalisation de la présente invention;
La figure 3 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, du guide d'ondes optique du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;;
La figure 4 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, de la région d'électroabsorption et de l'interrupteur photoconducteur du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;
La figure 5 est-une représentation graphique destinée à l'explication des caractéristiques d'absorption de la région d'électroabsorption du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;
Les figures 6A et 6B sont des représentations montrant la structure de bandes de l'interrupteur photoconducteur du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;
La figure 7 est un schéma de circuit montrant un circuit électriquement équivalent d'une partie élémentaire du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;;
La figure 8 est une représentation graphique montrant un signal de tension qui apparaît dans la résistance du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;
Les figures 9A à 9C sont des représentations destinées à l'explication des conditions temporelles de fonctionnement de chaque unité de réception de lumière du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 2;
La figure 10 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un démultiplexeur de réception de lumière conforme au second mode de réalisation de la présente invention;
La figure 11 est une représentation destinée à l'explication de l'opération de distribution d'impulsions lumineuses du démultiplexeur de réception de lumière qui est représenté sur la figure 10;;
La figure 12 est une coupe représentant schématiquement la structure de l'élément photoconducteur du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 10;
La figure 13 est une représentation montrant la configuration d'un noeud d'un appareil de transmission optique conforme au troisième mode de réalisation de la présente invention;
La figure 14 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un dispositif de réception de lumière conforme au quatrième mode de réalisation de la présente invention;
La figure 15 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, de la porte optique du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 14;
La figure 16 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, du guide d'ondes optique du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 14;;
La figure 17 est une représentation graphique destinée à expliquer schématiquement les caractéristiques d'absorption de la couche à puits quantiques multiples du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 14;
La figure 18 est une représentation destinée à expliquer schématiquement la structure de bandes de la couche à puits quantiques multiples du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 14;
Les figures 19A à 19D sont des représentations destinées à l'explication des conditions temporelles de fonctionnement de chaque porte optique du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 14;
La figure 20 est une vue en perspective montrant schématiquement la configuration d'une forme modifiée du dispositif de réception de lumière du quatrième mode de réalisation;;
La figure 21 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, au voisinage de la porte optique du dispositif de réception de lumière qui est représenté sur la figure 20;
La figure 22 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un noeud d'un appareil de transmission optique conforme au cinquième mode de réalisation de la présente invention;
La figure 23 est une représentation montrant la structure d'une cellule de lumière de signal de l'appareil de transmission optique qui est représenté sur la figure 22;
La figure 24 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un appareil de transmission optique conforme au sixième mode de réalisation de la présente invention; et
La figure 25 est une représentation montrant la configuration de la carte de commande de bus optique de l'appareil de transmission optique qui est représenté sur la figure 24.
Avant de présenter une description de modes de réalisation de la présente invention, on va décrire la structure fondamentale d'un dispositif de réception de lumière conforme à l'invention.
La figure 1 est un schéma synoptique montrant le dispositif de réception de lumière conforme à l'invention.
Dans le dispositif de réception de lumière de l'invention, l'opération de démultiplexage du système de transmission en multiplex temporel optique n'est accomplie ni dans une région optique pure, ni dans une région électrique pure, mais dans un réseau d'éléments de réception de lumière remplissant la fonction d'une unité de conversion photoélectrique.
Plus précisément, ce dispositif est caractérisé en ce qu'une configuration temporelle, c'est-à-dire spatiale, d'impulsions se propageant à travers un guide d'ondes optique 2, est lue en parallèle en utilisant un ensemble de portes optiques 4 capables de commuter entre un mode transparent et un mode d'absorption/ réception de lumière.
En ce sens, on peut considérer que le dispositif de réception de lumière de l'invention est un démultiplexeur optique d'un type nouveau. La porte optique 4 est commutée du mode transparent vers le mode d'absorption/réception de lumière conformément à une impulsion lumineuse de déclenchement pour la commutation de mode. Lorsque les conditions temporelles d'arrivée d'une impulsion lumineuse synchrone sont fixées de façon appropriée, chaque porte optique peut être commutée vers le mode d'absorption/réception de lumière immédiatement avant l'arrivée du créneau temporel de signal lumineux prédéterminé correspondant.
Un circuit de lecture 9 émet un signal de sortie d'un créneau temporel spécifique qui est reçu par la porte optique 4, sous la forme d'un signal électrique d'un type approprié pour le traitement ultérieur. Plus précisément, des signaux électriques parallèles sont émis, en réalisant ainsi l'opération de démultiplexage. Ces signaux électriques parallèles peuvent être convertis en un signal série à une cadence inférieure à celle du signal lumineux d'origine et peuvent être lus.
On décrira ci-dessous le fonctionnement du dispositif de réception de lumière ci-dessus.
Un train d'impulsions lumineuses de signal est appliqué aux portes optiques 4 à travers le guide d'ondes optique 2. Chaque porte optique 4 est tout d'abord dans le mode transparent, et elle est commutée vers le mode de réception de lumière sous l'effet de l'arrivée d'une impulsion lumineuse de déclenchement.
Si une impulsion lumineuse de signal est présente, la porte optique 4 commutée vers le mode de réception de lumière absorbe la lumière et elle produit un signal électrique. I1 en résulte que chaque porte optique peut détecter de façon électrique la présente/absence d'une impulsion lumineuse de signal, à un créneau temporel arbitraire synchronisé avec l'impulsion lumineuse de déclenchement.
Si N portes optiques sont intercalées dans le guide d'ondes optique 2, et si une impulsion lumineuse de déclenchement arrive en synchronisme avec une impulsion lumineuse de signal, pendant le créneau temporel de chaque porte optique, un train d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle, consistant en N créneaux temporels,peut être lu par les N portes optiques, sous la forme de signaux électriques parallèles. Ainsi, on effectue un démultiplexage 1:N du signal en multiplex temporel optique, en série temporelle, présent sur le guide d'ondes optique 2. A ce moment, la cadence du signal électrique de sortie d'un canal est égale à la fraction 1/N de celle du signal lumineux d'origine. Bien entendu, certains des N créneaux temporels peuvent être utilisés à titre de créneaux temporels de commande ou de créneaux temporels de redondance.Dans ce cas, la cadence du signal électrique de sortie d'un canal devient inférieure à la fraction 1/N de celle du signal lumineux d'origine.
On suppose qu'une impulsion lumineuse de déclechement est produite à partir d'une source de lumière en synchronisme avec un signal prédéterminé du train d'impulsions lumineuses de signal. Dans ce cas, lorsque la longueur du chemin optique allant de la source de lumière jusqu'à la section de commutation de mode (non représentée) de chaque porte optique, est fixée de façon appropriée, on peut aisément établir une synchronisation appropriée entre les portes optiques. L'impulsion lumineuse de déclenchement peut être distribuée à la section de commutation de mode de chaque porte optique, ou bien une seule impulsion lumineuse de déclenchement peut se propager de façon à commuter séquentiellement le mode de chaque porte optique.
Le premier procédé de commutation entre les modes transparent et de réception de lumière de la porte optique 4, utilise le décalage Stark de la longueur d'onde du bord de la bande sous l'action d'un champ appliqué, c'est-à-dire l'effet d'électroabsorption.
Lorsqu'on utilise l'effet d'électroabsorption pour la porte optique 4, le coefficient d'absorption de la porte optique (région d'électroabsorption) vis-à-vis d'un signal d'impulsion lumineuse change dans une large mesure en fonction de la valeur d'une tension appliquée. Un interrupteur optique de déclenchement (non représenté) qui est incorporé dans la section de commutation de mode,change rapidement la tension qui est appliquée à la région d'électroabsorption à semiconducteurs, pour commuter ainsi la région d'électroabsorption à semiconducteurs vers le mode transparent ou vers le mode de réception de lumière avec un coefficient d'absorption élevé.Par conséquent, lorsque la configuration et les conditions temporelles de commutation de la section de commutation de mode (interrupteur optique de déclenchement) sont réglées de façon à être synchronisées avec une impulsion lumineuse dans un créneau temporel, pour chaque région d'électroabsorption à semiconducteurs, un photocourant circule dans chaque région d'électroabsorption à semiconducteurs conformément à la présence/absence de l'impulsion lumineuse dans le créneau temporel correspondant. Le démultiplexage d'un signal en multiplex temporel optique est effectué en lisant en parallèle des signaux électriques qui sont produits de la manière ci-dessus.
En ce qui concerne un moyen pour commuter la tension qui est appliquée à la porte optique 4 (interrupteur optique de déclenchement), on peut utiliser un interrupteur photoconducteur connecté électriquement à la porte optique. Lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement arrive à l'interrupteur photoconducteur, la résistance de l'interrupteur photoconducteur diminue de façon abrupte sous l'effet de porteurs qui sont générés au moment de l'absorption de lumière, ce qui change la tension qui est appliquée à la porte optique 4 connectée électriquement.
Pour recevoir seulement une impulsion lumineuse dans un créneau temporel spécifique, le temps exigé pour commuter la région d'électroabsorption à semiconducteurs du mode transparent au mode de réception de lumière, doit être plus court que la durée du train d'impulsions lumineuses de signal. Cependant, le temps de commutation du mode de réception de lumière vers le mode transparent ne doit pas toujours être plus court que la durée du train d'impulsions lumineuses de signal. Ceci vient du fait qu'une région d'électroabsorption à semiconducteurs qui est commutée vers le mode de réception de lumière pour détecter une certaine impulsion de lumière, ne peut pas recevoir les impulsions lumineuses suivantes, du fait que les impulsions lumineuses suivantes sont absorbées dans les régions d'électroabsorption à semiconducteurs restantes.
L'effet d'électroabsorption lui-même est très rapide. Cependant, le temps nécessaire pour commuter la tension à appliquer à la région d'électroabsorption est limité par le temps de charge/décharge de la région d'électroabsorption. La capacité d'une région d'électroabsorption peut être fixée à une valeur qui et presque de 0,1 pF. Cependant, si un fil de connexion ou une résistance de terminaison d'une valeur de 50 ruz est présent , la constante de temps LC ou RC devient élevée, ce qui fait que l'on ne peut pas obtenir une réponse rapide.Lorsque des sources de tension (non représentées) et des interrupteurs optiques de déclenchement sont disposés de manière rapprochée entre les régions d'électroabsorption à semiconducteurs, la tension qui doit être appliquée à la région d'électroabsorption à semiconducteurs peut changer rapidement sous l'effet de la lumière de déclenchement sous forme d'impulsion, et le mode transparent peut être commuté vers le mode de réception de lumière.
Si toutes les régions d'électroabsorption à semiconducteurs sont commutées simultanément vers le mode de réception de lumière, une configuration d'impulsions lumineuses sur le guide d'ondes optique à cet instant est lue. Cependant, il n'est pas nécessaire que les régions d'électroabsorption à semiconducteurs soient toujours commutées simultanément, et elles peuvent être commutées séquentiellement avec un retard prédéterminé. Dans ce cas, l'intervalle de retard pour la commutation de chaque région d'électroabsorption à semiconducteurs peut être fixé de façon appropriée par l'établissement d'embranchements, ou par l'utilisation séquentielle d'une seule impulsion qui est produite par une seule source d'impulsions.
Plus précisément, on fait en sorte qu'une impulsion lumineuse de déclenchement synchronisée avec un train d'impulsions lumineuses de signal se propage à travers un second guide d'ondes optique (non représenté) qui est disposé de façon presque parallèle au guide d'ondes optique 2 (premier guide d'ondes opti que), dans une direction opposée à celle de la lumière de signal. Lorsque les interrupteurs optiques de déclenchement sont commutés séquentiellement à l'état passant, conformément à l'impulsion lumineuse de déclenchement, il est possible d'obtenir la fonction ci-dessus.Dans ce cas, la période avec laquelle sont disposées les régions d'électroabsorption à semiconducteurs peut être la moitié de celle qui est exigée pour commuter simultanément à l'état passant toutes les régions d'électroabsorption à semiconducteurs, ce qui permet de diminuer la longueur totale de l'élément.
Dans le dispositif de réception de lumière de la présente invention, une impulsion lumineuse de déclenchement doit être synchronisée correctement avec un train d'impulsions de lumière de signal. Si un photodétecteur destiné à détecter un signal synchrone est disposé à l'extrémité distale du guide d'ondes optiques 2 (premier guide d'ondes optique), on peut utiliser un signal de sortie du photodétecteur pour régler correctement les conditions temporelles de l'impulsion lumineuse de déclenchement.
Le nombre d'impulsions que peut recevoir le dispositif de réception de lumière ci-dessus est limité par le nombre de régions d'électroabsorption à semiconducteurs qui sont disposées le long du guide d'ondes optique 2 (premier guide d'ondes optique). En réalité, l'échelle du dispositif de réception de lumière est limitée par des restrictions telles que la taille, les pertes du guide d'ondes, et l'atténuation de l'impulsion lumineuse de déclenchement. Si le temps nécessaire pour rétablir les régions d'électroabsorption à semiconducteurs dans le mode transparent, à partir du mode de réception de lumière, est court, il est également possible de recevoir un long train d'impulsions en utilisant de façon répétée ce dispositif de réception de lumière. Cependant, si ce temps est long, on ne peut pas recevoir un train d'impulsions long arrivant de façon continue.Cependant, on peut résoudre ce problème lorsqu'on prépare et on utilise un ensemble de dispositifs de réception de lumière qui sont commutés par des interrupteurs optiques rapides.
Le second procédé de commutation entre les modes transparent et de réception de lumière de la porte optique 4 utilise l'effet Stard optique. Plus précisément, la longueur d'onde du bord de la bande d'un semiconducteur est décalée par une impulsion lumineuse de déclenchement intense, ce qui produit la commutation entre le mode de réception de lumière et le mode transparent.
La porte optique 4 est constituée par un guide d'ondes optique ayant une structure de puits quantique à semiconducteurs. La longueur d'onde d'absorption d'exciton de la structure de puits quantique est fixée à une valeur légèrement plus courte que la longueur d'onde de la lumière de signal en l'absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement. On fait en sorte que la longueur d'onde de l'impulsion lumineuse de déclenchement soit en résonance avec une longueur d'onde correspondant à l'énergie de transition entre sous-bandes du puits quantique, pour produire ainsi un grand décalage Stark optique.
