FR2768267A1 - Amplificateur optique - Google Patents
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Abstract
Un amplificateur optique dans la bande de 1, 3 m comprend une fibre (10) d'amplification optique dopée aux ions Yb pour émettre de la lumière dans la bande de 1, 02 m et des ions Pr pour amplifier le signal lumineux par pompage de la lumière dans la bande de 1, 02 m. Les deux extrémités de la fibre d'amplification optique sont connectées à des réseaux de diffraction à fibre optique (20, 22) pour réfléchir sélectivement la lumière dans la bande de 1, 02 m via des éléments de connexion adaptés et des fibres optiques à noyaux coniques. Les réseaux de diffraction à fibre optique forment un résonateur à bande de 1, 02 m. Un coupleur optique à multiplexage par division de longueurs d'onde (WDM) multiplexe le signal lumineux et la lumière de pompage provenant d'un laser de pompage (26) et délivre la lumière ainsi multiplexée au réseau de diffraction à fibre optique. Le laser de pompage comprend un dispositif laser qui provoque une oscillation du faisceau laser à 0, 98 m. On décrit également un amplificateur optique dans la bande de 1, 5 m ayant une configuration similaire.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un amplificateur optique pour amplifier optiquement un signal optique et, plus particulièrement, un amplificateur optique susceptible d'être utilisé dans un système de communication optique.
La présente invention concerne un amplificateur optique pour amplifier optiquement un signal optique et, plus particulièrement, un amplificateur optique susceptible d'être utilisé dans un système de communication optique.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Une bande de longueurs d'onde utilisée par un système de communication optique est généralement classée en bande de 1,3 pm et en bande de 1,5 ssm. Pour un amplificateur optique opérant dans la bande de 1,3 Am, on connaît une structure dans laquelle une fibre d'amplification optique dopée au Pr (praséodyme) est pompée par un faisceau laser dans la bande de 1,02 ssm. Par contre, pour un amplificateur optique opérant dans la bande de 1,5 pm, on connaît une structure dans laquelle une fibre optique dopée à l'Er (erbium) est pompée par un faisceau laser dans une bande allant de 1,47 à 1,58 pm ou dans une bande de 0,98 pa.
la Fig. 3 représente un schéma montrant la configuration clacsique. La notation de référence 50 désigne un coupleur optique à multiplexage par division de longueurs d'onde 2 x 1 (2 entrées/une sortie). Le signal lumineux à amplifier optiquement pénètre dans l'une des deux bornes d'entrée du coupleur optique et de la lumière sortant d'un laser de pompage 52 pénètre par l'autre borne d'entrée. Le coupleur optique 50 multiplexe les deux signaux d'entrée dans le domaine des longueurs d'onde et la lumière ainsi mutiplexée pénètre dans une fibre d'amplification optique 56 via un élément de connexion adapté 54. La fibre d'amplification optique 56 amplifie optiquement le signal lumineux au moyen de la lumière de pompage sortant du laser de pompage 52. Le signal lumineux optiquement amplifié par la fibre d'amplification optique 56 est délivré à une fibre optique 60 de transmission de signal via un élément de connexion adapté 58. Les éléments de connexion adaptés 54, 58 sont prévus pour réduire la réflexion de la lumière lorsque le diamètre central et l'indice de réfraction de la fibre d'amplification optique 56 diffèrent de ceux de la fibre optique connectée à la borne de sortie du coup leur optique 50 et de ceux de la fibre optique 60 de transmission de signal. I1 est inutile de dire que, s'il n'est pas nécessaire d'effectuer une telle adaptation optique, les éléments de connexion adaptés 54, 58 sont supprimés.
