FR2747798A1 - Egaliseur optique, amplificateur optique et appareil de transmission optique a plusieurs longueurs d'onde utilisant un egaliseur optique - Google Patents
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Abstract
Plusieurs filtres étalons sont agencés en montage en chaîne, une partie de sortie délivre des signaux lumineux aux filtres étalons et une partie d'entrée reçoit un signal lumineux à transmettre aux filtres étalons. En combinant plusieurs films étalons ayant des caractéristiques différentes, il est possible de construire un égaliseur optique ayant une faible variation des pertes avec la lumière polarisée, et qui est capable de compenser la variation optionnelle du gain en fonction de la longueur d'onde.
Description
EGALISEUR OPTIQUE, AMPLIFICATEUR OPTIQUE ET APPAREIL DE
TRANSMISSION OPTIQUE A PLUSIEURS LONGUEURS D'ONDE
UTILISANT UN EGALISEUR OPTIQUE
CONTEXTE DE L'INVENTION 1 DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un égaliseur optique, un amplificateur optique et un appareil de transmission optique à plusieurs longueurs d'onde utilisant l'égaliseur optique, et plus particulièrement un égaliseur optique pour aplanir la caractéristique de variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde et un amplificateur optique auquel l'égaliseur optique est appliqué.
TRANSMISSION OPTIQUE A PLUSIEURS LONGUEURS D'ONDE
UTILISANT UN EGALISEUR OPTIQUE
CONTEXTE DE L'INVENTION 1 DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un égaliseur optique, un amplificateur optique et un appareil de transmission optique à plusieurs longueurs d'onde utilisant l'égaliseur optique, et plus particulièrement un égaliseur optique pour aplanir la caractéristique de variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde et un amplificateur optique auquel l'égaliseur optique est appliqué.
2. DESCRIPTION DE L'ART CONNEXE
Un système de transmission optique sur plusieurs longueurs d'onde a été proposé comme l'une des techniques pour obtenir un système optique de communication de grande capacité. C'est un système qui transmet plusieurs signaux optiques ayant des longueurs d'onde qui diffèrent d'un signal à l'autre après multiplexage sur une seule ligne de fibre optique.
Un système de transmission optique sur plusieurs longueurs d'onde a été proposé comme l'une des techniques pour obtenir un système optique de communication de grande capacité. C'est un système qui transmet plusieurs signaux optiques ayant des longueurs d'onde qui diffèrent d'un signal à l'autre après multiplexage sur une seule ligne de fibre optique.
D'autre part, un amplificateur à fibre optique utilisant comme milieu d'amplification une fibre optique dopée par un élément des terres rares, lequel a été obtenu rapidement au cours des années récentes, peut amplifier collectivement des signaux ayant des longueurs d'onde différentes. Lorsque cet amplificateur à fibre optique est appliqué à un système optique de transmission à plusieurs longueurs d'onde, on peut obtenir un système de transmission à grande capacité et à grande distance.
Cependant, le gain d'un signal optique varie généralement avec la longueur d'onde dans le cas d'un amplificateur à fibre optique ou bien d'un amplificateur optique à semi-conducteur. Aussi, lorsque plusieurs signaux lumineux de différentes longueurs d'ondes sont multiplexés et amplifiés collectivement, le niveau optique de sortie de l'amplificateur optique varie avec la longueur d'onde. De plus, lorsque des amplificateurs optiques sont connectés sur plusieurs étages, la différence de niveau de la sortie optique s'accumule.
Lors de la réception du côte récepteur après branchement sur une longueur d'onde, des problèmes de détérioration de portée entre les longueurs d'onde respectives et de point de réglage du niveau de réception de lumière d'un récepteur interviennent puisque le niveau de sortie optique est variable avec la longueur d'onde. Donc, un égaliseur optique pour compenser la variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde devient nécessaire.
Un procédé a été proposé jusqu'à maintenant pour insérer un filtre optique égaliseur destiné à aplanir la variation du gain avec la longueur d'onde dans un amplificateur à fibre optique comme l'un des procédés pour compenser la variation du gain d'un amplificateur à fibre optique avec la longueur d'onde. Une telle technique est décrite par exemple dar.s la demande de brevet japonais N ei 01-- 779C5. En outre, comme autre procédé, il existe un pro édé prévosiant un coupleur à fibre optique comme ce t qui est décrit dans la demande de brevet japonais N Hei 05-109975.
De plus, ont été proposés comme filtres optiques égaliseurs, un type à réseau (comme celui de M.
Tachibana, R.I. Laming, P.R. Morkel et D.N. Payne "Gain-shaped Erbium-dopeà fibre amplifier with broad spectral bandwidth" Tec.hnical Digest on Optical
Amplifiers and their Applications, pages 44 à 47, 1990) et un type de Mach-Zehnder (comme celui que décrit la demande de brevet japonais N Hei 2-270766).
Amplifiers and their Applications, pages 44 à 47, 1990) et un type de Mach-Zehnder (comme celui que décrit la demande de brevet japonais N Hei 2-270766).
En outre, un type perfectionné d'égaliseur optique de type Mach-Zehnder, a été proposé dans lequel des filtres optiques de tvoe Mach-Zehnder ayant des périodes de variation différentes d'un filtre à l'autre de la variation des pertes de la caractéristique de transmission en fonction de la longueur d'onde sont connectés en cascade sur plusieurs étages (comme celui qui est décrit dans la demande de brevet japonais N
Hei 5-60047).
Hei 5-60047).
Les exemples conentionnels cites ci-dessus présentent respectiee s inconvénients indiqués ci-après.