Bien que des porteurs soient présents en petite quantité dans le puits quantique, l'état fondamental d'absorption entre sous-bandes est vacant. Par conséquent, la porte optique n'absorbe pas l'impulsion lumineuse de déclenchement. Cependant, si la lumière de déclenchement est intense, l'énergie de résonance est dédoublée par interaction cohérente entre le champ électromagnétique et le matériau (dédoublement de
Rabi) (voir par exemple : P.J. Harshman et al., IEEE
Journal of Quantum Electronics, Vol. 30, nO 10, pages 2297-2303, octobre 1994). Lorsqu'on désigne par Et l'intensité de champ d'une impulsion lumineuse de déclenchement, par ut le moment dipolaire de la transition entre sous-bandes, et par h la constante de Planck, la fréquence de Rabi ZL est donnée par 2w ptEt/h. Lorsqu'on désigne par Eg l'énergie de résonance en l'absence de lumière de déclenchement, l'énergie de résonance en présence d'une lumière de déclenchement intense se dédouble en (Eo + et (Eg - hfl/(2T' )).Par conséquent, lorsque la longueur d'onde de bord de bande en l'absence de lumière de déclenchement est A 0, la longueur d'onde de bord de bande en présence de lumière de déclenchement est donnée par l'expression suivante Aow = Xo / {1 - (ì0)/(2Trc)} (1) dans laquelle c est la vitesse de la lumière. I1 en résulte que lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement intense est présente, la longueur d'onde de bord de bande est décalée du côté des grandes longueurs d'onde (effet Stark optique), et le coefficient d'absorption de la longueur d'onde de la lumière de signal augmente. A titre d'exemple, d'après une référence (S. Noda et al., Fifth Optoelectronics
Conference (OEC'94), Technical Digest, page 92), on peut utiliser cet effet pour la modulation optique.
Dans la présente invention, on utilise cet effet pour la commutation entre les modes transparent et de réception de lumière de la porte optique 4.
Bien que la longueur d'onde correspondant à l'énergie de transition entre sous-bandes ne coincide pas complètement avec la longueur d'onde de la lumière de déclenchement, l'effet Stark optique est obtenu, même si la valeur de décalage s'écarte légèrement de la valeur ci-dessus. Par conséquent, il n'est pas nécessaire que la longueur d'onde de transition entre sous-bandes et la longueur d'onde de la lumière de déclenchement coincident toujours mutuellement de façon parfaite, à condition qu'elles soient presque en résonance mutuelle.
Si chaque porte optique doit recevoir seulement une impulsion lumineuse de signal dans un créneau temporel spécifique, le temps de commutation de mode de la porte optique doit être plus court que la durée du train d'impulsions lumineuses de signal. Du fait que l'effet Stark optique est un phénomène très rapide, chaque porte optique est presque instantanément commutée vers le mode de réception de lumière au moment de l'arrivée d'une impulsion lumineuse de déclenchement intense, et elle est presque instantanément rétablie dans le mode transparent lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement disparaît. Même si des impulsions suivantes ne peuvent pas être complètement absorbées dans les portes optiques précédentes, aucune interaction entre impulsions ne se produit aussi longtemps que la porte optique est rétablie dans le mode transparent avant ce moment.
Lorsqu'un champ électrique est appliqué à la porte optique 4, la longueur d'onde de bord de bande est décalée du côté des grandes longueurs d'onde par l'effet Stark avec confinement quantique (ou QCSE).
Pour cette raison, la longueur d'onde de la lumière de signal et la longueur de bord de bande peuvent être ajustées de façon fine. De plus, lorsque la couche de puits quantique est placée dans une condition de désertion par le champ électrique, il est possible d'empêcher l'absorption entre sous-bandes de l'impulsion lumineuse de déclenchement. L'application d'un champ électrique peut également être utilisée effectivement pour extraire efficacement des photoporteurs à une vitesse élevée.
Le guide d'ondes optique 2 entier peut avoir la même structure de puits quantique que la porte optique 4. Dans toute partie autre que les portes optiques 4, dans laquelle aucun champ électrique n'est appliqué, la longueur d'onde de bord de bande est suffisamment courte. Pour cette raison, même lorsque l'effet Stark optique est occasionné par une impulsion lumineuse de déclenchement, le coefficient d'absorption peut être maintenu à une valeur faible vis-à-vis d'un train d'impulsions de lumière de signal. Par exemple, lorsqu'une gaine supérieure entre les portes optiques est formée par une couche de semiconducteur semi-isolant, les portes optiques peuvent être isolées électriquement les unes des autres. Avec cette structure, il est possible de simplifier le processus de fabrication et d'améliorer le coût et le rendement de fabrication.
Lorsqu'on utilise la technique de croissance sélective avec masque, la composition d'un puits quantique ou l'épaisseur d'un puits peut être changée de place en place au cours d'une croissance épitaxiale en une seule fois. Pour cette raison, il est possible de changer la longueur d'onde de bord de bande ou la longueur d'onde de résonance de la transition entre sous-bandes, entre une porte optique et les parties restantes du guide d'ondes optique.
Même lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement se termine, et le mode de réception de lumière est commuté vers le mode transparent, l'opération de réception de lumière n'est pas terminée tant que des porteurs qui sont générés à l'intérieur restent présents. Dans le dispositif de réception de lumière de l'invention, si une série suivante de trains d'impulsions lumineuses de signal doit être reçue immédiatement après la réception d'une série de trains d'impulsions lumineuses de signal (N créneaux temporels) correspondant au nombre N de portes optiques, l'opération de réception de lumière doit être achevée pendant l'opération de réception de lumière des N créneaux temporels.
Pour extraire des porteurs de la porte optique à une vitesse élevée, les porteurs doivent être extraits par un champ électrique suffisamment intense et, en outre, il est préférable de prévoir un moyen pour empêcher que les porteurs ne s'empilent dans un puits quantique. De façon générale, on sait que lorsqu'une couche de composition intermédiaire est intercalée pour abaisser la barrière ou pour favoriser le transfert par effet tunnel entre des puits, il est possible de diminuer considérablement le temps de résidence de porteurs dans un puits ou une hétérobarrière spécifique.
Comme il est bien connu, pour diminuer la capacité, il est préférable de raccourcir la longueur de la porte optique, et il est préférable d'augmenter l'épaisseur de la couche de désertion. Pour raccourcir le temps de parcours des porteurs, il est préférable que la couche de désertion soit mince. On peut diminuer la longueur de la porte optique qui est nécessaire pour absorber une impulsion lumineuse de signal, en augmentant le facteur de confinement optique (chevauchement des couches de puits quantique et des modes de propagation de la lumière de signal).
Le procédé de conception d'une structure optimale lorsqu'on considère ces points est fondamentalement le même que pour une photodiode de type à guide d'ondes classique.
Si l'impulsion lumineuse de déclenchement a une largeur et une intensité suffisantes, la porte optique 4 peut être maintenue dans le mode de réception de lumière pendant tout un intervalle de temps au cours duquel une impulsion lumineuse de signal traverse la porte optique 4. Sous l'effet de la génération de porteurs dans le mode de réception de lumière, il apparaît une absorption entre sous-bandes de l'impulsion lumineuse de déclenchement. Pour cette raison, l'impulsion lumineuse de déclenchement est légèrement atténuée, en fonction de la configuration de l'impulsion lumineuse de signal. Compte tenu de ce fait, une marge est nécessaire pour obtenir un fonctionnement stable.
La transition entre sous-bandes correspondant au point r d'un semiconducteur du type blende de zinc qui est généralement utilisé, n'est possible que pour le mode TM. Pour cette raison, lorsqu'on fait propager une impulsion lumineuse de déclenchement à travers le guide d'ondes optique dans le mode TM, on peut obtenir la résonance avec la transition entre sous-bandes.
Si une impulsion lumineuse de signal n'est pas très intense, l'impulsion lumineuse de signal elle-même n'influe pas sur la commutation de mode de la porte optique.
L'état de polarisation d'un train d'impulsions lumineuses de signal qui est transmis à travers une fibre optique varie souvent. Si la porte optique présente une faible dépendance de la photosensibilité vis-à-vis de la polarisation du train d'impulsions lumineuses de signal, on peut obtenir un signal de sortie électrique stable indépendamment de l'état de polarisation. Par exemple, on peut diminuer la différence de photosensibilité entre le mode TE et le mode
TM lorsqu'on utilise pour la structure de puits quantique des couches de puits soumises à des contraintes de traction.
Même lorsque le signal de sortie de photocourant varie légèrement à cause de variations du coefficient d'absorption, qui sont occasionnées par l'intensité de la lumière de déclenchement, ou par l'état de polarisation de la lumière de signal, le niveau de sortie électrique externe peut être stabilisé dans une plage prédéterminée, à condition que le circuit externe qui est connecté à la porte optique ait des caractéristiques de seuil appropriées.
Lorsque les fonctions décrites ci-dessus sont intégrées sur un substrat semiconducteur, l'intervalle entre les portes optiques ou leurs caractéristiques peut être fixé correctement avec une reproductibilité élevée, et il est possible d'empêcher une perte dans des parties de connexion optique. De plus, la stabilité et la fiabilité à long terme en présence de variations de température et de vibrations, sont également améliorées.
Les portes optique peuvent être formées sur différents substrats pour faire en sorte qu'un train d'impulsions lumineuses de signal se propage dans une direction qui croise les substrats. Dans ce cas, lorsque la distance entre les substrats peut être ajustée mécaniquement de façon fine, un ajustement fin de la synchronisation est également possible.
Avec l'une quelconque des structures décrites ci-dessus, le dispositif de réception de lumière de la présente invention a une fonction de démultiplexage optique pour lire en parallèle un signal lumineux qui a été multiplexé par multiplexage temporel. Par conséquent, le démultiplexage d'un signal lumineux multiplexé par multiplexage temporel peut être effectué avec un dispositif simple, d'encombrement réduit, efficace, stable et économique, contrairement au démultiplexeur optique classique.
Un appareil de transmission optique conforme à l'invention constitue un réseau optique transparent.
Un dispositif d'acheminement rapide est placé a chaque noeud de l'appareil de transmission optique conforme au second aspect mentionné ci-dessus. Le dispositif d'acheminement dérive seulement vers le dispositif de réception de lumière l'information qui doit être reçue par un certain noeud, par unités correspondant à des groupes de signaux d'impulsions lumineuses, et il relaie d'autres groupes de signaux d'impulsions lumi neuses vers les noeuds suivants, sans convertir le signal d'impulsions lumineuses en un signal électrique. Le dispositif d'acheminement multiplexe également le groupe de signaux d'impulsions lumineuses à émettre à partir du noeud, de façon qu'il ne chevauche pas les autres groupes de signaux d'impulsions lumineuses dans la fibre optique.Le dispositif de réception de lumière lit en parallèle le groupe de signaux d'impulsions lumineuses émis, au passage de ce groupe à travers un ensemble de portes optiques (régions d'électroabsorption à semiconducteurs) qui sont disposées le long du premier guide d'ondes optique.
Lorsque les régions d'électroabsorption à semiconducteurs sont commutées séquentiellement du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par une impulsion lumineuse de déclenchement, à un intervalle de temps prédéterminé, un signal d'impulsion lumineuse en série temporelle qui est émis vers le premier guide d'ondes optique, peut être extrait en parallèle sous la forme de signaux électriques.
Dans l'appareil de transmission optique de l'invention, la commande de la commutation entre la réception, l'émission et le relais de groupes de signaux d'impulsions lumineuses est effectuée par le dispositif d'acheminement optique. Si l'information d'acheminement qui est associée à tous les groupes de signaux d'impulsions lumineuses traversant ce dispositif d'acheminement optique est émise à l'avance vers les noeuds correspondants, chaque noeud peut effectuer la commande d'acheminement sans aucune erreur.
L'information d'acheminement peut être transmise en étant multiplexée avec un groupe de signaux d'impulsions lumineuses à une longueur d'onde spécifique.
Si la distance de noeud en noeud correspondant au groupe de signaux d'impulsions lumineuses est supérieure à celle qui correspond à la lumière de commande d'acheminement, la lumière de commande d'acheminement correspondante atteint le dispositif de réception de lumière de commande d'acheminement du noeud avant que le groupe de signaux d'impulsions lumineuses n'atteigne le dispositif d'acheminement optique. La fonction ci-dessus peut donc être réalisée.
Le dispositif de réception de lumière qui est utilisé dans l'appareil de transmission optique de l'invention a des caractéristiques telles qu'un intervalle de temps est nécessaire entre la réception d'un groupe de signaux d'impulsions lumineuses et la réception du groupe suivant de signaux d'impulsions lumineuses. Pour cette raison, à moins qu'un ensemble de dispositifs de réception de lumière disposés en parallèle ne soient commutés de manière répartie dans le temps, il n'est pas possible de recevoir tous les groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui arrivent de façon ininterrompue. Cependant, lorsque les groupes de signaux d'impulsions lumineuses sont multiplexés de façon à ne pas arriver de manière continue à un noeud de réception spécifique, l'intervalle de temps correspondant à l'utilisation répétitive d'un dispositif de réception de lumière est accru. Par conséquent, toute l'information peut être reçue par un seul dispositif de réception de lumière.
Un appareil de transmission optique conforme au troisième aspect a également une fonction similaire à celle de l'appareil de transmission optique conforme au second aspect. Cependant, conformément au troisième aspect, un moyen de réception/transparent est intercalé dans une ligne à fibre optique constituant un réseau optique, ce qui fait qu'il n'est pas obligatoire d'utiliser un dispositif d'acheminement optique rapide. Le moyen de réception/transparent reçoit seulement de l'information à recevoir par un certain noeud, en unités de groupes de signaux d'impulsions lumineuses, et il relaie d'autres groupes de signaux d'impulsions lumineuses vers les noeuds suivants, sans convertir le signal d'impulsions lumineuses en un signal électrique.Pour multiplexer le groupe de signaux d'impulsions lumineuses à émettre à partir du noeud, de façon qu'il ne chevauche pas les autres groupes d'impulsions lumineuses dans la fibre optique, on peut utiliser soit un dispositif d'acheminement rapide, soit un coupleur optique passif. Le moyen de réception/transparent lit en parallèle le groupe de signaux d'impulsions lumineuses à recevoir, au passage de ce groupe à travers un ensemble de portes optiques (portes Stark optiques) qui sont disposées le long du premier guide d'ondes optique.