Une bande de longueurs d'onde utilisée par un système de communication optique est généralement classée en bande de 1,3 pm et en bande de 1,5 ssm. Pour un amplificateur optique opérant dans la bande de 1,3 Am, on connaît une structure dans laquelle une fibre d'amplification optique dopée au Pr (praséodyme) est pompée par un faisceau laser dans la bande de 1,02 ssm. Par contre, pour un amplificateur optique opérant dans la bande de 1,5 pm, on connaît une structure dans laquelle une fibre optique dopée à l'Er (erbium) est pompée par un faisceau laser dans une bande allant de 1,47 à 1,58 pm ou dans une bande de 0,98 pa.
la Fig. 3 représente un schéma montrant la configuration clacsique. La notation de référence 50 désigne un coupleur optique à multiplexage par division de longueurs d'onde 2 x 1 (2 entrées/une sortie). Le signal lumineux à amplifier optiquement pénètre dans l'une des deux bornes d'entrée du coupleur optique et de la lumière sortant d'un laser de pompage 52 pénètre par l'autre borne d'entrée. Le coupleur optique 50 multiplexe les deux signaux d'entrée dans le domaine des longueurs d'onde et la lumière ainsi mutiplexée pénètre dans une fibre d'amplification optique 56 via un élément de connexion adapté 54. La fibre d'amplification optique 56 amplifie optiquement le signal lumineux au moyen de la lumière de pompage sortant du laser de pompage 52. Le signal lumineux optiquement amplifié par la fibre d'amplification optique 56 est délivré à une fibre optique 60 de transmission de signal via un élément de connexion adapté 58. Les éléments de connexion adaptés 54, 58 sont prévus pour réduire la réflexion de la lumière lorsque le diamètre central et l'indice de réfraction de la fibre d'amplification optique 56 diffèrent de ceux de la fibre optique connectée à la borne de sortie du coup leur optique 50 et de ceux de la fibre optique 60 de transmission de signal. I1 est inutile de dire que, s'il n'est pas nécessaire d'effectuer une telle adaptation optique, les éléments de connexion adaptés 54, 58 sont supprimés.
Sur la Fig. 3, la fibre d'amplification optique 56 est pompée par l'extrémité avant. Par contre, la structure dans laquelle la fibre d'amplification optique est pompée par l'extrémité arrière (plus spécifiquement, le laser de pompage 52 et le coupleur optique WDM sont situés dans un étage situé après la fibre d'amplification optique 56 de telle manière que la lumière de pompage se déplace à travers la fibre d'amplification optique dans le sens opposé à celui dans lequel le signal lumineux se déplace), la structure dans laquelle la fibre d'amplification optique est pompée par les deux extrémités est bien connue. Cette dernière structure a ces avantages que l'énergie de sortie des lasers de pompage respectifs peut être relativement faible et que le gain d'amplification peut être uniformisé dans la direction longitudinale de l'amplificateur optique.
Dans l'amplificateur optique utilisé pour la bande de 1,3 ssm, la fibre d'amplification optique 56 est une fibre optique dopée aux ions Pr (praséodyme) et le laser de pompage 52 est un laser qui a un faisceau laser qui oscille dans la bande de 1,02 Mm. Dans l'amplificateur optique utilisé pour la bande de 1,5 ssm, la fibre d'amplification optique est une fibre optique dopée aux ions Er et le laser de pompage 52 est un laser dont le faisceau oscille dans la bande de 1,58 Zm ou dans la bande de 0,98 Mm. L'amplificateur optique pour la bande de 1,3 m et l'amplificateur optique pour la bande de 1,5 bm ont donc essentiellement la même structure et ne diffèrent l'un de l'autre que par le matériau utilisé pour doper un milieu d'amplification optique et par la longueur d'onde de pompage.
L'amplificateur optique classique pour la bande de 1,3 Zm offre un faible gain. Par exemple, même dans le cas d'un pompage aux deux extrémités, pour obtenir un gain de 20 dB, de la lumière dans la bande de 1,02 am ayant une puissance aussi élevée qu'environ 700 mW doit être délivrée à une fibre optique dopée au Pr par les deux extrémités. En conséquence, un tel amplificateur optique ne peut être appliqué à un système de communication optique actuel. Par ailleurs, un laser à bande de 1,02 Zm est tout à fait spécial et par suite onéreux.