Précisément, un coupleur à titre optique est produit en fondant et e tirant deux lignes de fibres optiques, dans lequel un couplage évanescent entre des fibres optiques est utilisé. Dans cette catégorie de coupleur, lorsqu'une période de variation des pertes avec la longueur d'onde est diminuée, il faut en principe produire une longue partie de couplage par fusion, et la reproductibilité en fabrication des caractéristiques de pertes en fonction de la longueur d'onde est réduite avec 15 longueur ce la partie de couplage par fusion.
Dans une bande de longueur d'onde de 1550 nm utilisée actuellement dans un ampfflticateur à fibre optique, lorsque la caractéristique de variation du gain en fonction de la longueur d'onde d'un amplificateur à fibre optique doit être compensée, il faut réduire la période de la courbe caractéristique des pertes en fonction de la longueur d'onde d'un coupleur à fibre optique à environ 100 nm ou moins, et des difficultés techniques de fabrication apparaissent pour obtenir cette caractéristique de manière stable.
D'une façon générale, lorsque la caractéristique du gain en fonction de la longueur d'onde d'un amplificateur optique doit être compense par un filtre optique, les caractéristiques de transmission d'un filtre optique en fonction de la longueur d'onde doivent dans beaucoup de cas être construites avec une double bosse. Lorsque les caracteristiques de transmission en fonction de la longueur d'onde comprenant une telle pluralité de pics sont obtenues, il devient nécessaire d'établir un certain intervalle entre les longueurs d'ondes de deux pics de transmission et une caractéristique de transmissIon ayant strictement une grande reproductibilité. Dans un exemple qui utilise un filtre d'interférence formé par un film diélectrique à plusieurs couches, il est très difficile d'obtenir de manière stricte et stable ces caractéristiques de transmission à double bosse.
En outre, dans un exemple utilisant un réseau (un réseau du type à fibres ou un réseau formé sur un substrat de verre) , la variation des pertes avec la longueur d'onde présente un pic raide à une longueur spécifique et un large tralnage par rapport à la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde de l'amplificateur optique. Donc, lorsque ce dispositif est utilisé pour condenser la variation du gain en fonction de la longueur d'onde, un inconvénient apparaît du fait que l'erreur de compensation devient en principe plus importante.
Un autre exemple conventionnel est celui d'un filtre optique du type Mach-Zehnder. Dans ce filtre, un guide d'onde de type Mach-Zehnder est formé sur un substrat de guide d'onde en quartz, et un effet thermooptique est utilisé pour les ajustements de phase respectifs. Dans ce filtre optique de type Mach
Zehnder, une variation de l'indice de réfraction est créée par l'effet thermo-optique en ajustant la tension appliquée à une électrode, de manière à changer la phase et à ajuster dans le sens de la longueur d'onde la variation de la caractéristique de transmission en fonction de la longueur d'onde. Le filtre optique du type Mach-Zehnder est décrit en détail dans la demande de brevet japonais N Hei 5-60047, par exemple.
Zehnder, une variation de l'indice de réfraction est créée par l'effet thermo-optique en ajustant la tension appliquée à une électrode, de manière à changer la phase et à ajuster dans le sens de la longueur d'onde la variation de la caractéristique de transmission en fonction de la longueur d'onde. Le filtre optique du type Mach-Zehnder est décrit en détail dans la demande de brevet japonais N Hei 5-60047, par exemple.
Mais, dans le cas d'un filtre optique de type
Mach-Zehnder, l'ajustement de phase d'un signal lumineux de transmission est effectué en créant de la chaleur sur une électrode prévue sur un guide d'onde.
Mach-Zehnder, l'ajustement de phase d'un signal lumineux de transmission est effectué en créant de la chaleur sur une électrode prévue sur un guide d'onde.
Donc, un inconvénient apparait du fait qu'une distorsion est susceptible de se créer à l'intérieur du guide d'onde, laquelle crée une variation des pertes d'insertion avec la polarisation.
RESUME DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est d'obtenir un égaliseur optique ayant une moindre erreur de compensation de la variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde et une plus faible variation de la caractéristique de transmission avec la lumière polarisée, lequel peut tre fabriqué de manière stable compte tenu des différents problèmes posés par l'exemple conventionnel cité ci-dessus.
Un but de la présente invention est d'obtenir un égaliseur optique ayant une moindre erreur de compensation de la variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde et une plus faible variation de la caractéristique de transmission avec la lumière polarisée, lequel peut tre fabriqué de manière stable compte tenu des différents problèmes posés par l'exemple conventionnel cité ci-dessus.
Un égaliseur optique selon la présente invention comprend plusieurs filtres étalons montés en cascade, une partie de sortie de lumière pour délivrer plusieurs signaux optiques de longueurs d'onde différentes à ces filtres étalons et une partie d'entrée de lumière à laquelle la lumière transmise à travers les filtres étalons est appliquée, dans lequel les multiples filtres étalons ont des plages spectrales libres différentes les unes des autres.
En plus, dans le filtre étalon, sont fixés un substrat réfléchissant dans lequel des films réfléchissants destinés à réfléchir une partie de la lumière sont formés sur les deux faces d'un substrat en verre ou analogue transmettant la lumière, et un bloc, par exemple en verre, ayant un coefficient de dilatation linéaire proche ou identique à celui du substrat indiqués ci-dessus. En outre, sur une surface du bloc de verre, un film diélectrique à plusieurs couches ayant des caractéristiques optiques équivalentes à celles du filtre étalon formé par dépôt de vapeur ou pulvérisation en place sur le substrat réfléchissant est forme. Ici, le substrat ou le film diélectrique à plusieurs couches a une épaisseur de plaque ou une épaisseur de ilm telle que la différence des pertes d'une pluralité de signaux optiques transmis à travers le filtre étalon présen'e une valeur spécifique prédéterminée.