On a décrit le fonctionnement de la porte optique Stark dans la description associée à la fonction du dispositif de réception de lumière utilisant l'effet Stark optique. La porte Stark optique est normalement dans le mode transparent et elle est commutée vers le mode de réception de lumière seulement lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement est présente. Pour cette raison, même si une impulsion ultérieure arrive pendant que l'opération de lecture, en mode de réception de lumière, du créneau temporel reçu se poursuit, aucun brouillage entre des impulsions ne se produit, du fait que le mode transparent est rétabli après le passage de l'impulsion lumineuse de déclenchement.Par conséquent, contrairement à l'appareil de transmission optique conforme au second aspect, même lorsque le moyen de réception/transparent est intercalé dans la ligne à fibre optique constituant le réseau optique, au lieu de réaliser une dérivation avec un dispositif d'acheminement optique, la propagation d'une impulsion lumineuse de signal à relayer vers le noeud suivant ne rencontre aucun obstacle.
Dans un appareil de transmission optique conforme au quatrième aspect, un signal lumineux est multiplexé par multiplexage temporel optique non pas en unités consistant en groupes d'impulsions lumineuses de signal, mais en unités consistant en bits. Plus précisément, pendant un certain temps, l'un des N créneaux temporels est affecté à la transmission d'un noeud A vers un noeud B. Le noeud A émet une impulsion lumineuse de signal dans ce créneau temporel. Dans la fibre optique, un signal lumineux qui est transmis entre d'autres créneaux temporels est multiplexé par multiplexage temporel optique. Le noeud B comporte une source d'impulsions lumineuses de déclenchement pour produire une impulsion lumineuse de déclenchement périodique (une pour les N créneaux temporels), en synchronisme avec le créneau temporel de réception sélectionné.Le noeud B reçoit seulement le signal dans le créneau temporel de réception sélectionné, en utilisant une porte Stark optique qui est commutée vers le mode de réception de lumière seulement lorsqu'une impulsion lumineuse de déclenchement est présente, et qui est au repos dans le mode transparent, et il émet d'autres créneaux temporels vers le noeud suivant. Les opérations de la porte Stark optique et d'un moyen pour lire un signal électrique sont les mêmes que celles décrites ci-dessus.
On décrira ci-dessous des modes de réalisation auxquels l'invention est appliquée.
Premier mode de réalisation
La figure 2 est une vue en perspective montrant schématiquement la configuration d'un dispositif de réception de lumière conforme au premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif de réception de lumière est constitué par un premier guide d'ondes optique 2 formé sur un substrat 1 en InP semi-isolant, un second guide d'ondes optique 3 formé à proximité du premier guide d'ondes optique 2 et parallèlement à celui-ci, dix régions d'électroabsorption 4 formées le long du premier guide d'ondes optique 2, avec une période d'environ 0,5 mm, chacune d'elles consistant en un puits quantique du type
InGaAsP/InGaAsP d'une longueur de 0,2 mm, auquel des contraintes sont appliquées, dix interrupteurs photoconducteurs 5 formés le long du second guide d'ondes optique 3, de façon à être connectés électriquement aux régions d'électroabsorption 4, une ligne d'alimentation 6 connectée électriquement aux interrupteurs photoconducteurs 5, des résistances 8, (RL) formées entre les régions d'électroabsorption 4 et une ligne de masse 7, et des parties de circuit électronique 9, pour émettre une impulsion électrique prédéterminée sous l'effet de la détection d'un changement de tension d'une configuration prédéterminée, qui est apparue dans les résistances 8.
La fibre optique peut fournir au premier guide d'ondes optique 2 un train d'impulsions lumineuses de signal ayant une longueur d'onde de 1,55 pm, à une cadence de 100 Gbit/s en mode RZ (retour à zéro).
Le second guide d'onde optique 3 peut recevoir une impulsion lumineuse synchrone provenant d'un côté opposé à celui du train d'impulsions lumineuses de signal. Les deux guides d'ondes optiques 2 et 3 comportent des pellicules de revêtement antireflet sur les faces d'extrémité d'entrée/sortie, et un couplage très efficace avec la fibre optique est obtenu au moyen d'une lentille asphérique.
La figure 3 est une coupe représentant schématiquement la structure, en coupe, des premier et second guides d'ondes optiques 2 et 3. Cette structure comprend une couche de guide de lumière 11 en InGaAsP non dopé, à réseau cristallin concordant, à laquelle on a donné la forme d'une mésa ayant une largeur de 2 lum sur le substrat 1 en InP semi-isolant, et ayant une composition qui correspond à une longueur d'onde de 1,2 lum, une couche 12 en InP semi-isolant, formée sur la couche de guide de lumière 11, et une couche de polyimide 13 pour enterrer les surfaces latérales de la mésa.
La figure 4 est une coupe montrant schématiquement la structure, en coupe, de la région d'électroabsorption 4 et de l'interrupteur photoconducteur 5.
La région d'électroabsorption 4 a une structure multicouche qui est constituée par une couche de gaine 15 en InP de type n, formée dans un sillon 14 sur le substrat 1 en InP semi-isolant, et ayant une épaisseur de 1 pm, une couche à puits quantiques multiples à laquelle on a donné la forme d'une mésa sur la couche de gaine 15, une couche de guide 19 en
InGaAsP non dopé et à réseau cristallin concordant, ayant une épaisseur de 0,03 lum, une couche de gaine 20 en InP de type p, et une couche de contact ohmique 21 en InGaAsP de type p. La couche à puits quantiques multiples 18 est constituée par 12 couches de puits en
InGaAsP non dopé et soumis à des contraintes de traction, ayant chacune une épaisseur de 10 nm, et par des couches consistant en InGaAsP non dopé et à réseau cristallin concordant, ayant chacune une épaisseur de 6 nm et une composition correspondant à une longueur d'onde de 1,2 pm, et formées entre les couches de puits.
La largeur de la mésa est de 2 pm, et les surfaces latérales de la mésa sont enterrées avec la couche de polyimide 13. Une électrode ohmique 22 est formée sur la surface de la couche de contact ohmique de type p, 21. Une électrode ohmique 23 est formée sur la couche de gaine 15 en InP de type n, à l'extérieur de la partie de mésa. Une partie de surface sans aucune électrode est recouverte par une pellicule isolante 24. Une couche d'interconnexion électrique 25 est formée sur la pellicule isolante 24. Les structures multicouches 11, 18 et 19 font partie du premier guide d'ondes optique 2.
L'interrupteur photoconducteur 5 a une structure multicouche comprenant une couche 27 en InP de type n qui est formée dans un sillon 26 du substrat 1 en InP semi-isolant, la couche de guide 11 en
InGaAsP non dopé et à réseau cristallin concordant à laquelle on a donné la forme d'une mésa sur la couche 27 en InP, et ayant une épaisseur de 0,08 pm et une composition correspondant à une longueur d'onde de 1,2 pm, une couche d'absorption de lumière 28 en
InGaAs non dopé et à réseau cristallin concordant, ayant une épaisseur de 7 nm, une couche de guide de lumière 29 en InGaAsP non dopé et à réseau cristallin concordant, ayant une épaisseur de 0,05 um et une composition correspondant à une longueur d'onde de 1,3 pm, une couche 30 en InGaAlAs semi-isolant et à réseau cristallin adapté, et une couche 31 en InP de type n.
La structure qui se trouve au-dessus de la couche de guide 11 est fabriquée de façon à former une mésa ayant une largeur de 2 pm, et les surfaces latérales de la mésa sont enterrées dans la couche de polyimide 13. Une électrode 33 est formée sur la couche 31 en InP de type n. Une électrode 32 est formée sur la couche 27 en InP de type n à l'extérieur de la partie de mésa. Une surface ne comportant aucune électrode est recouverte par la pellicule isolante 24.
Les structures multicouches 11, 28 et 29 font partie du second guide d'ondes optique 3.
Le spectre d'absorption de la couche à puits quantiques multiples 18 est changé par l'effet QCSE (effet Stark avec confinement quantique), conformément à la tension appliquée. La figure 5 est une représentation graphique montrant la caractéristique d'absorption. La longueur d'onde d'absorption d'exciton à une tension appliquée de 0 V est d'environ 1,48 pm. La longueur d'onde d'absorption d'exciton à une tension appliquée de 2 V est d'environ 1,50 pm. La longueur d'onde d'absorption d'exciton à une tension appliquée de 4 V est d'environ 1,53 pm. A une tension de 2 V ou moins, la lumière de signal ayant une longueur d'onde de 1,55 um est très peu absorbée. Cependant, lorsque la tension appliquée est de 4 V, presque toute la lumière se propageant à travers le premier guide d'ondes optique 2 est absorbée.
Par conséquent, un photocourant circule seulement lorsque la tension appliquée est élevée, et la lumière de signal est présente. Dans le cas contraire, aucun photocourant ne circule. Du fait que l'on utilise des puits quantiques soumis à des contraintes de traction, la différence des caractéristiques d'absorption entre le mode TE et le mode TM est faible. La capacité CEA de la région d'électroabsorption 4 est de 0,3 pF ou moins.
A une tension appliquée de 4 V, un champ électrique élevé, d'environ 200 kV/cm, est appliqué à la couche à puits quantiques multiples 18. La composition de la couche de guide 19 en InGaAsP change en échelon, de façon que la bande interdite augmente du côté de la couche de gaine p. Par conséquent, des trous qui sont générés sous l'effet de l'absorption de lumière dans ce champ électrique élevé, sont transportés vers la couche de gaine 20 en une durée ne dépassant pas 50 ps, sans être capturés par une hétérobarrière. Les électrons ont une mobilité environ dix fois supérieure à celle des trous et ils sont transportés vers la couche de gaine 15 en un temps plus court.
Les figures 6A et 6B sont des représentations montrant la structure de bandes de l'interrupteur photoconducteur 5. Le bord de la bande de valence de la couche 30 en InGaAlAs et celui de la couche 29 en InGaAsP sont établis de façon à presque coïncider mutuellement. La tension aux bornes est supposée être de 3 V. Lorsque aucune lumière synchrone ne tombe sur le second guide d'ondes optique 3, les structures multicouches 11, 28, 29 et 30 sont des régions de désertion dans un état de résistance élevée (état bloqué) d'environ 10 M Q (figure 6A). La capacité électrique C PC est de 0,2 pF ou moins.
Lorsqu'une impulsion de lumière synchrone se propage à travers le second guide d'ondes optique 3, la couche mince 28 en InGaAs absorbe une partie de l'impulsion lumineuse pour produire des paires électron-trou. Sous l'effet de l'injection des trous dans la couche 30 en InGaAlAs, le potentiel par rapport aux électrons qui résident dans la couche 31 en InP de type n est diminué. Pour cette raison, les électrons sont injectés à partir de la couche 31 en
InP de type n, dans les couches de désertion 30, 29, 28 et 11. Il en résulte que l'interrupteur photoconducteur 5 est placé dans un état à faible résistance (état passant) de quelques ohms. La tension aux bornes est diminuée, et un courant d'électrons circule (figure 6B).
Le temps de commutation vers l'état passant au moment de l'arrivée de lumière est d'environ 5 ps ou moins. Le temps de commutation vers l'état bloqué au moment de l'extinction de la lumière est limité par la durée de vie des trous. Lorsque la durée de vie des porteurs est diminuée, par exemple par un procédé de dopage de la couche 30 en InGaAlAs avec une impureté pour former un niveau profond, le temps de commutation peut être réduit à environ 50 ps.
La couche d'absorption 28 de l'interrupteur photoconducteur 5 est mince et elle a un faible facteur de confinement optique. Pour cette raison, une partie seulement de l'impulsion lumineuse synchrone est absorbée, et le reste se propage vers l'interrupteur photoconducteur 5 suivant, à travers le second guide d'ondes optique 3.
La figure 7 est un schéma de circuit montrant l'unité de réception de lumière du dispositif de réception de lumière conforme au premier mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire un circuit électriquement équivalent d'une partie élémentaire comprenant une région d'électroabsorption 4, un interrupteur photoconducteur 5 et une résistance 8 (RL). La tension d'alimentation est de 5 V.
Dans une condition dans laquelle le second guide d'ondes optique 3 ne reçoit aucune lumière, un champ électrique d'environ 3 V est appliqué entre les bornes de l'interrupteur optique 5, et un champ électrique d'environ 2 V est appliqué entre les bornes de la région d'électroabsorption 4. La région d'électroabsorption 4 est dans un état transparent pour la lumière de signal. Si l'on suppose que la résistance
RL est de 10 Q, la tension entre les bornes de la région d'électroabsorption 4 augmente jusqu'à 4 V ou plus en une durée ne dépassant pas 5 ps après l'arrivée de lumière sur le second guide d'ondes optique 3.
Dans cet état, lorsqu'une impulsion lumineuse de signal provenant du premier guide d'ondes optique 2 arrive sur la région d'électroabsorption 4, un photocourant circule du fait de l'effet d'électroabsorption par le QCSE. La largeur de l'impulsion lumineuse de signal est de 10 ps ou moins. Le photocourant est limité par le temps de balayage des porteurs, et il continue à circuler pendant environ 50 ps.
La figure 8 est une représentation graphique montrant la forme d'onde de tension que l'on observe lorsque de la lumière provenant du second guide d'ondes optique 3 arrive sur l'interrupteur photoconducteur 5. Une ligne continue sur la figure 8 indique une forme d'onde que l'on obtient lorsqu'une impulsion lumineuse de signal provenant du premier guide d'ondes optique 2 arrive sur la région d'électroabsorption 4, et une ligne discontinue indique une forme d'onde que l'on obtient sans l'arrivée de lumière. Même s'il n'y a pas de lumière arrivant sur la région d'électroabsorption 4, un changement de tension élevé est occasionné par un courant de charge/décharge conformément à l'opération de commutation entre les états passant et bloqué de l'interrupteur photoconducteur 5.
Cependant, lorsque les conditions temporelles de réception de l'impulsion lumineuse de signal par la région d'électroabsorption 4 et les conditions temporelles de détection d'une tension par la partie de circuit électronique 9 sont fixées de façon appropriée, il est possible de détecter le changement de tension sous l'effet de l'électroabsorption. Au moment de la détection de ce changement, la partie de circuit électronique 9 émet une impulsion électrique ayant une largeur d'impulsion et une tension prédéterminées, à un instant prédéterminé.