Par contre, l'amplificateur optique classique pour la bande de 1,5 Zm ne présente pas de problèmes tels que ceux mentionnés précédemment. Cependant, la lumière de pompage n'est délivrée qu' une fibre optique dopée à l'Er et, par suite,- la lumière qui n'a pas été absorbée par la fibre optique dopée à l'Er est rebutée et n'est jamais utilisée, ce qui entraîne un pompage inefficace. En outre, l'intensité de la lumière de pompage est la plus élevée à l'entrée d'une fibre d'amplification optique et s'atténue graduellement au fur et à mesure que la lumière de pompage se déplace à travers la fibre d'amplification optique, si bien que le gain d'amplification optique diminue et que le bruit augmente en conséquence. Plus spécifiquement, il se pose ce problème que le gain varie dans la direction longitudinale de la fibre d'amplification optique.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention a été conçue pour résoudre les inconvénients précités des amplificateurs optiques classiques et le but de l'invention vise à fournir un amplificateur optique qui offre un gain élevé par utilisation d'une source de lumière de pompage bon marché.
La présente invention a été conçue pour résoudre les inconvénients précités des amplificateurs optiques classiques et le but de l'invention vise à fournir un amplificateur optique qui offre un gain élevé par utilisation d'une source de lumière de pompage bon marché.
Un autre but de l'invention vise un amplificateur optique ayant un rendement de pompage élevé.
Un autre but encore de l'invention vise un amplificateur optique dont le gain est uniformisé dans la direction longitudinale ou direction dans laquelle le signal de lumière se déplace.
Dans la présente invention, un milieu d'amplification optique comprend un matériau photoémetteur pompé par une première lumière de pompage pour émettre une seconde lumière de pompage ayant une longueur d'onde différente de celles de la première lumière de pompage et du signal lumineux, et un matériau d'amplification optique pompé par la seconde lumière de pompage pour amplifier le signal lumineux, et un premier et un deuxième moyens réf léchis- sants pour réfléchir de manière sélective la seconde lumière de pompage sont prévus de telle sorte que le milieu d'amplification optique soit pris en sandwich entre eux, constituant de la sorte un résonateur pour la seconde lumière de pompage.
De préférence, en sélectionnant un matériau qui absorbe efficacement la première lumière de pompage comme matériau photoémetteur, la première lumière de pompage peut être utilisée avec efficacité. Comme la lumière émise par le matériau photoémetteur est confinée dans le résonateur au moyen du premier et du second moyens réfléchissants, le matériau d'amplification optique peut être efficacement pompé. En conséquence, le rendement de pompage global est amélioré. En outre, comme la seconde lumière de pompage se déplace en rond à l'intérieur du résonateur, le gain d'amplification peut être uniformisé dans la direction longitudinale.
De préférence, en mettant en oeuvre des moyens de multiplexage de lumière pour multiplexer la première lumière de pompage sortant de la source de lumière de pompage et le signal lumineux et en délivrant le résultat au milieu d'amplification optique, le signal lumineux et la première lumière de pompage peuvent être efficacement appliqués au milieu d'amplification optique. Comme le moyen de multiplexage de lumière est disposé à l'extérieur du résonateur formé par le premier et le second moyen réfléchissants, l'intensité de la seconde lumière de pompage peut être maintenue à un niveau élevé dans le résonateur.
De préférence, en faisant en sorte que le milieu d'amplification optique comprenne un premier milieu comprenant le matériau photoémetteur et un second milieu comprenant le matériau d'amplification optique, le milieu d'amplification optique peut être aisément fabriqué.
De préférence, en formant le premier et le second moyens réfléchissants à partir de réseaux de diffraction, par exemple des réseaux de diffraction à fibre optique, on peut aisément mettre en oeuvre des moyens réfléchissants qui ne réfléchissent efficacement que la seconde lumière de pompage.
De préférence, en faisant en sorte que le matériau photoémetteur soit composé d'ions Yb, que le matériau d'amplification optique soit composé d'ions Pr, que la seconde lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 1,02 im et que la première lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 0,98 ssm, on peut obtenir un amplificateur optique pour la bande de 1,3 ssmw
De préférence, pourvu que le matériau photoémetteur soit composé d'ions Tm, que la matériau d'amplification optique soit composé d'ions Er, que la seconde lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 1,47 pm et que la première lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 1,06 pm, on peut obtenir un amplificateur optique pour la bande de 1,5 Zm.