D'autre part, l'amplificateur optique de la présente invention, dans lequel un égaliseur optique ayant essentiellement les caractérlsticues ci-dessus est appliqué, comporte un ampitticateur optique pour amplifier un signal optique appliqué et délivrer un signal optique amplifié, ainsi que l'égaliseur optique.
Dans ce cas, l'égaliseur optique est agencé dans la dernière partie ou dans la partie précédant l'amplificateur optique. En outre, il est également possible d'utiliser deux amplificateurs optiques et d'agencer un égaliseur optique entre eux.
L'amplificateur optique peut être appliqué lorsque l'amplificateur optique est ou bien un amplificateur à fibre optique ou bien un amplificateur optique à semiconducteur.
De plus, dans un appareil optique de transmission à plusieurs longueurs d'onde selon l'invention, un amplificateur optique ayant les dispositions indiquées ci-dessus est utilisé comme répéteur. L'appareil optique de transmission à plusieurs longueurs d'onde de l'invention est formé d'un appareil optique de transmission comprenant un émetteur optique pour émettre des signaux optiques ayant une pluralité de longueurs d'onde différentes les unes des autres et un coupleur optique pour assurer le multiplexage de plusieurs signaux optiques et délivrer un signal optique multiplexé à une extrémité d'un trajet de transmission optique, et un appareil optique de réception comprenant un filtre optique de branchement pour brancher un signal optique multiplexé délivré venant d'une autre extrémité du trajet de transmission optique pour chaque longueur d'onde et sortir un signal optique branché et un récepteur optique connecté au filtre optique de branchement et convertissant les signaux optiques brancs en signaux électriques, respectivement. Au moins un dispositif répéteur à amplification optique pour amplifier un signal optique multiplexé introduit depuis le trajet de transmission optique et délivrer le signal optique au trajet de transmission optique est agencé entre l'appareil de transmission optique et l'appareil de réception optique.
Avec cette structure, le dispositif répéteur à amplification optique comprend un amplificateur optique pour amplifier un signal optique appliqué et délivrer un signal optique amplifié, plusieurs filtres étalons montrés en cascade, une partie de sortie de lumière pour délivrer une lumière à ces filtres étalons et une partie d'entrée de lumière à laquelle la lumière transmise à travers les filtres étalon est appliquée, dans lequel les filtres étalons multiples sont pourvus d'égaliseurs optiques ayant des plages spectrales libres différentes les unes des autres.
Dans ce cas, l'égaliseur optique est agencé dans la dernière partie ou dans la première partie de l'amplificateur optique. L'égaliseur optique est applicable que l'amplificateur optique soit un amplificateur optique à fibres ou un amplificateur optique à semi-conducteur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les buts ci-dessus, ainsi que d'autres buts, dispositions et avantages de l'invention, apparaîtront après la description détaillée suivante considérée en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels
la figure 1 représente des schémas pour expliquer le principe d'une fonction ce compensation de la variation du gain en fonction de la longueur d'onde dans un égaliseur optique de la présente invention, sur laquelle (a) est une courbe (une courbe du gain en fonction de la longueur d'onde) représentant un exemple de variation du gain d'un amplificateur à fibre optique avec la longueur d'onde, (b) est une courbe présentant les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde obtenue par superposition des termes du développement de Fourier de la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde représentée en (a), et (c) et (d) sont des courbes représentant les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde d'un filtre étalon utilisé pour la compensation du gain
la figure 2 est un schéma représentant une structure de base d'un égaliseur optique de la présente invention
la figure 3 est un schéma représentant une structure d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 4 est une vue en perspective représentant une structure d'un substrat utilisé dans le filtre étalon représente sur la figure 3
la figure 5 est une vue d'une section longitudinale du substrat représenté sur la figure 4
la figure 6 est un schéma représentant un mode de réalisation d'un égaliseur optique de la présente invention utilisant le filtre étalon représenté sur la figure 3
la figure 7 est un schéma représentant une structure d'un second mode de réalisation d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 8 est un schéma reoresentant un troisième mode de réalisation d'une structure d'un filtre étalon utilisé dans un aliser optique de la présente invention
la figure 9 est un schéma représentant un quatrième mode de réalisation d'une structure d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 10 est un schéma représentant une structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique utilisé avec un égaliseur optique de la présente invention
la figure 11 est un schéma d'un second mode de réalisation d'un amplificateur optique utilisé avec un égaliseur optique de la présente invention ; et
la figure 12 est un schéma représentant une structure d'un mode de réalisation d'un appareil optique de transmission à plusieurs longueurs d'ondes utilisé avec un amplificateur optique pourvu d'un égaliseur optique selon la présente invention.