Les figures 9A à 9C sont des représentations montrant les conditions temporelles de fonctionnement de chaque unité de réception de lumière. Un train d'impulsions lumineuses de signal comporte dix créneaux temporels d'impulsions a, b, c, ... et j de 10 ps, et la largeur des impulsions lumineuses de signal est de 5 ps ou moins. Dans le train d'impulsions lumineuses de signal, ces dix créneaux temporels sont définis comme une seule unité. Cependant, les unités de trains d'impulsions n'atteignent jamais continuellement le dispositif de réception de lumière, et un train d'impulsions lumineuses de signal et le train d'impulsions lumineuses de signal suivant sont mutuellement séparés d'au moins 100 ps.
Le train d'impulsions lumineuses de signal se propage à travers le premier guide d'ondes optique 2, du côté gauche vers le côté droit. La lumière impulsionnelle synchrone se propage à travers le second guide d'ondes optique 3 du côté droit vers le côté gauche. Les unités de réception de lumière sont représentées par A, B, C, ..., et J, à partir de celle occupant la position extrême à droite (porte optique), jusqu'à celle occupant la position extrême à gauche (porte optique). La largeur d'impulsion de la lumière impulsionnelle synchrone est de 20 ps.
L'intervalle de créneau temporel de l'impulsion lumineuse de signal est de 10 ps. Si l'on suppose que l'indice de réfraction équivalent du guide d'ondes optique est de 3, les créneaux temporels sont disposés dans l'espace à un intervalle de 1 mm. Du fait que l'intervalle entre les unités de réception de lumière est de 0,5 mm, lorsque le créneau temporel a avec une impulsion lumineuse de signal atteint l'unité de réception de lumière A, les créneaux temporels b à e se trouvent aux unités de réception de lumière respective C, E, G et I, et les créneaux temporels f à j n'atteignent encore aucune unité de réception de lumière.
On suppose que le front avant de l'impulsion synchrone commence à passer à l'interrupteur photoconducteur 5 dans l'unité de réception de lumière A, environ 7 ps avant que le créneau temporel n'atteigne la région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière A. Dans ce cas, la région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière A est commutée vers l'état d'absorption de lumière en une durée ne dépassant pas 5 ps. Si une impulsion lumineuse est présente dans le créneau temporel a qui arrive en 2 ps, la fonctionnement de la partie de circuit électronique 9 correspondante est activé (figure 9A).
A cet instant, les régions d'électroabsorption 4 dans les unités de réception de lumière C à J sont dans l'état transparent. La région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière B n'est pas encore complètement commutée vers l'état d'absorption, bien que le front avant de la lumière impulsionnelle synchrone atteigne l'unité de réception de lumière B. De plus, la lumière de signal dans le créneau temporel b est toujours à l'unité de réception de lumière C, et la lumère de signal au créneau a a déjà été transmise. Par conséquent, l'unité de réception de lumière B ne génère aucun signal de sortie.
La lumière de signal dans le créneau temporel b atteint l'unité de réception de lumière B au bout de 5 ps. A cet instant, la région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière B est commutée vers l'état d'absorption de lumière. Pour cette raison, si une impulsion lumineuse est présente dans le créneau temporel b, le fonctionnement de la partie de circuit électronique 9 correspondante est activé (figure 9B). Du fait que l'impulsion lumineuse au créneau temporel b est complètement absorbée dans la région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière B, elle n'atteint pas l'unité de réception de lumière A. Le front avant de la lumière impulsionnelle synchrone atteint l'unité de réception de lumière C, et la région d'électroabsorption 4 dans l'unité de réception de lumière C commence à être commutée vers l'état d'absorption.Cependant, le créneau temporel B est déjà passé tandis que le créneau temporel c n'est pas encore arrivé.
De façon similaire, conformément à la propagation de l'impulsion synchrone et du train d'impulsions lumineuses de signal, les unités de réception de lumière C à J accomplissent séquentiellement l'opération de réception de lumière, conformément aux signaux lumineux présents dans les créneaux temporels c à j.
Un retard de 45 ps est présent entre le début du fonctionnement de l'unité de réception de lumière A et le début du fonctionnement de l'unité de réception de lumière J (figure 9C). Cependant, des signaux électriques peuvent être émis simultanément en parallèle en connectant des portes synchrones aux parties de circuit électronique 9. La synchronisation peut également être établie en ajustant le retard conformément à la longueur de l'interconnexion électrique.
Pour chaque unité de réception de lumière, la commutation vers l'état bloqué exige un temps plus long que la commutation vers l'état passant. Du fait qu'un intervalle de temps minimal depuis l'arrivée de l'impulsion lumineuse de signal j sur ce dispositif de réception de lumière, jusqu'à l'arrivée de la première impulsion a du train d'impulsions lumineuses de signal suivant est de 110 ps, l'unité de réception de lumière
J doit être restaurée dans l'état bloqué en une durée d'environ 100 ps après la commutation vers l'état passant.
Dans le premier mode de réalisation, la condition ci-dessus est satisfaite du fait que la largeur de l'impulsion lumineuse synchrone est de 20 ps, et que la région d'électroabsorption 4 et l'interrupteur photoconducteur 5 ont tous deux un temps de passage à l'état bloqué de 50 ps ou moins. La partie de circuit électronique 9 doit générer un signal de sortie toutes les 200 ps et avoir une bande de 5 Gbit/s. Il n'est pas toujours nécessaire que la partie de circuit électronique 9 soit formée de façon monolithique avec l'élément de réception de lumière, et elle peut également avoir une structure hybride utilisant un circuit intégré complexe au silicium.
Comme décrit ci-dessus, dans le dispositif de réception de lumière conforme au premier mode de réalisation de l'invention, dix trains d'impulsions lumineuses arrivant à un intervalle de 10 ps peuvent être lus sous la forme de dix signaux électriques parallèles. Le dispositif de réception de lumière ayant la fonction de démultiplexage de l'invention peut être intégré sur une seule puce de semiconducteur, pour obtenir ainsi une configuration simple, stable et de dimensions réduites, et une faible dépendance vis-à-vis de la polarisation. De plus, du fait qu'une seule impulsion lumineuse synchrone peut être utilisée de façon partagée par un ensemble d'unités de réception de lumière, à titre d'impulsion de déclenchement, le rendement d'utilisation de l'énergie est accru.Avec ces effets, il est possible de réaliser de façon économique une fonction de démultiplexage optique pratique, que l'on ne trouve pas dans l'art antérieur.
Second mode de réalisation
On décrira ci-dessous un second démultiplexeur de réception de lumière conforme au second mode de réalisation de l'invention. Ce démultiplexeur de réception de lumière est un démultiplexeur de réception de lumière du type 1:32 qui reçoit sous la forme d'une seule unité 4 jeux de signaux lumineux sous forme de train d'impulsions, consistant chacun en huit impulsions à un intervalle de 10 ps, et qui émet des signaux électriques parallèles à 32 bits, à un débit de données de 2,5 Gbit/s.
Dans le premier mode de réalisation cidessus, le train d'impulsions suivant ne peut pas être reçu au cours d'un intervalle de 100 ps après la réception d'un train d'impulsions lumineuses. Cependant, dans le second mode de réalisation, un ensemble de dispositifs de réception de lumière sont disposés en parallèle. Avec cette configuration, des signaux peuvent être reçus continuellement, sauf pendant un intervalle de temps de garde de 10 ps et un créneau temporel synchrone de 10 ps, qui sont incorporés toutes les 100 ps. Par conséquent, le débit de données d'un signal en multiplex temporel optique peut être diminué de 80 Gbit/s à 2,5 Gbit/s en un seul étage.
La figure 10 est une représentation montrant schématiquement la configuration du démultiplexeur de réception de lumière conforme au second mode de réalisation de l'invention. Le démultiplexeur de réception de lumière conforme au second mode de réalisation est essentiellement constitué par quatre dispositifs de réception de lumière à semiconducteurs 40 (40c à 40f), à huit sorties en parallèle, ayant une configuration similaire au dispositif de réception de lumière du premier mode de réalisation, six interrupteurs à porte optique 41 (41a à 41f), du type à électroabsorption, pour la distribution de la lumière aux quatre unités de réception de lumière, et un système d'alimentation en impulsions lumineuses synchrones, 42. Les dispositifs de réception de lumière à semiconducteurs 40 et les interrupteurs à porte optique 41 sont couplés mutuellement par l'intermédiaire de fibres optiques.
Les interrupteurs à porte optique du type à électroabsorption, 41a à 41f, sont attaqués avec des sinosoîdes d'amplitude élevée ayant une fréquence de 2,5 GHz, avec une configuration telle que la commutation entre l'état transparent et l'état d'absorption soit effectuée toutes les 200 ps. La sinusoide pour l'attaque des interrupteurs à porte optique 41c et 41f est déphasée de Tr/2 sur l'axe des temps vis-à-vis d'une impulsion lumineuse, par rapport à la sinusoide pour l'attaque de l'interrupteur à porte optique 41a.
Les interrupteurs à porte optique 41b, 41d et 41e sont attaqués avec des phases opposées à celles correspondant respectivement aux interrupteurs à porte optique 41a, 41c et 41f.
La synchronisation est établie de façon que le moment de la commutation entre le mode transparent et le mode d'absorption concorde avec le temps de garde du train d'impulsions lumineuses de signal. I1 en résulte que, comme représenté sur la figure 11, huit trains d'impulsions lumineuses sont distribués à chaque dispositif de réception de lumière à semiconducteurs 40 à un intervalle de 10 ps, toutes les 400 ps.
La configuration du premier guide d'ondes optique et de la région d'électroabsorption du dispositif de réception de lumière à semiconducteurs 40 du second mode de réalisation est presque la même que dans le premier mode de réalisation. Cependant, ce dispositif de réception de lumière ne comporte pas de second guide d'ondes optique. Une impulsion lumineuse synchrone est appliquée à chaque élément photoconducteur 44 par l'intermédiaire de fibres optiques de distribution 43 du système d'alimentation en impulsions lumineuses synchrones 42.
Le système d'alimentation en impulsions lumineuses synchrones 42 est constitué par un laser à saphir de type Ti, 45, qui est destiné à émettre une impulsion ayant une largeur de 30 ps, toutes les 400 ps, en synchronisme avec un train d'impulsions lumineuses de signal, un coupleur en étoile 46, les fibres optiques de distribution 43, etc. En ajustant la longueur de chaque fibre optique de distribution 43, on ajuste l'instant de déclenchement de chaque élément photoconducteur 44. Lorsque la durée de retard de la fibre optique 43 est changée, l'intervalle entre les régions d'électroabsorption 4 peut également être changé pour prendre une valeur différente de celle du premier mode de réalisation.
La figure 12 est une coupe montrant la structure de l'élément photoconducteur 44. Cet élément photoconducteur 44 est constitué par des couches 46 en
InP de type n, formées dans un substrat 45 en InP semiisolant, à un intervalle de 1 ym, des électrodes métalliques 47 formées sur les couches 46 en InP de type n, et une pellicule de revêtement antireflet 48.
En l'absence de lumière incidente, un état à résistance élevée, de plusieurs mégohms ou plus, est maintenu. Cependant, la résistance diminue jusqu'à quelques ohms immédiatement après l'arrivée d'une impulsion de lumière. I1 en résulte que, comme dans le premier mode de réalisation, une tension appliquée à la région d'électroabsorption 4 est augmentée pour commuter la région d'électroabsorption 4 de l'état transparent vers l'état d'absorption. D'autres opérations de chacun des dispositifs de réception de lumière à semiconducteurs sont presque les mêmes que dans le premier mode de réalisation.
En réalité, il est nécessaire d'établir une synchronisation entre le dispositif de transmission et ce dispositif de réception de lumière. Au début du fonctionnement, de la lumière impulsionnelle est transmise seulement pendant une durée prédéterminée d'un total de 400 ps à un instant prédéterminé, et elle est comparée avec une configuration de sortie de réception parallèle, pour établir ainsi grossièrement la synchronisation. Pendant le fonctionnement normal, la synchronisation est établie grossièrement. Pour cette raison, lorsque le déclenchement est exécuté avec une impulsion de lumière dans un créneau temporel synchrone qui précède de 10 ps le train d'impulsions de signal, il n'est pas possible d'établir une synchronisation correcte.Pour cela, des photodiodes
PIN 49 (figure 10) sont incorporées dans la partie la plus profonde du premier guide d'ondes optique 2 du dispositif de réception de lumière 40.
Dans le démultiplexeur de réception de lumière du second mode de réalisation, un signal en multiplex temporel optique à un débit de données de 80 Gbit/s peut être converti en signaux électriques parallèle à 32 bits à un débit de données de 2,5
Gbit/s. Comme dans le premier mode de réalisation, on peut obtenir une configuration simple, de petite taille et stable, ainsi qu'une faible dépendance visà-vis de la polarisation, et le rendement d'utilisation de l'énergie est également augmenté. Les dispositifs de réception de lumière 40 et les interrupteurs à porte optique 41, du type à électroabsorption, peuvent également être intégrés sur un seul substrat semiconducteur.
Troisième mode de réalisation
Dans le second mode de réalisation, on a décrit l'application de l'invention à un système de multiplex temporel optique fixe. L'application de 1 invention n'est cependant pas limitée à un tel système de transmission optique fixe. Le troisième mode de réalisation, que l'on décrira ci-dessous, concerne un appareil de transmission en multiplex temporel optique du type à ajout-suppression, utilisant le dispositif de réception de lumière de l'invention.
La figure 13 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un noeud d'un appareil de transmission en multiplex temporel optique conforme au troisième mode de réalisation de l'invention. Ce noeud est constitué par une fibre optique d'entrée 51, un ddmultiplexeur de longueur d'onde 52, un récepteur de signal de commande d'acheminement 53, un émetteur de signal 54, un coupleur optique 55, un récepteur de contrôle 56, un amplificateur optique 57, un coupleur optique 58, des interrupteurs à porte optique du type à électroabsorption 59 et 60, un dispositif de réception de lumière à semiconducteurs 61, un émetteur de signal de commande d'acheminement 62, un multiplexeur de longueur d'onde 63, une fibre optique de sortie 64, une unité de commande 65, etc.
La lumière de signal est multiplexée par multiplexage temporel optique, par unités consistant en trains de signal de 8 bits (1 octet) (longueur : 80 ps) à un intervalle de 10 ps, et elle est transmise à travers la fibre optique d'entrée 51. La longueur d'un créneau temporel pour recevoir un signal lumineux de 1 octet est de 100 ps parmi lesquels une durée de 20 ps est définie comme un temps de garde. Le multiplexage est effectué de façon que des signaux d'octets pour la même destination ne soient pas reçus par des créneaux temporels adjacents.