De préférence, pourvu que le matériau photoémetteur soit composé d'ions Tm, que la matériau d'amplification optique soit composé d'ions Er, que la seconde lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 1,47 pm et que la première lumière de pompage ait une longueur d'onde dans la bande de 1,06 pm, on peut obtenir un amplificateur optique pour la bande de 1,5 Zm.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Fig. 1 est un schéma représentant la configu ration d'un amplificateur optique pour la bande de 1,3 ssm selon une première forme de réalisation de la présente invention,
la Fig. 2 est un schéma représentant la configuration d'un amplificateur optique pour la bande de 1,5 ssm selon une seconde forme de réalisation de la présente invention, et
la Fig. 3 est un schéma représentant un amplificateur optique classique.
La Fig. 1 est un schéma représentant la configu ration d'un amplificateur optique pour la bande de 1,3 ssm selon une première forme de réalisation de la présente invention,
la Fig. 2 est un schéma représentant la configuration d'un amplificateur optique pour la bande de 1,5 ssm selon une seconde forme de réalisation de la présente invention, et
la Fig. 3 est un schéma représentant un amplificateur optique classique.
DESCRIPTION DES FORMES DE REALISATION PREFEREES
En se référant aux dessins ci-annexés, on décrira à présent en détail des formes de réalisation de la présente invention.
En se référant aux dessins ci-annexés, on décrira à présent en détail des formes de réalisation de la présente invention.
La Fig. 1 est un schéma représentant un amplificateur optique pour la bande de 1,3 m selon une forme de réalisation de la présente invention. La notation de référence 10 désigne une fibre d'amplification optique dopée aux ions Pr et Yb. Les deux extrémités de la fibre d'amplification optique 10 sont respectivement connectées à des réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22 qui réfléchissent sélectivement la lumière dans la bande de 1,02 Sm, via des éléments de connexion adaptés 12, 14 et des fibres optiques 16, 18 à noyaux coniques dont les diamètres sont modifiés de manière graduelle et monotone dans la direction longitudinale. Les éléments de connexion adaptés 12, 14 sont prévus pour absorber une différence des indices de réfraction effectifs entre la fibre d'amplification optique 10 et les fibres optiques 16, 18 à noyaux coniques. Les fibres optiques 16, 18 à noyaux coniques sont prévues pour absorber une différence de diamètres des noyaux ou de diamètres des champs de mode entre la fibre d'amplification optique 10 (ou les éléments de connexion adaptés 12, 14) et les réseaux de diffraction coniques 20, 22. Inutile de dire que si cette adaptation n'est pas nécessaire, les éléments de connexion adaptés 12, 14 et les fibres optiques 16, 18 à noyaux coniques peuvent être supprimés.
Le signal lumineux à amplifier optiquement pénètre par l'une des deux bornes d'entrée du coupleur optique 24 à multiplexage par division de longueurs d'onde 2 x 1 (WDM) et la lumière de pompage sortant du laser de pompage 26 pénètre par l'autre borne d'entrée. Le coupleur
WDM 24 multiplexe le signal lumineux et la lumière de pompage dans le domaine des longueurs d'onde et délivre le signal optique ainsi multiplexé au réseau de diffraction à fibre optique 20. Le laser de pompage 26 comprend un dispositif laser qui provoque une oscillation du faisceau laser à 0,98 Mm.
WDM 24 multiplexe le signal lumineux et la lumière de pompage dans le domaine des longueurs d'onde et délivre le signal optique ainsi multiplexé au réseau de diffraction à fibre optique 20. Le laser de pompage 26 comprend un dispositif laser qui provoque une oscillation du faisceau laser à 0,98 Mm.
Une fibre optique de transmission de signal 28 pour délivrer un signal lumineux amplifié optiquement est connectée à l'autre extrémité du réseau de diffraction à fibre optique 22.