Les buts ci-dessus, ainsi que d'autres buts, dispositions et avantages de l'invention, apparaîtront après la description détaillée suivante considérée en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels
la figure 1 représente des schémas pour expliquer le principe d'une fonction ce compensation de la variation du gain en fonction de la longueur d'onde dans un égaliseur optique de la présente invention, sur laquelle (a) est une courbe (une courbe du gain en fonction de la longueur d'onde) représentant un exemple de variation du gain d'un amplificateur à fibre optique avec la longueur d'onde, (b) est une courbe présentant les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde obtenue par superposition des termes du développement de Fourier de la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde représentée en (a), et (c) et (d) sont des courbes représentant les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde d'un filtre étalon utilisé pour la compensation du gain
la figure 2 est un schéma représentant une structure de base d'un égaliseur optique de la présente invention
la figure 3 est un schéma représentant une structure d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 4 est une vue en perspective représentant une structure d'un substrat utilisé dans le filtre étalon représente sur la figure 3
la figure 5 est une vue d'une section longitudinale du substrat représenté sur la figure 4
la figure 6 est un schéma représentant un mode de réalisation d'un égaliseur optique de la présente invention utilisant le filtre étalon représenté sur la figure 3
la figure 7 est un schéma représentant une structure d'un second mode de réalisation d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 8 est un schéma reoresentant un troisième mode de réalisation d'une structure d'un filtre étalon utilisé dans un aliser optique de la présente invention
la figure 9 est un schéma représentant un quatrième mode de réalisation d'une structure d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention
la figure 10 est un schéma représentant une structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique utilisé avec un égaliseur optique de la présente invention
la figure 11 est un schéma d'un second mode de réalisation d'un amplificateur optique utilisé avec un égaliseur optique de la présente invention ; et
la figure 12 est un schéma représentant une structure d'un mode de réalisation d'un appareil optique de transmission à plusieurs longueurs d'ondes utilisé avec un amplificateur optique pourvu d'un égaliseur optique selon la présente invention.
DESCRIPTION RETAILLES DES MODES DE REALISATION PREFERES
Au préalable on va expliquer le principe de base d'un égaliseur optique présentant les dispositions décrites ci-dessus.
Au préalable on va expliquer le principe de base d'un égaliseur optique présentant les dispositions décrites ci-dessus.
Dans un égaliseur optique selon la présente invention, sont agencés en cascade au moins deux filtres étalons ou davantage ayant des plages spectrales libres différentes entre elles (plages appelées ci-après "FER") entre des trajets optiques de deux collimateurs à fibre optique disposés avec leurs axes optiques en coincidence.
Dans le filtre étalon, le principe d'interférence par réflexion répétée entre deux films transparents agencés parallélement l'un à ~'autre est appliqué.
Lorsque les films sent-trensoarents ayant des coefficients de réflexion (coefficient de réflexion en amplitude) rl et r2 sont appliqués sur les deux faces d'un milieu ayant un indice de réfraction n placé dans l'air, la caractéristique de transmission (T) des interférences par réflexion répétée entre ces films semi-transparents s'exprime sensiblement par
T = 1-2#r1#r2 (1-cos#) (1)
Dans ce cas, 6 = 4#nd#cos#/#0{1-(#-#0)/#0} (2) k = longueur d'onde de la lire = = longueur d'onde pour laquelle la caractéristique de transmission présente une valeur maximale (longueur d'onde = 2nd cosO) O : angle d'incidence du faisceau sur le filtre étalon d : écartement entre les films semi-transparents.
T = 1-2#r1#r2 (1-cos#) (1)
Dans ce cas, 6 = 4#nd#cos#/#0{1-(#-#0)/#0} (2) k = longueur d'onde de la lire = = longueur d'onde pour laquelle la caractéristique de transmission présente une valeur maximale (longueur d'onde = 2nd cosO) O : angle d'incidence du faisceau sur le filtre étalon d : écartement entre les films semi-transparents.
D'autre part, la courbe de gain d'un amplificateur optique pour une longueur d'onde lumineuse d'un signal peut être développée en série de Fourier pour cette longueur d'onde. Donc, lorsque des filtres ayant des caractéristiques de perte de forme sinusoïdale de même amplitude et de même période que les termes du développement de Fourier de la courbe de gain sont combinés, il est possible C'aplanir complètement la courbe de gain de l'amplificateur optique.
Puisque le filtre étalon ayant une caractéristique des pertes en fonction de la longueur d'onde de forme sinusoïdale représentée par l'expression (1) est utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention, par principe il est possible de compenser et d'aplanir complètement a courbe ou gain d'un amplificateur optique en ponction de la longueur d'onde.
Le principe de l'aplanissement du gain en fonction des longueurs d'onde dans le cas de l'égaliseur optique ci-dessus selon la présente invention est appliqué à un amplificateur optique corru-ne cela sera décrit plus en détail en référence aux dessins. La figure 1 représente des schémas de principe explicatifs pour expliquer l'opération de compensation de la variation du gain avec la longueur d'onde dans un égaliseur optique.
La figure l(a) est une courbe (courbe du gain en fonction de la longueur d'onde) représentant un exemple de variation du gain d'un amplificateur à fibre optique en fonction de la longueur d'onde. Cette variation du gain en fonction de la longueur d'onde peut aussi erre aplanie au moyen du filtre étalon. Plus précisément, la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde représentée sur la figure l(a) de la présente invention est développée en série de rourier du second ordre et plusieurs filtres étalons ayant chacun la même amplitude et la même période que ces coefficients de développement de ourler sont utilisés.
Par exemple, le filtre étalon ayant la caractéristique des pertes en fonction de la longueur d'onde représentée sur les figures l(c) et (d) est utilisé pour la courbe du gain an fonction de la longueur d'onde indique ci-dessus. L'amplitude et la période des caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde peuvent etre obtenues en définissant la longueur du trajet de la lumière et le coefficient de réflexion du filtre étalon de manière appropriée comme indiqué ci-dessus. Lorsque ces deux filtres étalons sont combinés entre eux, il est possible d'obtenir un égaliseur optique ayant une ceracteristicue de perte en fonction de la longueur d'onde co.,re ce e de la figura l(b).
La caractéristique de perte en fonction de la longueur d'onde représentée sur la figure l(b) constitue une courbe essentiellement équivalente à celle de la figure l(a) puisque les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde sont obtenues par superposition des coefficients du développement en série de Fourier de la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde. Ainsi, lorsque l'on utilise un égaliseur optique ayant la caractéristique de perte en fonction de la longueur d'onde représentée sur la figure 1(b), il est possible d'aplanir la courbe de gain en fonction de la longueur d'onde représentée sur la figure l(a).