Un signal lumineux de commande d'acheminement qui est transmis à travers la fibre optique d'entrée 51 à une longueur d'onde différente de celle d'un signal lumineux de données, est démultiplexé par le démultiplexeur de longueur d'onde 52, reçu par le récepteur de signal de commande d'acheminement 53 et émis vers l'unité de commande 65. L'unité de commande 65 sélectionne un train de signal d'un octet qui doit être reçu par ce noeud, par l'intermédiaire de l'interrupteur à porte optique 60, et elle émet le train de signal vers le dispositif de réception de lumière 61. D'autre part, un signal lumineux à émettre vers le noeud suivant est sélectionné par l'intermé-diaire de l'interrupteur à porte optique 59 et il est émis vers la fibre optique de sortie 64.
Dans le cas d'un signal du type à adresses multiples, les deux interrupteurs à porte optique 59 et 60 sont placés à l'état passant. Les interrupteurs à porte optique 59 et 60 doivent fonctionner à la manière d'un modulateur d'intensité lumineuse, à un débit de données de 10 Gbit/s. Cependant, pour accomplir entièrement la commutation à l'intérieur du temps do garde, le temps de commutation doit être inférieur ou égal à 10 ps. Ceci nécessite une attaque rapide et avec une amplitude élevée.
Le dispositif de réception de lumière 61 a la même configuration que celui du premier ou du second mode de réalisation, et il peut lire en parallèle un train de signal lumineux de 1 octet. Plus précisément, des régions d'électroabsorption 4 sont commutées séquentiellement vers l'état d'absorption par des impulsions lumineuses synchrones, dans des conditions temporelles qui sont désignées par le signal de commande d'acheminement, et chaque région d'électroabsorption 4 lit chaque information de bit.
Lorsqu'un signal doit être émis vers un autre noeud, l'unité de commande 65 recherche un créneau temporel vacant, conformément au signal lumineux de commande d'acheminement qui est reçu par le récepteur de signal de commande d'acheminement 53, et elle émet un train de signal lumineux vers le créneau temporel vacant, en unités correspondant à des octets, en utilisant l'émetteur de signal 54 et le coupleur optique 55, à travers la fibre optique de sortie 64.Indépendamment du fait qu'un signal soit relayé à partir de la fibre optique d'entrée 51 ou qu'un signal soit émis par l'émetteur de signal 54, l'information de commande d'acheminement nécessaire est multiplexée en longueur d'onde et elle est émise par l'émetteur de signal de commande d'acheminement 62 vers le récepteur de signal de commande d'acheminement du noeud suivant, à travers le multiplexeur de longueur d'onde 63 et la fibre optique de sortie 64.
L'amplificateur optique 57 compense une perte de puissance dans les coupleurs optiques 55 et 58, les interrupteurs à porte optique 59 et 60, les fibres optiques 51 et 64, etc., et il remplit également la fonction d'une ligne à retard, pour retarder la lumière de signal par rapport au signal de commande d'acheminement. I1 en résulte qu'au moment de la réception du signal de commande d'acheminement, l'unité de commande 65 peut terminer la préparation de l'opération d'émission/réception/relais, avant l'arrivée de la lumière de signal correspondante. Le récepteur de contrôle 56 est utilisé pour contrôler le niveau du signal d'émission ou un niveau de signal de relais, ou pour détecter une anomalie.
Dans l'appareil de transmission optique du troisième mode de réalisation, le multiplexage est effectué en unités consistant en trains d'impulsions lumineuses de 1 octet (8 bits) qui peuvent être reçus simultanément par un seul dispositif de réception de lumière intégré. Dans le multiplexage temporel optique classique, le multiplexage est souvent effectué en unités consistant en bits ou en cellules. Cependant, dans un réseau dans lequel la destination du signal n'est pas fixée, le multiplexage en unités consistant en bits exige un acheminement très rapide d'un signal en unités consistant en bits, ce qui entraîne une augmentation de l'énergie ou du temps nécessaire pour la commutation. D'autre part, dans un multiplexage temporel optique très rapide effectué en unités consistant en cellules, l'acheminement est facilité.
Cependant, un train de signal lumineux de grande longueur est comprimé et arrive en une courte durée, ce qui entraîne une difficulté de traitement du côté du dispositif de réception de lumière.
Au contraire, dans le multiplexage par octets conforme au troisième mode de réalisation, une seule opération de commutation est effectuée toutes les huit impulsions. Pour cette raison, l'efficacité d'utilisation de l'énergie est plus élevée que dans le multiplexage par bits, et le temps mort peut également être raccourci. De plus, du fait que le nombre d'impulsions qui arrivent simultanément est faible, c'est-à-dire égal à huit, le traitement électrique dans le dispositif de réception est facilité.
Cependant, lorsqu'une information de servitude d ' acheminement est ajoutée à chaque octet, l'information de servitude devient trop volumineuse. Pour cette raison, il est préférable d'ajouter une information de servitude pour chaque groupe de plusieurs octets, et d'émettre un nombre de fois prédéterminé un train d'impulsions en unités consistant en octets, avec une période qui est désignée pour l'information de servitude. Ainsi, on peut considérer ce système comme un système destiné à émettre les impulsions de cellules en décomposant la cellule en plusieurs unités consistant en impulsions.
Pour une cellule ATM (mode de transfert asynchrone) de 53 octets (424 bits), un train d'impulsions en unités consistant en octets est émis périodiquement 53 fois. Une unité de train d'impulsions de signal pour une autre destination est toujours insérée entre des octets. L'information de servitude est émise sous la forme d'un signal de commande d'acheminemen-t-à une autre longueur d'onde, une fois toutes les 53 opérations d'émission, avant l'émission d'un signal de données. Lorsque la cadence de signal avant l'émission et après la réception est de 2,5 Gbit/s, un octet est de préférence émis/reçu tous les 32 créneaux temporels. Dans ce cas, l'information correspondant à 32 cellules est multiplexée en unités consistant en octets, avec une longueur fixe de 169,6 ns.
Dans le troisième mode de réalisation, on utilise un seul amplificateur optique pour l'émission, la réception et le relais. Pour cette raison, le coupleur optique d'émission 55 est intercalé entre le coupleur optique de réception 58 et l'interrupteur à porte optique 60. Lorsque cet ordre est changé pour disposer le coupleur optique d'émission 55 après l'interrupteur à porte optique 60, un créneau temporel utilisé pour la réception dans ce noeud peut être utilisé à nouveau pour l'émission à partir de ce noeud.
L'appareil de transmission optique conforme au troisième mode de réalisation peut être modifié et appliqué de diverses manières. Par exemple, le coupleur optique 58, les interrupteurs à porte optique du type à électroabsorption 59 et 60, le dispositif de réception de lumière 61, l'unité d'émission de signal de commande d'acheminement 62 et le multiplexeur de longueur d'onde 63 peuvent tous être intégrés sur un seul substrat semiconducteur. Comme dans le second mode de réalisation, dans le cas où il existe un ensemble de dispositifs de réception de lumière et d'interrupteurs à porte optique pour la distribution de lumière, on peut également effectuer un traitement en unités correspondant à de plus longues chaînes d'impulsions de signal.
Avec l'appareil de transmission optique du troisième mode de réalisation, on peut constituer un réseau en multiplex temporel optique capable de traiter une grande quantité d'information avec un débit de 80 Gbit/s par fibre de transmission. L'unité de démultiplexage optique, qui constitue un obstacle à l'utilisation pratique du système de transmission en multiplex temporel optique classique, peut être constituée par un semiconducteur de taille réduite, léger et stable. De plus, ce réseau permet un fonctionnement souple, qui est impossible dans le réseau en multiplex temporel optique classique, c'est-à-dire l'utilisation répétitive d'un créneau temporel vacant ou l'adaptation à la communication en mode de diffusion.
Quatrième mode de réalisation
La figure 14 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un dispositif de réception de lumière conforme au quatrième mode de réalisation de la présente invention.
Ce dispositif de réception de lumière est constitué par un guide d'ondes optique 102 formé par un substrat semiconducteur 101 en InP de type n, dix portes optiques 104 formées le long du guide d'ondes optique 102, avec une période d'environ 0,5 mm et ayant une longueur de 0,1 mm, et dix parties de circuit électronique (circuits de lecture) 109 formées sur des substrats en Si 110, disposés sur les deux faces du substrat 101 en InP, en correspondance avec les portes optiques 104. Les parties de circuit électronique 109 sont disposées alternativement du côté droit et du côté gauche du guide d'ondes optique 102, pour réduire le brouillage avec des canaux adjacents.
Un train d'impulsions lumineuses de signal ayant une longueur d'onde de 1,55 ,um, à un débit de données de 100 Gbit/s en mode RZ (retour à zéro), peut être introduit par une extrémité du guide d'ondes optique 102. Une pellicule de revêtement antireflet est formée sur la face d'extrémité d'entrée, et un couplage efficace avec la fibre optique est obtenu au moyen d'une paire de lentilles asphériques. La puissance de crête de la lumière de signal elle-même est de l'ordre de plusieurs milliwatts, ce qui fait qu'aucun effet Stark optique perceptible n'est obtenu.
D'autre part, une impulsion lumineuse de déclenchement ayant une longueur d'onde de 3,5 pm peut être introduite par l'autre extrémité du guide d'ondes optique 102. Cette impulsion lumineuse de déclenchement peut être obtenue de la façon suivante : la lumière impulsionnelle qui est émise par un laser à semiconducteurs ou un laser en anneau à fibre, ayant une longueur d'onde de 1,55 pm est amplifiée et soumise à une compression d'impulsion, et ensuite elle est soumise à une conversion de longueur d'onde par un oscillateur paramétrique optique. La largeur d'impul sion est de 9 ps, la période de répétition est de 100 ps et la puissance de crête est d'environ 30 mW.
La lumière de déclenchement est conditionnée de façon à se propager à travers le guide d'ondes optique 102 dans le mode TM.
La figure 15 est une représentation montrant schématiquement la structure, en coupe, de la porte optique 104. Une couche à puits quantiques multiples 111, de type i, ayant une largeur de puits d'environ 5 nm et consistant en couches de puits 112 en inGaAsp soumises à des contraintes de traction, et en couches de barrière 113 en InGaAlAsP soumises à des contraintes de compression, et une couche de guide 114 ayant une épaisseur de 0,1 pm et consistant en InGaAsP, sont formées sur le substrat 101 en InP de type n. Une couche de gaine 115 en InP de type p et une couche de contact ohmique 116 en InGaAsP de type p sont formées de façon à définir une mésa sur la couche de guide 114. La largeur de la mésa est d'environ 2 pm, et ses surfaces latérales sont enterrées dans une couche de polyimide 121.Une électrode ohmique 122 est formée sur la surface de la couche de contact ohmique de type p 116, tandis qu'une électrode ohmique de masse commune 123 est formée sur la surface inférieure du substrat 101 en InP de type n. Une couche d'interconnexion 124 pour connecter les portes optiques 104 aux parties de circuit électronique 109 correspondantes est formée sur la couche de polyimide 121.
La figure 16 est une coupe montrant schématiquement la structure, en coupe, d'une partie 105 du guide d'ondes optique 102, qui diffère des portes optiques. La couche à puits quantiques multiples 111 de type i et la couche de guide 114, qui sont communes aux portes optiques 104, sont formées sur le substrat 101 en InP de type n. Une couche 117 en InP semi isolant est formée de façon à constituer une mésa ayant une largeur de 2 pm sur la couche de guide 114.
Les surfaces latérales de cette mésa sont enterrées dans la couche de polyimide 121. L'électrode de masse commune 123 est formée sur la surface inférieure du substrat 101 en InP de type n.
La couche à puits quantiques multiples 111 de type i est dans une condition de désertion, même lorsque aucune tension n'est appliquée, à cause du potentiel de diffusion de la jonction PIN. Le spectre d'absorption de la couche à puits quantiques multiples 111 est changé par l'effet QCSE (effet Stark avec confinement quantique), conformément à une tension appliquée. La figure 17 est une représentation graphique montrant schématiquement les caractéristiques d'absorption. La longueur d'onde d'absorption d'exciton qui est observée lorsque aucune tension n'est appliquée (courbe a) est d'environ 1,49 pm.La longueur d'onde d'absorption d'exciton qui est observée lorsqu'une tension de polarisation inverse de 2 V est appliquée (courbe b) est d'environ 1,52 pm. Dans un cas comme dans l'autre, le coefficient d'absorption vis-à-vis d'une longueur d'onde de lumière de signal de 1,55 um est faible (mode transparent). Du fait que l'on utilise le puits quantique soumis à des contraintes de traction, la différence des caractéristiques d'absorption entre le mode TE et le mode TM est faible.
Une polarisation inverse d'environ 2 V est appliquée à chaque porte optique 104 par l'intermédiaire des électrodes 122 et 123 (courbe b). La capacité CEA de la porte optique 104 est d'environ 0,1 pF.
D'autre part, aucun champ externe n'est appliqué à la couche à puits quantiques multiples 111 des parties 105 du guide d'ondes optique 102, qui diffèrent des portes optiques (courbe a).
La figure 18 est une représentation montrant schématiquement le structure de bandes de la couche à puits quantiques multiples 111. La bande de conduction de la couche de puits 112 comprend deux sous-bandes.
L'énergie de transition entre sous-bandes est d'environ 0,35 eV, ce qui correspond à une longueur d'onde d'environ 3,5 ,um. Du fait que la couche à puits quantiques multiples 111 est dans une condition de désertion, elle est transparente pour une impulsion lumineuse de déclenchement ayant une longueur d'onde de 3,5 pm.
Les courbes c et d sur la figure 17 indiquent des changements dans le spectre d'absorption à cause de l'effet Stark optique, que l'on observe lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement ayant la longueur d'onde de 3,5 ym arrive sur la couche à puits quantiques multiples 111. La puissance de crête de la lumière de déclenchement est d'environ 30 mW, et l'intensité de champ optique Et est d'environ 2 x 106
V/m. Le moment dipolaire pt de la transition entre sous-bandes est donné approximativement par 1,6 eLw, en désignant par L la largeur du puits et par e la
w charge électrique de l'électron, et il devient appro ximativement égal à 1,3 x 10 Cm lorsque L est de
w 5 nm ou moins.Par conséquent, une fréquence de Rabi A= 2T,utEt/h correspond à environ 2,5 x 10 /s.
Lorsqu'on substitue cette valeur dans l'équation (1),
est est d'environ 1,55 ,um, ce qui est à comparer à
= = 1,52 lum. Plus précisément, la longueur d'onde d'absorption d'exciton de la porte optique 104 se dédouble en une longueur d'onde d'environ 1,49 pm et une longueur d'onde d'environ 1,55 pm, sous l'effet du dédoublement de Rabi (courbe d). De façon similaiire, la longueur d'onde d'absorption d'exciton de la partie 105 du guide d'ondes optique 102, qui diffère de la porte optique, se dédouble en une longueur d'onde d'environ 1,46 Vm et une longueur d'onde d'environ 1,52 um (courbe c). La longueur d'onde de bord de bande est également décalée vers le rouge conformément au dédoublement de la longueur d'onde d'absorption d'exciton.
La valeur de décalage de la longueur d'onde de bord de bande varie légèrement en fonction de la position ou du temps, à cause d'une perte dans les portes optiques 104, ou de variations de puissance de l'impulsion lumineuse de déclenchement au cours du temps. Cependant, dans tous les cas, le coefficient d'absorption à la longueur d'onde de 1,55 lum augmente pour établir le mode de réception de lumière. Après le passage de l'impulsion lumineuse de déclenchement, le mode transparent d'origine est immédiatement rétabli.
D'autre part, le coefficient d'absorption de la partie 105 qui diffère de la porte optique, à la longueur d'onde de 1,55 ,um, est maintenu faible, même lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement est présente.
Lorsqu'un train d'impulsions lumineuses de signal se propage vers les portes optiques 104 dans le mode de réception de lumière, la lumière de signal est absorbée pour générer des photoporteurs. Lorsqu'une tension de 2 V est appliquée, un champ électrique élevée, d'environ 200 kV/cm, est appliqué à la couche à puits quantiques multiples 111 de la porte optique 104. Pour cette raison, des trous qui sont générés sous l'effet de l'absorption de lumière sont transportés vers la couche de gaine 115 en InP de type p, en une durée ne dépassant pas 50 ps, sans être capturés par une hétérobarrière. Les électrons ont une mobilité environ 10 fois supérieure à celle des trous, et ils sont transportés en une plus courte durée vers le substrat 101 en InP de type n, qui remplit également la fonction d'une couche de gaine de type n.
Les figures 19A à 19D sont des représentations montrant les conditions temporelles de fonctionnement de chaque porte optique 104. Le premier train d'impulsions lumineuses de signal comprend dix créneaux temporels a, b, c, ... et j, ayant chacune une largeur de 10 ps, et la largeur de l'impulsion lumineuse de signal est de 5 ps ou moins. Le train d'impulsions lumineuses de signal travaille en unités correspondant à ces dix créneaux temporels, et il est suivi par le second train d'impulsions lumineuses de signal, consistant en créneaux temporels k, 1, ... et t. On suppose que les créneaux temporels a, b, c, e, f, j, k, n, p et s ont des impulsions, et que les créneaux temporels restants n'ont pas d'impulsion.Le train d'impulsions lumineuses de signal se propage à travers le guide d'ondes optique 102, du côté gauche vers le côté droit du dessin, et l'impulsion lumineuse de déclenchement se propage à travers le guide d'ondes optique 102 du côté droit vers le côté gauche. Les portes optiques sont représentées par A, B, C, ... et
J, à partir de celle qui occupe la position extrême à droite, vers celle qui occupe la position extrême à gauche. En se référant aux figures 19A à 19D, on note que seules les portes optiques avec des symboles de référence encerclés sont dans le mode de réception de lumière. La largeur d'impulsion de l'impulsion lumineuse de déclenchement est de 9 ps.
On suppose qu'à l'instant t = 0 ps le créneau temporel a, ayant une impulsion lumineuse de signal, atteint l'extrémité gauche de la porte optique
A, et que le front avant de l'impulsion lumineuse de déclenchement atteint l'extrémité gauche de la porte optique A 1 ps avant cet instant (figure 19A).
L'intervalle de créneau temporel entre les impulsions lumineuses de signal est de 10 ps. Si l'on suppose que l'indice de réfraction équivalent du guide d'ondes optique est de 3, les impulsions lumineuses de signal sont disposées au point de vue spatial avec un intervalle de 1 mm. La période des portes optiques est de 0,5 mm. Par conséquent, les fronts avant des créneaux temporels b, c, d et e se trouvent aux extrémités gauches des portes optiques respectives C, E, G et I, lorsque t = 0 ps. Les créneaux temporels f à j n'atteignent pas encore l'extrémité gauche de la porte optique J.
Lorsque le temps satisfait la condition t = -1 ps à 7 ps, la totalité de la région de la porte optique A est placée dans le mode de réception de lumière. Pour cette raison, pendant l'intervalle de temps t = 0 ps à 6 ps, lorsque l'impulsion lumineuse de signal au créneau temporel a traverse la porte optique A ayant une longueur de 0,1 mm, le fonctionnement de la partie de circuit électrique correspondante est activé. Dans le mode de réception de lumière, un intervalle de temps supplémentaire de 1 ps est établi avant et après l'impulsion, à titre de marge de protection contre un décalage temporel.
Le front avant de l'impulsion lumineuse de déclenchement atteint l'extrémité droite de la porte optique B lorsque t = 3 ps. Lorsque t = 1 ps, le front arrière de l'impulsion lumineuse de signal dans le créneau temporel a franchit l'extrémité droite de la porte optique B. Par conséquent, après le passage de l'impulsion lumineuse de signal dans le créneau temporel a à travers la porte optique B, la porte optique B commence à être commutée du mode transparent vers le mode de réception de lumière.
Le front avant de l'impulsion lumineuse de déclenchement atteint l'extrémité gauche de la porte optique B lorsque t = 4 ps. Lorsque t = 5 ps, l'impulsion lumineuse de signal dans le créneau temporel b atteint l'extrémité gauche de la porte optique B. A ce moment, la totalité de la région de la porte optique B a déjà été commutée vers le mode de réception de lumière (figure 19B). Par conséquent, l'impulsion lumineuse de signal dans le créneau temporel b est immédiatement reçue de façon à mettre en fonction la partie de circuit électronique correspondant à la porte optique B.
La majeure partie de l'énergie de l'impulsion lumineuse dans le créneau temporel b est absorbée par la porte optique B, ce qui fait que l'impulsion lumineuse de signal n'atteint pas la porte optique A.
Même si l'impulsion lumineuse de signal dans le créneau temporel b est insuffisamment absorbée par la porte optique B, un signal de sortie de photocourant de la porte optique A n'est pas influencé par la lumière dans le créneau temporel b, du fait que la totalité de la région de la porte optique A est commutée vers le mode transparent à t = 9 ps, ce qui précède de 1 ps l'instant auquel le front avant de l'impulsion dans le créneau temporel b atteint la porte optique A.
De façon similaire, les portes optiques C à
J accomplissent séquentiellement l'opération de réception de lumière, conformément à la présence/absence des impulsions lumineuses de signal dans les créneaux temporels c à j, pendant la propagation de l'impulsion lumineuse de déclenchement et du train d'impulsions lumineuses de signal. Une durée de 51 ps est exigée jusqu'à l'achèvement de l'opération de réception de lumière de la porte optique J (figure 19C). Cependant, lorsqu'une porte synchrone est associée à la partie de circuit électronique 109, des signaux électriques peuvent être émis simultanément en parallèle. De plus, il est possible d'établir la synchronisation en ajustant le retard conformément à la longueur d'un fil électrique connecté de façon externe.
I1 en résulte qu'il est possible d'obtenir des signaux de sortie électriques parallèles à partir des parties de circuit électronique (correspondant aux portes optiques A, B, C, E, F et J), en correspondance avec les configurations de trains d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle, a, b, c, e, f et j.
L'impulsion lumineuse de déclenchement qui se propage jusqu'à l'extrémité du guide d'ondes optique 102 peut être extraite en utilisant un filtre optique ou un isolateur optique disposé de façon externe, afin qu'elle ne se propage pas à travers la fibre optique de transmission de signal. Elle peut être séparée par un démultiplexeur de longueur d'onde pour contrôler le fonctionnement.
La commutation entre le mode transparent et le mode de réception de lumière sous l'effet de l'impulsion lumineuse de déclenchement est accomplie instantanément. Même lorsque le mode de réception de lumière est commuté vers le mode transparent, le photocourant continue à circuler jusqu'à ce que des porteurs qui sont générés au moment de l'opération de réception de lumière soient extraits (état passant).
Pendant ce temps, même si un signal lumineux dans un autre créneau temporel traverse la porte optique 104, le fonctionnement n'est pas influencé, du fait que la porte optique est commutée vers le mode transparent, ce qui fait qu'une nouvelle opération de réception de lumière ne peut pas être effectuée. Comme on le sait, pour un modulateur optique du type à électroabsorption, le temps nécessaire pour extraire des porteurs peut être fixé à 50 ps ou moins.
On va considérer ci-dessous l'opération de réception de lumière du second train d'impulsions lumineuses de signal, c'est-à-dire les créneaux temporels k à t atteignant le dispositif de réception de lumière immédiatement après le créneau temporel j.
Lorsque t = 55 ps, le créneau temporel k atteint l'extrémité gauche de la porte optique 104J. Cependant, lorsque t = 53 ps, toutes les portes optiques 104A à 104J sont commutées vers le mode transparent.
L'instant auquel le créneau temporel k atteint l'extrémité gauche de la porte optique 104A est t = 100 ps (figure 19D). A cet instant, la porte optique 104A a terminé l'opération associée au créneau temporel a, et elle est restaurée dans l'état bloqué.
Lorsque t = 99 ps, la totalité de la région de la porte optique 104A est commutée vers le mode de réception de lumière par la seconde impulsion lumineuse de déclenchement. Par conséquent, comme dans le créneau temporel a, l'opération de réception de lumière du créneau temporel k est commencée. De façon similaire, l'opération de réception de lumière des créneaux temporels 1 à t est effectuée par les portes optiques 104B à 104J. I1 en résulte que les parties de circuit électronique 109A, 109D, 109F et 109I, correspondant respectivement aux créneaux temporels k, n, p et s qui contiennent les impulsions lumineuses, émettent des signaux électriques parallèles.
En répétant cette opération, on peut réaliser une opération de réception de lumière continue, avec démultiplexage, à partir du train d'impulsions lumineuses en série temporelle à un débit de données de 100 Gbit/s, pour fournir le signal électrique en parallèle à 10 canaux à un débit de données de 10 Gbit/s.
La partie de circuit électronique 109 doit générer un signal de sortie toutes les 100 ps et elle doit avoir une largeur de bande de 10 Gbit/s. La partie de circuit électronique 109 a des caractéristiques de seuil d'entrée/sortie normales, et on peut obtenir des signaux de sortie ayant presque la même tension, même lorsque des photocourants qui sont générés par les portes optiques 104 diffèrent légèrement.
Les parties de circuit électronique 109 peuvent être formées de manière monolithique avec l'élément de réception de lumière. De plus, comme dans une modification qui est représentée sur la figure 20, une puce consistant en InP, sur laquelle un guide d'ondes optique 142 et une porte optique 144 sont intégrés, peut être montée sous la forme d'une puce à protubérances ou "flip chip" sur un substrat en Si 130 sur lequel toutes les parties de circuit électronique 109 sont intégrées. Dans ce cas, lorsque des sillons d'alignement 131 et 132 pour les fibres optiques d'entrée et de sortie sont intégrés sur le substrat en
Si 130, l'alignement des fibres optiques 133 et 134 peut être facilité.
La figure 21 est une coupe montrant la structure, en coupe, au voisinage de la porte optique 144 du dispositif de réception de lumière, pour la forme modifiée du quatrième mode de réalisation, qui est représentée sur la figure 20. Dans cette forme modifiée, un substrat 141 consiste en InP semiisolant. Une couche de gaine 147 en InP de type n est formée entre le substrat 141 et une couche de guide d'ondes optique 143. Une couche de gaine 145 en InP de type p et une couche de contact 146 en InGaAsP de type p sont formées de façon à constituer une mésa sur une couche de guide d'ondes optique à puits quantique, 143. Le couche de guide d'ondes optique 143 est constituée par une couche de puits quantique et par une couche de relaxation de barrière, comme dans le quatrième mode de réalisation. Des parties de plots 148 en InP de type n sont formées des deux côtés de la mésa.Les parties situées entre les parties de plots 148 et la mésa sont aplanies par des couches de polyimide 139. Des électrodes 149 sont formées sur la mésa et sur les parties de plots 148.
Le fonctionnement fondamental de cette forme modifiée est le même que celui du quatrième mode de réalisation.
Indépendamment de la structure de cette forme modifiée, il est possible de modifier et d'appliquer l'invention de diverses manières. L'énergie de transition entre sous-bandes (longueur d'onde de la lumière de déclenchement) n'est pas limitée à 3,5 pm, et la largeur de puits n'est également pas limitée à 5 nm. Lorsqu'on augmente la largeur de puits, la longueur d'onde de la lumière de déclenchement a tendance à augmenter. Cependant, du fait que le moment dipolaire est augmenté, la puissance optique nécessaire pour obtenir un décalage Stark désiré peut être diminuée.
Comme décrit ci-dessus, dans le dispositif de réception de lumière conforme au quatrième mode de réalisation de l'invention, on peut lire un train d'impulsions lumineuses de signal à un débit de données de 100 Gbit/s, sous la forme de dix signaux électriques parallèles à un débit de données de 10 Gbit/s. En tant que démultiplexeur optique, ce dispositif de réception de lumière permet d'obtenir une structure simple, légère, de petite taille et stable, et une faible dépendance vis-à-vis de la polarisation. De plus, du fait qu'une seule impulsion lumineuse de déclenchement est utilisée en commun pour la commutation de mode d'un ensemble de portes optiques, le rendement d'utilisation de l'énergie est augmenté, et la synchronisation entre canaux est facilitée.Avec ces effets, il est possible de réaliser de façon économique une fonction de démultiplexage optique pratique qui est impossible à réaliser en procédant de façon classique.
Cinquième mode de réalisation
La figure 22 est une représentation montrant schématiquement la structure d'un noeud d'un appareil de transmission optique conforme au cinquième mode de réalisation de l'invention. Ce cinquième mode de réalisation concerne un appareil de transmission en multiplex temporel optique du type à ajout-suppression, comme dans le troisième mode de réalisation.