Par ailleurs, puisqu'l est possible d'ajuster la caractéristique de transmission an fonction de la longueur d'onde suivant 1 'angle d'incidence de la lumière, le filtre étalon ci-dessus a l'avantage de permettre un contrôle fin de la caractéristique de perte en fonction de la longueur d'onde au moment de la fabrication de ltégaliseur optique. n outre, on obtient aussi un avantage puisque la variation de la perte du filtre étalon avec la lumière polarisée peut être annulée simplement an amenant l'angle d'incidence de la lumière au voisinage de zéro.
Ensuite, des modes de réalisation d'un égaliseur optique de la présente invention sot décrits en détail en référence aux dessins.
La figure 2 est un schéma représentant une structure d'un mode de réalisation a;'Un égaliseur optique de la présente invention.
Des fibres optiques Il et 12 sont couplées optiquement à un faisceau de coffillmation au moyen des lentilles 21 et 22. N exemplaires de filtres étalons 30 ayant des FSR différentes entre elles sont insérés entre les lentilles 21 et 22. La valeur maximale des pertes, la valeur minimale des pertes et la FSR du Noème filtre étalon sont définies par le développement en série de Fourier de la caractéristique du gain en fonction de la longueur d'onde d'un amplificateur optique auquel un égaliseur optique de la présente invention est appliqué.
Le filtre étalon constituant un égaliseur optique de la présente invention est d'abord décrit.
La figure 3 est un schéma représentant un exemple d'une structure d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique de la présente invention, la figure 4 est une vue en perspective représentant une structure d'un substrat utilisé dans le filtre étalon représenté sur la figure 3, et la figura 5 est une vue d'une section longitudinale du substrat représenté sur la figure 4.
Le filtre étalon peut être étudié en appliquant la théorie ci-dessus. Mais dans l'assemblage de l'égaliseur optique réel, le filtre étalon pose un problème puisque l'épaisseur de la plaque est normalement très faible, ce qui rend difficile son maniement. Dans le présent mode de réalisation, une structure capable de résoudre les problèmes ci-dessus dans une fabrication pratique est dêcrtte.
Dans le filtre étalon utilise cens un mode de réalisation d'un égaliseur optique de la présente invention, le maniement est tact lIté en augmentant l'épaisseur de la plaque du filtre talon sans nuire à ses caractéristiques optiques et s robustesse est assurée en même temps. ne transformation provoquée par un effort thermique d'un élément étalon dû à la différence entre les coefficients de dilatation linéaire de l'élément étalon et d'une partie lui servant de support de fixation et la détérioration des caractéristiques optiques correspondants sont aussi contrôlées.
La figure 3 montre que le figure étalon a une structure telle que l'élément étalon 63 est maintenu dans la direction de l'épaisseur au moyen de blocs 61 ayant chacun un coefficient de dilatation linéaire équivalent à ou proche de celui de l'élément étalon 63 et une robustesse suffisamment élevée. Un plan B du bloc 61 (voir figure 5) et deux plans optiques de l'élément étalon 63 sont fixés par collage au moyen de colles optiques 62.
Les figures 4 et 5 montrent que le bloc 61 est obtenu par rodage d'un plan de plaques diélectriques parallèles (comme ou verre au quartz) ayant un coefficient de dilatation linéaire égal à o proche de celui de l'élément étalon 63 dans une seule direction de façon à obtenir une forme de coin. Si un axe qui coupe à angles droits l'axe optique 5 (parallèlement à l'axe x de la figure) et qui est aussi perpendiculaire au plan A de la figure est désigné par axe y, et un axe qui coupe à angles droits les axes x et y est désigné par axe z, une surface usinée an forme de coin (désignée ci-après par surface inclinée) du bloc n'est inclinée que dans la direction de 'axe y dans la figure. Par conséquent, orsque le bloc est taillé le long d'un plan parallèle à un plan x-y choisi en option, les configurations des sections ont des formas identiques de trapèze. En outre, lorsque le bloc est taillé le long d'un plan parallèle au plan x-z choisi en option, la configuration de la section correspond à un rectangle. Deux blocs identiques o1 fixés sur les deux plans de l'élément étalon 63 représenté sur la figure 3 sont agencés de manière que les vecteurs normaux à la surface inclinée soient parallèles entre eux comme l'indique la figure 3.
Le principe de l'égaliseur optique selon la présente invention va maintenant être décrit. La figure 6 représente un mode de réalisation d'un égaliseur optique selon la présente invention utilisant le filtre étalon représenté sur la figure 3.
Les fibres optiques 11 et 12 sont couplées optiquement par des lentilles 21 et 22. Un faisceau collimaté est formé entre les lentilles 21 et 22, et un filtre 6 au moins est inséré sur le trajet optique.
Dans le filtre 6, deux blocs 61 en forme de coin et l'élément étalon 63 sont fixés entre eux oar des colles optiques.
Le faisceau collimaté 5 arrivant sur le bloc 61 est transmis à travers 1 bloc et à travers les colles optiques 62. Ensuite, le 'a-sceau 5 traverse l'élément étalon 63 à résonance de D-abry-Pêrot, qui effectue une sélection de longueur d'onde. La lumière ayant la longueur d'onde sélectionnée est transmise à travers les colles optiques 62 vers le côté droit de la figure, en traversant ensuite le bloc 61, et sort dans l'air en étant couplée avec la fibre 12 du côté émission à travers la lentille 22.
Dans le présent mode de réalisation, puisque les vecteurs normaux (représentés par les traits interrompus sur la figure 3; aux surfaces inclinées des deux blocs agencés cas ceux cotes de l'élément étalon sont parallèles entre eux, il n'v a pas ce courbure ce la lumière créée avant ni après le passage à travers le filtre 6, et par conséquent aucune perte excessive n intervient. Ceci apparaît d'après la loi de Snell.
Puisque le rayon incident et les plans d'émission du bloc 61 (plans B et C sur la figure 4) ne sont pas parallèles entre eux, la résonance de Fabry-Pérot à l'intérieur du bloc n'intervient pas, mais aucune détérioration des caractéristiques optiques n'est produite.
Du fait des deux motifs définis ci-dessus, il devient possible d'augmenter transmission à travers le filtre, conne l'indique la figure. Cependant, en réglant l'angle d'inclinaison de la surface inclinée à environ 2 degrés ou moins et en effectuant un ajustement optimal de l'axe optique par rapport à la lentille 22 et à la fibre 12 du côté émission, il est possible de réduire l'augmentation des pertes due à la courbure du rayon à un niveau négligeable (0,1 dB ou moins) et d'augmenter l'épaisseur utile de la plaque sans détériorer les caractéristiques optiques de l'élément étalon.
La figure 8 représente une structure d'un troisième mode de réalisation d'un filtre étalon utilisé dans un égaliser optique de la présente invention. Dans la structure du présent mode de réalisation, une structure de film (films à grande réflexion 65 et 66 et partie 64 à résonance de Fabry
Pérot) ayant les mêmes caractéristiques que celles d'un élément étalon est formée sur le bloc 61 par dépôt, pulvérisation ou analogue, et construite pour jouer le rôle de filtre étalon. lorsque l'élément étalon est directement forme sur la bloc, il apparaît que le présent mode de réalisation est efficace puisque l'épaisseur de la plaque du filtre étalon est augmentée sans fluctuation des carac.éristiques de l'élément étalon.
Pérot) ayant les mêmes caractéristiques que celles d'un élément étalon est formée sur le bloc 61 par dépôt, pulvérisation ou analogue, et construite pour jouer le rôle de filtre étalon. lorsque l'élément étalon est directement forme sur la bloc, il apparaît que le présent mode de réalisation est efficace puisque l'épaisseur de la plaque du filtre étalon est augmentée sans fluctuation des carac.éristiques de l'élément étalon.
La figure 9 représente une structure d'un quatrième mode de réalisation d'un filtre étalon utilisé dans un égaliseur optique ce la présente invention. Dans la structure du présent mode de réalisation, des plaques diélectriques parallèles constituent le bloc 61, et une parie de transmission des rayons de forme non usinée est obtenue. Avec cette structure, puisqu'un malte ;'in bloc ou des adhési-) différent de l'élément étalon n existe pas dans la partie de transmission des rayons, aucune détérioration des caractéristiques optiques de l'élément étalon n apparaît. En plus, puisqu'une autre partie que la partie de transmission des rayons de l'élément étalon est fixée sur le bloc par des colles, une augmentation de l'épaisseur utile de la plaque est également obtenue. Naturellement, la mesure dans laquelle la fluctuation des caractéristiques par rapport à un changement ambiant peut être réduite en sélectionnant la qualité du matériau du bloc est semblable au cas des deux modes de réalisation décrits précédatimant.
Comme filtre étalon, on adopte une structure dans laquelle un élément aramon est maintenu dans la direction de l'épaisseur par des blocs ayant un coefficient de dilatation linéaire équivalent à ou proche de celui de l'élément et ayant une robustesse suffisamment élevée. Dans ce cas, la génération d'effort thermique est rédite et la fluctuation des caractéristiques optiques sous 'effet d'une variation de la température ambiante peut être contrôlée.
On décrit maintenant une structure d'un amplificateur optique utilisant un égaliseur optique selon la présente invention.
Les figures 10 et 11 représentant des structures de modes de réalisation dans lesquels un égaliseur optique selon la présente invention est utilisé dans un amplificateur optique.
L'égaliseur optique 50 représenté sur la figure 2 est connecté à une borne ce sortie ou a une borne d'entrée d'un amplifIcateur ope que .0 formé par un amplificateur optique à ticras ou un amplificateur optique à semi-conducteur. Même lorsqu' un; différence entre les niveaux de sortie des signaux lumineux amplifiés sur des longueurs d'onde respectives apparaît du fait de la variation du gain de l'amplificateur optique 40 avec la longueur d'onde, il est possible de compenser la différence de niveau et d'aplanir le niveau quand les pertes d' insertion aux longueurs d'onde respectives de l'égaliseur optique sont fixées d'avance de manière à compenser la différence.
L'égaliseur optique de la présente invention assurant une telle fonction peut être agencé soit dans la partie précédant l'amplificateur optique 40, soit dans la partie suivant cet amplificateur. L'égaliseur optique peut être agencé entre cieux amplificateurs optiques en utilisant deux ensembles d'amplificateurs optiques 40.
En plus, l'égalisaur optique de la présente invention est capable d'annuler non seulement la différence de niveau par la variation du gain de l'amplificateur optique 40 avec la longueur d'onde, mais aussi la différence de niveau entre des signaux optiques de longueurs d'onde respectives produits par une ligne optique de transmisston.
On va décrire maintenant le cas d'un égaliseur optique selon la présente invention appliqué dans un système de transmission optique à plusieurs longueurs d'onde composé d'un répéteur comprenant un amplificateur optique.