Ce noeud est constitué par une fibre optique d'entrée 151, un démultiplexeur 152, un récepteur de lumière de commande de noeud 153, un émetteur de lumière de signal 154, un coupleur optique 155, un récepteur de contrôle 156, un amplificateur optique 157, un récepteur optique 161 capable de commuter entre des modes transparent et de réception de lumière, un émetteur de lumière de commande de noeud 162, un multiplexeur 163, une fibre optique de sortie 164, une unité de commande 165, une source d'impulsions lumineuses de déclenchement 166, un multiplexeur/démultiplexeur 167 et 168 pour multiplexer/démultiplexer une impulsion lumineuse de déclenchement, etc.
La lumière de commande de noeud correspond au signal de commande d'acheminement dans le troisième mode de réalisation envisagé ci-dessus, et elle est utilisée pour la commande de l'opération d'émission/ réception de chaque noeud, la commande de protocole, la commande de contrôle, etc. La longueur d'onde de la lumière de signal est de 1,55 pm. La longueur d'onde de la lumière de commande de noeud est de 1,3 pin. Ces faisceaux lumineux sont multiplexés en longueur d'onde par le multiplexeur 163 ou le démultiplexeur 152, et ils se propagent à travers les fibres optiques 151 et 164. Le débit de données de la lumière de signal est de 40 Gbit/s. Le débit de données de la lumière de commande de noeud est de 2,5 Gbit/s.
Une cellule de lumière de signal est constituée par 512 bits avec une période de 1,6 ns, comme réprésenté sur la figure 23. Le créneau temporel correspondant à 1 bit a une durée de 25 ps. Par conséquent, 64 cellules au maximum peuvent être multiplexées dans la lumière de signal par multiplexage temporel optique. L'émetteur de lumière de signal 154 est constitué par une source de lumière à semiconducteurs dans laquelle une source d'impulsions et un modulateur optique son intégrés. La source d'impulsions émet un train d'impulsions lumineuses ayant une largeur d'impulsion de 10 ps avec une période de 1,6 ns, qui est destiné à être synchronisé avec une cellule déterminée comme étant vacante, conformément à l'information qui est obtenue à partir de la lumière de commande de noeud.Le modulateur optique module cette lumière impulsionnelle avec un signal électrique, à un débit de données de 625 Mbit/s. L'impulsion lumineuse de signal qui est obtenue de cette manière est multiplexée avec une autre impulsion lumineuse de signal se propageant à travers le fibre optique 154, par le coupleur optique 155, en procédant par multiplexage temporel, elle est amplifiée par l'amplificateur optique 157, et elle est appliquée à la fibre optique de sortie 164 par l'intermédiaire du récepteur optique 161. De cette manière, on peut aisément effectuer un multiplexage optique de 1:64.
Le récepteur optique 161 a une configuration qui correspond à celle que l'on obtient lorsque le dispositif de réception de lumière décrit dans le quatrième mode de réalisation n'a qu'une seule porte optique. La source d'impulsions lumineuses de déclenchement 166 émet une lumière impulsionnelle intense ayant une durée de 10 ps, avec une période de 1,6 ns, en synchronisme avec la cellule de réception sélectionnée qui est désignée par la lumière de commande de noeud. Parmi les impulsions lumineuses de signal qui se propagent, la porte optique reçoit seulement l'impulsion lumineuse qui est synchronisée avec l'impulsion lumineuse de déclenchement, par l'effet
Stark optique décrit dans le quatrième mode de réalisation envisagé ci-dessus (mode de réception de lumière). Pour les impulsions lumineuses restantes, la porte optique est dans le mode transparent.Par conséquent, les impulsions lumineuses de signal sont relayées vers le noeud suivant, à travers la fibre optique 164, sans être converties en un signal électrique.
Il en résulte qu'une cellule (512 bits) à un débit de données de 625 Mbit/s peut être lue directement sous la forme d'un signal électrique à partir du récepteur optique 161. Plus précisément, on peut effectuer un démultiplexage direct de 64:1 sans convertir d'autres signaux en signaux électriques. Le créneau temporel d'une cellule qui devient vacant au moment de la lecture peut être utilisé à nouveau pour la transmission optique entre d'autres noeuds. De cette manière, on peut réaliser un réseau en boucle en multiplex temporel optique ayant un débit élevé.
Lorsqu'un ensemble de portes optiques (en un nombre égal à N) sont incorporées à la place de la porte optique unique dans le cinquième mode de réalisation, le multiplexage en unités consistant en octets, comme dans le troisième mode de réalisation, est également possible. Dans ce cas, une cellule est constituée par M octets (par exemple 64 octets), dans lesquels des trains de N bits continus (par exemple 8 bits) correspondant à un octet, sont divisés conformément à une période prédéterminée (par exemple un octet toutes les 1,6 ns). Comme représenté dans le quatrième mode de réalisation, le récepteur optique effectue l'opération de démultiplexage optique dans une condition dans laquelle des trains de N bits sont définis comme une unité de traitement, et des signaux électriques parallèles correspondant à un octet sont lus par une seule impulsion lumineuse de déclenchement.Bien entendu, comme dans le troisième mode de réalisation, un bit de redondance ou un temps de garde peut être ajouté à l'unité de traitement. L'appareil de transmission optique de l'invention peut être appliqué non seulement à un réseau ATM utilisant une cellule à titre d'unité, mais également à un réseau en multiplex temporel optique à canaux fixes du type STM (mode de transfert synchrone), dans lequel N bits de longueur fixe sont multiplexés par multiplexage temporel. Comme décrit ci-dessus, l'appareil de transmission optique de l'invention n'est pas limité au mode de réalisation spécifique ci-dessus, et il peut également être modifié et appliqué de diverses manières.
Sixième mode de réalisation
La figure 24 est une représentation montrant schématiquement la configuration d'un appareil de transmission optique conforme au sixième mode de réalisation de l'invention. L'appareil de transmission optique conforme au sixième mode de réalisation est utilisé à titre de bus optique d'un ordinateur parallèle, ou autre. Dans le sixième mode de réalisation, l'ordinateur est constitué par 80 cartes 182 ayant une cadence d'horloge de 100 MHz, sur lesquelles sont montés des circuits intégrés complexes 180, tels que des processeurs et des mémoires, et une unité d'interface optique 181, et par une carte de commande de bus optique 183. Les cartes 182 et 183 sont connectées en parallèle par quatre bus optiques 184, pour un signal à 4 Gbit/s.Un bus optique synchrone 185 pour distribuer un signal synchrone aux cartes 182, et des bus optiques de commande de direction montante et de direction descendante, 186, pour effectuer une commande d'émission/réception entre les cartes, sont disposés en parallèle par rapport aux bus optiques 184. Chaque bus optique comporte une structure de double boucle bidirectionnelle. Du fait qu'il existe un total de huit bus 184 pour un signal à 4 Gbit/s, on peut effectuer globalement une transmission de signal avec un débit de 32 Gbit/s. Chaque carte peut communiquer simultanément avec 4 à 8 cartes au maximum.
La figure 25 est une représentation montrant la structure de la carte de commande de bus optique 183. Les bus optiques 184, 185 et 186 se partagent des lasers à semiconducteurs à commutation de gain, 187, sur la carte de commande de bus optique 183, chacun d'eux émettant un train d'impulsions ayant une largeur de 100 ps et une longueur d'onde de 1,55 pm, à une fréquence de 4 GHz, à titre de sources de lumière communes, et le train d'impulsions est utilisé après avoir été divisé par des coupleurs optiques 188. Lorsqu'on utilise la source d'impulsions unique 187, les conditions temporelles des bus optiques respectifs sont égalisées.
Pour le bus optique synchrone 185 et le bus optique de commande de direction descendante 186b, des éléments de modulation optique 189, fonctionnant à une cadence de 4 Gbit/s, sont disposés immédiatement après les coupleurs optiques 188. Un signal synchrone ou un signal de commande est émis par l'élément de modulation optique 189. Les bus optiques 184, 185 et 186 connectent des portes optiques de signal 191, des portes optiques synchrones 192 et des portes optiques de commande 193 disposées sur les cartes 182, par l'intermédiaire de fibres optiques 194, et ils aboutissent à des dispositifs de réception de lumière à 4 Gbit/s, 190, sur la carte de commande de bus optique 183.Des amplificateurs à fibre optique 195 sont intercalés dans les bus optiques 184, 185 et 186 à un intervalle approprié, pour compenser ainsi les pertes de couplage entre les fibres optiques 184 et les portes optiques 191, 192 et 193, ou les pertes de prélèvement de signal de la porte optique synchrone 192. Des pellicules antirefleD;sont formées sur les surfaces d'entrée/sortie des portes optiques 191, 192 et 193, pour empêcher ainsi que la lumière ne soit réfléchie en arrière.
La porte optique synchrone 192 est un modulateur optique à électroabsorption de type plan, pouvant fonctionner à une cadence de 4 Gbit/s, et elle est toujours placée dans le mode de réception partielle de lumière, en étant polarisée par une tension pour absorber seulement partiellement une impulsion. Plus précisément, une partie de l'énergie d'une impulsion lumineuse synchrone qui est émise à partir du côté amont est reçue, et l'énergie restante est transmise vers la carte aval. Du fait que la porte optique est d'un type plan, la dépendance vis-à-vis de la polarisation peut être réduite par la structure présentant une symétrie circulaire.
Le traitement des conditions temporelles ou l'entrée/sortie électrique pour les portes optiques 191 à 193 est commandé par l'unité d'interface optique 181. L'opération d'émission/réception de la porte optique de signal 191 et de la porte optique de commande 193 de chaque carte 182 est effectuée à un créneau temporel après un retard prédéterminé, par rapport au signal synchrone qui est reçu par la porte optique synchrone 192.
Lorsque les impulsions lumineuses synchrones sont émises avec une période de 10 ns, cette période comprend seulement 40 créneaux temporels ayant chacun une largeur de 250 ps (40 Gbit/s). Du fait qu'il y a 80 cartes 182, au moins deux périodes (20 ns) sont nécessaires pour désigner tous les créneaux temporels.
Si l'intervalle entre les impulsions synchrones devient trop grand, une erreur sur le temps de retard peut apparaître. Dans le sixième mode de réalisation, des impulsions lumineuses synchrones sont émises séquentiellement selon quatre configurations d'impulsions différentes, toutes les 5 ns, pour distinguer ainsi mutuellement les 80 créneaux temporels.
La porte optique de commande 193 est un modulateur optique ayant la même structure que la porte optique synchrone 192. Dans le bus optique de commande de direction montante 186a, elle peut être commutée entre le mode transparent et le mode de transmission (modulation). Dans le bus optique de commande de direction descendante 186b, elle peut être commutée entre le mode transparent et le mode de réception (réception de lumière). Plus précisément, un créneau temporel qui fait suite à un retard fixe qui est défini pour chaque carte conformément au signal synchrone, est affecté au mode d'émission ou de réception, en correspondance avec l'utilisation en direction montante ou en direction descendante.Les créneaux temporels restants sont placés dans le mode transparent dans lequel aucune tension n'est appliquée, et toutes les impulsions lumineuses émises à partir du côté amont sont transmises vers le côté aval.
Lorsqu'une demande de transmission de signal doit être émise, la porte optique de commande 193 module une impulsion lumineuse en utilisant l'effet d'électroabsorption, et cette impulsion est émise à partir de l'amont vers le créneau temporel sans être modulée, pour émettre ainsi un signal de commande sur la carte de commande de bus optique 183. I1 en résulte que dans chaque carte, un multiplexage est effectué pour placer un signal de commande dans l'un seulement des 80 créneaux temporels.
Le signal de commande à un débit de données de 4 Gbit/s qui est reçu par le dispositif de réception de lumière 190 sur la carte de commande de bus optique 183, est émis vers un système de commande 196.
Le système de commande 196 affecte un bus de signal et un créneau temporel à chaque carte d'émission/réception 182, et il émet le signal de commande vers le créneau temporel qui est affecté à chaque carte, en utilisant le bus optique de commande de direction descendante 186b.
La porte optique de commande 193 dans le mode de réception est dans un état de tension appliquée, et elle reçoit le signal de commande qui est émis par l'élément de modulation 189 de la carte de commande de bus optique 183. I1 en résulte qu'une opération de démultiplexage est effectuée pour extraire un créneau temporel à une cadence de sortie de 50 Mbit/s, parmi les 80 créneaux temporels à 4 Gbit/s. L'unité d'interface optique 181 commande l'opération d'entrée/sortie de la porte optique de signal 191 conformément au signal de commande.
Le principe de fonctionnement de la porte optique de commande 193 est le même que dans les premier à troisième modes de réalisation, à l'exception du fait que la porte optique est d'un type plan.
Cependant, dans ce sixième mode de réalisation, les portes optiques 191 et 193 ne sont pas immédiatement commutées vers le mode de réception de lumière par une impulsion lumineuse de déclenchement, contrairement aux modes de réalisation ci-dessus, et elles sont commutées vers le mode de réception de lumière au bout d'un retard prédéterminé à partir de l'impulsion lumineuse synchrone. De plus, le signal lumineux synchrone correspondant à l'impulsion lumineuse de déclenchement des modes de réalisation ci-dessus a quatre configurations qui sont constituées par un ensemble de créneaux temporels. En outre, la lumière synchrone et la lumière de signal se propagent dans la même direction, et le chemin optique entre les portes optiques n'est pas limité. Du fait que la cadence de fonctionnement est faible, les portes optiques 191 et 193 peuvent achever l'opération de réception ou de modulation pendant un seul créneau temporel (250 ps).
La porte optique de signal 191 a également la même structure que la porte optique de commande 193, et elle peut effectuer une opération de commutation entre trois modes, c'est-à-dire des modes transparent, de réception (réception de lumière) et d'émission (modulation). Plus précisément, seul un créneau temporel désigné par la carte de commande de bus optique 183 est placé dans le mode d'émission ou de réception, et les créneaux temporels restants sont placés dans le mode transparent. Le fonctionnement fondamental est le même que celui de la porte optique de commande 193. Cependant, la porte optique de signal 191 accomplit l'opération d'émission/réception à 100 MHz. Par conséquent, un multiplexage/démultiplexage de 40:1 est accompli.Dans le bus optique de commande 186, un multiplexage/démultiplexage électrique fixe est effectué à l'une des bornes d'entrée et de sortie (carte de commande de bus optique 183).