La figure 12 représente une structure d'un mode de réalisation dans le cas où cn amolificateur optique comprenant un égaliseur optique selon la présente invention est appliqué à un système ce transmission optique sur plusieurs longueurs d'onde. Les sorties de plusieurs émetteurs 3ticues 63 ayant des longueurs d'onde différentes as unes des autres sont couplées dans une seule ligne de fibre optique au moyen d'un coupleur optique 71 et appliquées à une ligne optique de transmission 80. Un ensemble d'amplificateur optique 90 au moins est inséré sur la l ligne optique de transmission 80. L'égaliseur optique 50 représenté sur la figure 2 est utilisé dans l'amplificateur optique 90. Un coupleur optique 72 pour séparer le signal sur plusieurs longueurs d'onde en signaux de différentes longueurs d'onde est connecté à l'extrémité de sortie de la ligne optique de transmission 80, et les signaux optiques séparés dans le coupleur optique 72 sont reçus par plusieurs récepteurs optiques 100.
L'égaliseur optique de la présente invention est pourvu de plusieurs filtres étalons agencés en un montage en cascade, d'une partie de sortie de signaux lumineux pour délivrer des signaux lumineux vers ces filtres étalons, et d'une partie d'entrée des signaux lumineux à laquelle les signaux lumineux transmis à travers les filtres étalons sont appliqués, et les différents filtres étalons ont des plages spectrales libres différentes les unes des autres. En adoptant une telle structure, il est possible d'aplanir presque complètement la courbe de variation du gain d'un amplificateur optique avec la longueur d'onde.
Ceci s' explique par le fait que les termes du développement en série de Fourter de la courbe du gain en fonction de la longueur d'onde peuvent être complètement compensés au moyen d'une pluralité de filtres ayant en principe des caracteristiques de perte en fonction de la longueur d'onde en forme d'onde sinusoïdale et par la fait que les filtres étalons ont en principe des caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde an forme d'onde sinusoïdale comme cela a déjà été décrit en détail.
Dans l'égaliseur optique de la présente invention, les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde peuvent être finement ajustées en ajustant l'angle d'incidence de la lumière sur le filtre étalon au moment de la fabrication. Ainsi, on a l'avantage d'obtenir des égaliseurs optiques ayant des caractéristiques stables et fixes. Ceci peut s expliquer par le fait que les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde sont des fonctions de l'angle d'incidence 0 de la lumière dans une expression théorique définissant la caractéristique de perte en fonction de la longueur d'onde d'un filtre étalon.
Il est également possible d'amener l'angle d'incidence d'une lumière sur le filtre étalon à environ 0 degré et de réduire la variation des pertes avec la lumière polarisée an choisissant la longueur du trajet optique du filtre étalon de manière appropriée en fabrication. Ceci peut s'expliquer du fait que les caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde sont fonction d'une longueur optique d dans l'expression théorique des caractéristiques de perte en fonction de la longueur d'onde du filtre étalon.
I1 devient possible de contrôler la formation de la différence de niveau due à la différence de gain entre les longueurs d'ondes des signaux optiques et d'obtenir une transmissin optique stable sur des longueurs d'onde multiples dans un appareil optique de transmission sur plusieurs longueurs d'onde an combinant un égaliseur optique de la présente invention présentant des caractéristiques comme celles qui ont été décrites ci-dessus et an utilisant la combinaison comme répéteur optique.
Bien que l'invention ait été décrite en considérant certains modes de réalisation préférés, il faut comprendre que l'objet global de l'invention ne se limite pas à ces modes de réalisation spécifiques. Au contraire, l'objet de l'invention englobe tous les changements, modifications ou équivalents qui peuvent entrer dans l'esprit et le cadre des revendications annexées.
Claims (22)
1. Egaliseur optique, comprenant
un ou plusieurs filtres étalons (30)agencés en un montage en cascade
des moyens de sortie de lumière pour délivrer plusieurs signaux optiques de longueurs d'onde différentes auxdits filtres étalons ; et
des moyens d'introduction de lumière auxquels est appliquée la lumière transmise à travers les filtres étalons
dans lequel lesdits plusieurs filtres étalons ont des plages spectrales libres différentes les unes des autres.
2. Egaliseur optique selon la revendication 1, dans lequel, dans ledit égaliseur optique, les pertes desdits signaux optiques sur les longueurs d'onde respectives desdits filtres étalons (30) sont fixées de manière à réduire une différence des niveaux de sortie parmi lesdits plusieurs signaux optiques.
3. Egaliseur optique selon la revendication 2, dans lequel ledit filtre étalon (30) comprend un substrat réfléchissant avec des films réfléchissants (65, 66) formés pour réfléchir une partie de la lumière sur les deux faces du substrat à travers lequel la lumière doit être transmise, et ledit substrat a une épaisseur de plaque telle qu'une différence des pertes entre lesdits plusieurs signaux optiques à travers ledit filtre étalon présente une valeur spécifique prédéterminée.
4. Egaliseur opttqua selon la revendication 3, dans lequel, si on suppose que les longueurs d'onde respectives desdits plusieurs signaux optiques sont i (i est un entier égal ou supérieur à 2), ledit filtre étalon est pourvu d'une partie d'interférence comprenant des films semi-transparents (65, 66) ayant respectivement des coefficients de réflexion rl et r2, qui sont formés d'un milieu d'indice de réfraction n et appliqués sur deux surfaces séparées l'une de l'autre d'un espace d, et ledit espacement de surfaces ainsi que lesdits coefficients de réflexion rl et r2 desdites parties respectives d'interférence sont déterminés de manière qu'une caractéristique de transmission T pour lesdits signaux optiques ayant les longueurs d'onde respectives i qui ont traversé lesdites parties respectives d'interférence d'un seul ou de plusieurs desdits filtres étalons présente entre lesdits signaux optiques respectifs un rapport prédéterminé.