Cependant, dans le bus optique de signal 184, un multiplexage/démultiplexage optique est accompli par l'intermédiaire de la porte optique 191 à la fois aux bornes d'entrée et de sortie. Contrairement au bus optique de commande 186, le créneau temporel désigné du bus optique de signal 184, c'est-à-dire la durée de retard à partir du signal synchrone, est variable et est désigné par la carte de commande de bus optique 183 par l'intermédiaire du bus optique de commande de direction descendante 186b. Pour cette raison1 tous les créneaux temporels peuvent être utilisés efficacement.
Le sixième mode de réalisation peut également être modifié de diverses manières. Dans le sixième mode de réalisation ci-dessus, les deux bus optiques de commande de direction montante et de direction descendante, 186, sont incorporés. Cependant, un seul bus optique de commande peut également être utilisé en répartition dans le temps. Dans ce cas, en augmentant les types des impulsions lumineuses synchrones, la désignation de temps pour 160 créneaux temporels peut être effectuée à la fois pour l'émission et la réception. Comme la porte optique de signal, la porte optique de commande est utilisée avec commutation entre trois modes, c'est-à-dire les modes transparent, de réception (réception de lumière) et d'émission (modulation). A titre d'autre modification, le bus optique synchrone peut également être utilisé en commun , en répartition dans le temps, comme le bus optique de commande.Des signaux peuvent également être utilisés par le même bus optique, en répartition dans le temps, comme pour le signal de commande et le signal synchrone. Inversement, l'invention peut également être appliquée à un système à plus grande échelle, par formation de blocs.
La porte optique du sixième mode de réalisation peut être utilisée avec commutation des trois fonctions, telles que les modes de réception, d'émission et transparent, et elle permet une utilisation très souple. Du fait que la lumière de signal, la lumière de commande et la lumière synchrone utilisent la même source d'impulsions, il est possible de réaliser une synchronisation stable, et un réarrangement des cartes est également permis. Du fait qu'aucun dispositif optique actif n'est monté sur les cartes générales 182, la fiabilité est également augmentée.
Le nombre de portes optiques, la cadence de transmission et la fréquence de répétition de déclenchement du dispositif de réception de lumière ou de l'appareil de transmission de l'invention ne sont pas limités aux valeurs spécifiques indiquées dans les premier à sixième modes de réalisation ci-dessus. Par exemple, les matériaux ne sont pas limités à des matériaux basés sur InGaAsP, ou à des matériaux fonctionnant dans la bande de longueurs d'onde de 1,55 pm.
On peut également appliquer l'invention à divers matériaux semiconducteurs tels que des matériaux basés sur GaAlAs, InGaAlAs, InGaSbAs, InGaAlP, ZnCdMgSSeTe et InGaAlN. Selon la sélection des matériaux et la conception de la structure, l'invention peut être appliquée à de la lumière de signal ou de la lumière de déclenchement ayant diverses longueurs d'onde. En ce qui concerne le guide d'ondes optique, l'invention peut être appliquée à divers guides d'ondes optiques à semiconducteurs, guides d'ondes optiques à base de verre, guides d'ondes optiques ferroélectriques, fibres optiques, lentilles, et autres. I1 est possible d'améliorer le fonctionnement par intégration avec d'autres éléments. Par exemple, un amplificateur à laser à semiconducteurs destiné à compenser des pertes de propagation peut être intégré entre les portes optiques.Selon une variante, il est possible d'intégrer une source d'impulsions à semiconducteurs, un interrupteur optique, un filtre de longueur d'onde, ou autres. En ce qui concerne les domaines d'application, l'invention n'est pas limitée à des communications optiques et elle peut également être utilisée dans divers domaines tels que la commutation optique, l'interconnexion optique, le traitement d'information optique, la mesure optique ou autres. Par exemple1 lorsque l'invention est appliquée à la mesure optique très rapide, il est possible de réaliser une mesure avec un pouvoir de résolution temporelle plus court que le temps de réponse électrique d'une porte optique ou d'un circuit de lecture. Dans ce cas, on peut obtenir un signal de sortie analogique à la place du signal de sortie numérique binaire que l'on obtient dans les modes de réalisation ci-dessus. De plus, divers changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de l'esprit et du cadre de l'invention.
Comme on l'a décrit en détail ci-dessus, l'invention permet de réaliser un démultiplexage optique plus efficace que celui qui est réalisé par le démultiplexeur optique classique, en utilisant le multiplexage temporel optique, tout en obtenant une structure de petite dimension, légère et stable, et une faible dépendance vis-à-vis de la polarisation.

Claims (17)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend : une structure de guide d'ondes optique (2) pour permettre la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal; une porte optique (4) intercalée dans une position prédéterminée de la structure de guide d'ondes optique (2) et pouvant commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement; des moyens de commutation de mode pour commuter la porte optique (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par l'émission de l'impulsion lumineuse de déclenchement vers la porte optique (4), de façon que cette porte optique (4) puisse recevoir un créneau temporel prédéterminé qui est inclus dans le train d'impulsions lumineuses de signal; et des moyens (9) pour lire sous la forme d'un signal électrique le créneau temporel qui est reçu par la porte optique (4).
2. Dispositif de réception de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend : une structure de guide d'ondes optique (2) pour permettre la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle; un ensemble de portes optiques (4), chacune d'elles étant intercalée dans une position prédéterminée de la structure de guide d'ondes optique (2) et étant capable de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement; des moyens de commutation de mode pour commuter chacune des portes optiques (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par l'émission de l'impulsion lumineuse de déclenchement vers chacune des portes optiques (4), de façon que chaque porte de l'ensemble de portes optique (4) puisse recevoir un créneau temporel prédéterminé qui est inclus dans le train d'impulsions lumineuses de signal; et des moyens (9) pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles les créneaux temporels qui sont reçus par l'ensemble de portes optiques (4).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la commutation de mode de chaque porte de l'ensemble de portes optiques (4) est effectuée lorsqu'une longueur d'onde de bord de bande est changée par un effet Stark qui est occasionné par un champ appliqué.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commutation de mode comprennent un ensemble d'interrupteurs photoconducteurs (5), chacun d'eux étant connecté électriquement à l'une correspondante des portes de l'ensemble de portes optiques (4), et chacun des interrupteurs photoconducteurs (5) change une tension à appliquer à la porte optique (4), sous l'effet de la commutation d'un état à résistance élevée vers un état à faible résistance, conformément à l'impulsion lumineuse de déclenchement, pour occasionner un décalage Stark dans la porte optique (4).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde structure de guide d'ondes optique (3) disposée parallèlement à la structure de guide d'ondes optique précitée (2), dans lequel l'ensemble d'interrupteurs photoconducteurs (5) sont intercalés à un intervalle prédéterminé, et dans lequel l'impulsion lumineuse de déclenchement se propage à travers la seconde structure de guide d'ondes optique (3) dans une direction opposée à une direction de propagation du train d'impulsions lumineuses de signal, en synchronisme avec le train d'impulsions lumineuses de signal.
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la commutation de mode de chaque porte de l'ensemble de portes optiques (4) est effectuée lorsqu'une longueur d'onde de bord de bande est changée par un effet Stark optique qui est occasionné par l'impulsion lumineuse de déclenchement.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des portes optiques (4) a une structure de puits quantique, et l'impulsion lumineuse de déclenchement a une longueur d'onde qui correspond à une énergie de transition entre sousbandes de ce puits quantique.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les portes optiques (4) comportent des moyens d'application de tension de polarisation qui appliquent une tension de polarisation au puits quantique, de façon que le mode transparent soit remplacé par le mode de réception de lumière lorsque l'effet Stark optique est occasionné par l'impulsion lumineuse de déclenchement.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'impulsion lumineuse de déclenchement qui est émise par les moyens de commutation de mode commute séquentiellement chacune des portes optiques (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, pendant qu'elle se propage à travers la structure de guide d'ondes optique (2), dans une direction opposée à une direction de propagation de l'impulsion lumineuse de signal.
10. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de portes optiques (4) et la structure de guide d'ondes optique (2) sont intégrées sur un seul substrat.
11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble de portes optiques (4) sont formées sur un ensemble de substrats disposés avec un intervalle de chemin optique prédéterminé, et le train d'impulsions lumineuses de signal se propage de façon à traverser l'ensemble de substrats.
12. Appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chaque noeud de l'ensemble de noeuds étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour émettre sur la fibre optique une série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses en série temporelle, en sélectionnant des conditions temporelles telles que ces groupes ne chevauchent pas un autre groupe de signaux d'impulsions lumineuses transmis par la fibre optique, des moyens de réception pour sélectionner et recevoir seulement un groupe de signaux d'impulsions lumineuses à recevoir par le noeud considéré, parmi la série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont transmis par la fibre optique, et des moyens de relais pour relayer vers un noeud suivant un groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui doit ête reçu par un autre noeud, sans convertir le groupe de signaux d'impulsions lumineuses en un signal électrique; dans lequel les moyens de réception comprennent un ensemble de portes optiques à semiconducteurs (4) du type à électroabsorption, intercalées le long d'un guide d'ondes optique à un intervalle prédéterminé, et capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière conformément à une tension appliquée, un ensemble d'interrupteurs optiques de déclenchement à semiconducteurs, pour changer une tension à appliquer à l'ensemble de portes optiques (4), pour commuter séquentiellement ces portes optiques (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, et des moyens (9) pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles le groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui est absorbé par l'ensemble de portes optiques.
13. Appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chaque noeud de cet ensemble de noeuds étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour émettre sur la fibre optique une série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses en série temporelle, en sélectionnant des conditions temporelles telles que ce groupe ne chevauche pas un autre groupe de signaux d'impulsions lumineuses transmis sur la fibre optique, et des moyens de réception/relais pour sélectionner et recevoir seulement un groupe de signaux d'impulsions lumineuses à recevoir par le noeud considéré, parmi la série de groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont transmis par la fibre optique, et pour relayer vers un noeud suivant un groupe de signaux d'impulsions lumineuses qui doit être reçu par un autre noeud, sans convertir ce groupe de signaux d'impulsions lumineuses en un signal électrique; dans lequel les moyens de réception/relais comprennent un ensemble de portes Stark optiques (4) intercalées le long d'un guide d'ondes optique à un intervalle prédéterminé, et capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement, et des moyens (9) pour lire sous la forme de signaux électriques parallèles les groupes de signaux d'impulsions lumineuses qui sont absorbés par l'ensemble de portes Stark optiques (4).
14. Appareil de transmission optique dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une fibre optique, chaque noeud de l'ensemble de noeuds étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour effectuer un multiplexage temporel d'un signal d'impulsion lumineuse consistant en un créneau temporel périodique affecté, avec une impulsion lumineuse de signal émise à partir d'un autre noeud, et pour émettre le signal d'impulsion lumineuse sur la fibre optique, une source d'impulsions lumineuses de déclenchement pour générer une impulsion lumineuse de déclenchement périodique en synchronisme avec un créneau temporel de réception sélectionné sur la fibre optique, une porte optique (4) qui est commutée vers un mode de réception de lumière seulement lorsque l'impulsion lumineuse de déclenchement est présente, et qui est placée par ailleurs dans un mode transparent, et des moyens (9) pour lire sous la forme d'un signal électrique lecréneau temporel qui est reçu par la porte optique (4) commutée dans le mode de réception de lumière.
15. Procédé de démultiplexage optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on intercale dans des positions prédéterminées d'un guide d'ondes optique, prévu pour la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle, un ensemble de portes optiques (4) capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'une impulsion lumineuse de déclenchement; on commute chacune des portes optiques (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par l'émission de l'impulsion lumineuse de déclenchement vers chacune des portes optiques (4), de façon que chaque porte de l'ensemble de portes optiques (4) puisse recevoir un créneau temporel prédéterminé qui est inclus dans le train d'impulsions lumineuses de signal; et on lit sous la forme de signaux électriques parallèles les créneaux temporels qui sont reçus par l'ensemble de portes optiques (4).
16. Procédé de démultiplexage optique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on intercale dans des positions prédéterminées d'un guide d'ondes optique, prévu pour la propagation d'un train d'impulsions lumineuses de signal en série temporelle, un ensemble de portes optiques (4) capables de commuter entre un mode transparent et un mode de réception de lumière, conformément à la présence/absence d'un décalage Stark; on connecte électriquement chaque interrupteur d'un ensemble d'interrupteurs photoconducteurs (5) à l'une correspondante des portes de l'ensemble de portes optiques (4), chacun des interrupteurs photoconducteurs (5) changeant une tension qui est appliquée à la porte optique (4), sous l'effet de la commutation d'un état à résistance élevée vers un état à faible résistance, conformément à une impulsion lumineuse de déclenchement, pour occasionner l'effet Stark dans la porte optique (4); on commute chacune des portes optiques (4) du mode transparent vers le mode de réception de lumière, par l'émission de l'impulsion lumineuse de déclenchement vers chaque interrupteur de l'ensemble d'interrupteurs photoconducteurs (5), de façon que chaque porte de l'ensemble de portes optiques (4) puisse recevoir un créneau temporel prédéterminé qui est inclus dans le train d'impulsions lumineuses de signal; et on lit sous la forme de signaux électriques parallèles les créneaux temporels qui sont reçus par l'ensemble de portes optiques (4).
17. Procédé de transmission d'un signal d'impulsion lumineuse dans un appareil de transmission optique, dans lequel un ensemble de noeuds sont connectés par l'intermédiaire d'une fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on incorpore dans chacun des noeuds une porte optique (4) qui est commutée d'un mode transparent vers un mode de réception de lumière conformément à une impulsion lumineuse de déclenchement; on effectue un multiplexage temporel d'un signal d'impulsion lumineuse consistant en un créneau temporel périodique affecté, avec une impulsion lumineuse de signal qui est émise par un autre noeud, et on émet le signal d'impulsion lumineuse sur la fibre optique, dans chacun des noeuds; on génère l'impulsion lumineuse de déclenchement périodique, synchronisée avec un créneau temporel de réception sélectionné sur la fibre optique, et on émet l'impulsion lumineuse de déclenchement vers la porte optique (4), dans chacun des noeuds; et on lit sous la forme d'un signal électrique le créneau temporel qui est reçu par la porte optique (4) commutée dans le mode de réception de lumière, dans chacun des noeuds.
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