5. Egaliseur optique selon la revendication 4, dans lequel ledit film serti-transparent (65, 66) est un film diélectrique à plusieurs couches.
6. Egaliseur optique selon 1o revendication 4, dans lequel ledit film serti-transparent (65, 66) est un film métallique.
7. Egaliseur optique selon la revendication 4, dans lequel ledit substrat est un substrat en verra.
8. Egaliseur optique selon la revendication 4, dans lequel ledit film diélectrique à plusieurs couches (65, 66) a une épaisseur de film telle que la différence de perte desdits plusieurs signaux optiques à transmettre à travers lesdits filtres étalons présente une valeur spécifique prédéterminée.
9. Egaliseur optique selon. a revendication 4, dans lequel ledit filtre talon est agencé entre un premier substrat en forme de coin faisant un angle prédéterminé et un second substrat en forme de coin faisant le même angle que ledit premier angle mais agencé en sens inverse par rapport à ladite forme en coin dudit premier substrat.
10. Egaliseur optique selon la revendication 4, dans lequel ledit filtre étalon est assemblé au premier substrat en forme de coin faisant un angle prédéterminé.
11. Egaliseur optique selon la revendication 4, dans lequel, à l'intérieur dudit filtre étalon, un substrat ayant un orifice plus gros que le diamètre du faisceau dudit signal optique est assemblé de manière que ledit signal optique traverse ledit orifice.
12. Amplificateur optique comprenant un premier amplificateur optique pour amplifier plusieurs signaux optiques ayant des longueurs d'onde différentes d'un signal à l'autre et délivrant des signaux optiques amplifiés et un égaliseur optique, dans lequel ledit égaliseur optique comprend
plusieurs filtres étalons (30) agencés en un montage en cascade
des moyens de sortie de signaux lumineux pour délivrer lesdits signaux optiques auxdits filtres étalon ; et
des moyens d'introduction de signaux lumineux auxquels lesdits signaux optiques transmis à travers lesdits filtres étalons sont appliqués
lesdits plusieurs filtres étalons ayant des plages spectrales libres différentes les unes des autres.
13. Amplificateur optique selon la revendication 12, dans lequel ledit filtre étalon a une perte de transmission qui compense une différence de niveau parmi lesdits signaux optiques amplifiés ayant lesdites longueurs d'onde respectives.
14. Amplificateur optique selon la revendication 13, dans lequel ledit égaliseur optique est agencé dans la dernière partie ou dans la première partie dudit amplificateur optique.
15. Amplificateur optique selon la revendication 14, dans lequel ledit amplificateur optique comprend un second amplificateur optique pour amplifier et délivrer lesdits signaux optiques, et ledit égaliseur optique est agencé entre ledit premier amplificateur optique et ledit second amplificateur optique.
16. Amplificateur optique selon la revendication 12, dans lequel ledit premier amplificateur optique est un amplificateur optique à fibres.
17. Amplificateur optique selon la revendication 12, dans lequel ledit premier amplificateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteur.
18. Amplificateur optique, comprenant
un appareil optique de transmission formé d'un émetteur optique pour délivrer des signaux optiques ayant plusieurs longueurs d'ondes différentes d'un signal à l'autre, et un coupleur optique pour synthétiser lesdits plusieurs signaux optiques et délivrer un signal optique synthétisé à une première extrémité d'une ligne de transmission optique
un appareil optique de réception comprenant un filtre optique de branchement pour brancher le signal optique synthétisé délivré par une autre extrémité de ladite ligne optique de transmission pour chacune desdites longueurs d'onde et transmettre lesdits signaux optiques branchés, et un précepteur optique connecté audit filtre optique de branchement et convertissant lesdits signaux optiques branchés en signaux électriques, respectivement ; et
au moins un appareil répéteur à amplification optique agencé entre ledit appareil optique de transmission et ledit appareil de réception, lequel répéteur amplifie lesdits signaux optiques synthétisés et les délivre à ladite ligne optique de transmission
dans lequel
ledit appareil répéteur optique à amplification comprend un premier amplificateur optique pour amplifier les signaux optiques et délivrer des signaux optiques, plusieurs filtres étalons disposés en cascade, des moyens de sortie de lumière pour délivrer en sortie une lumière auxdits filtres étalons et des moyens d'introduction de signaux lumineux auxquels un signal lumineux transmis par lesdits filtres étalon est appliqué ; et
un égaliseur optique dans lequel lesdits plusieurs filtres étalons ont des plages spectrales libres différentes les unes des autres.
19. Appareil optique d'amplification selon la revendication 18, dans lequel ledit égaliseur optique est agencé dans la dernière partie ou dans la première partie dudit amplificateur optique.
20. Appareil optique d'amplification selon la revendication 18, dans lequel ledit appareil d'amplification optique comprend encore
un premier amplificateur optique pour amplifier les signaux optiques appliqués et délivrer des signaux optiques amplifiés ; et
un second amplificateur optique pour amplifier lesdits signaux optiques amplifiés et délivrer des signaux optiques amplifiés ; et en ce que
ledit égaliseur optique est agencé entre ledit premier amplificateur optique et ledit second amplificateur optique.
21. Appareil optique d'amplification selon la revendication 18, dans lequel ledit amplificateur optique est un amplificateur optique à fibres.
22. Appareil optique d'amplification selon la revendication 18, dans lequel ledit amplificateur optique est un amplificateur optique à semi-conducteur.
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| ITMI970950A1 (it) | 1998-10-22 |
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