On décrira à présent le fonctionnement de l'amplificateur optique selon la présente forme de réalisation. Le coupleur optique WDM 24 multiplexe le signal lumineux à amplifier optiquement et la lumière de pompage dans la bande de 0,98 Zm issue du laser de pompage 26 dans un domaine de longueurs d'onde. Comme la longueur d'onde du signal lumineux et la longueur d'onde de la lumière de pompage dans la lumière multiplexée par division de longueurs d'onde issue du coupleur optique WDM 24 sont toutes deux différentes de la bande d'onde de réflexion (par exemple, dans la bande de 1,02 clam) du réseau de diffraction à fibre optique 20, la lumière de sortie du coupleur optique WDM 24 passe à travers le réseau de diffraction à fibre optique 20 sensiblement sans perte, se propage à travers la fibre optique 16 à noyau conique et l'élément de couplage adapté 12 sensiblement sans perte également et entre finalement dans la fibre d'amplification optique 10.
Comme mentionné précédemment, la fibre d'amplification optique est dopée aux ions Pr et Yb. Les ions Yb ont une bande d'absorption à 0,98 ssm et émettent de la lumière dans la bande de 1,02 m (plus spécifiquement dans une bande de longueurs d'onde de 1,01 à 1,02 Clam, mais cette bande de longueurs d'onde sera dénommée bande de 1,02 ssm dans la spécification) à la suite de la transition des ions
Yb du niveau 4F5/2 au niveau 4F7/2 par absorption de la lumière de pompage dans la bande de 0,98 ssm. Comme la lumière de la bande de 1,02 Am qui est générée ici est réfléchie par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22, la lumière rebondit çà et là dans un résonateur formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22. Par suite, une lumière d'une intensité considérable dans la bande de 1,02 Mm est présente dans le résonateur, en particulier dans la fibre d'amplification optique 10, en raison d'une stimulation de l'émission.
Yb du niveau 4F5/2 au niveau 4F7/2 par absorption de la lumière de pompage dans la bande de 0,98 ssm. Comme la lumière de la bande de 1,02 Am qui est générée ici est réfléchie par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22, la lumière rebondit çà et là dans un résonateur formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22. Par suite, une lumière d'une intensité considérable dans la bande de 1,02 Mm est présente dans le résonateur, en particulier dans la fibre d'amplification optique 10, en raison d'une stimulation de l'émission.
La fibre d'amplification optique 10 est également dopée aux ions Pr. Les ions Pr ont une bande d'absorption à 1,02 Am et effectuent une inversion de population lorsqu'ils sont pompés par la lumière dans la bande de 1,02 Zm.
Lorsque le signal lumineux dans la bande de 1,3 m est délivré à la fibre d'amplification optique 10 dans un tel état, le signal lumineux dans la bande de 1,3 ssm est amplifié par stimulation de l'émission de lumière dans la bande de 1,3 Zm due aux ions Pr. Le signal lumineux ainsi amplifié est délivré à la fibre optique de transmission de signal 28 via l'élément de couplage adapté 14 et la fibre optique 22 & noyau conique et la lumière est encore délivrée à un étage ultérieur à partir de la fibre optique de transmission de signal 28.
Dans la présente forme de réalisation, le résonateur est formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22, la fibre d'amplification optique 10 provoque une stimulation de l'émission de lumière dans la bande de 1,02 Um et la lumière ainsi émise rebondit çà et là à l'intérieur du résonateur. Par suite, on peut obtenir une lumière très intensive dans la bande de 1,02 ssm et une distribution uniforme de l'intensité optique dans la direction longitudinale dans le résonateur, en particulier dans la fibre d'amplification optique 10.
Selon la présente forme de réalisation, comme la lumière. dans la bande de 1,02 Mm est confinée dans le résonateur formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22, la perte d'énergie optique due à des raisons autres que le pompage d'ions Pr est considérablement petite. En conséquence, les ions Pr peuvent être pompés très efficacement et on peut obtenir un rendement de gain élevé.
Selon la présente forme de réalisation, un laser à semi-conducteur pour la bande de 0,98 Am, qui à déjà été adopté pour un amplificateur optique pour la bande de 1,55 tm et est supérieur en termes de fiabilité, de puissance de sortie et de coût, peut être adopté comme source de lumière de pompage, ce qui permet une amélioration de la fiabilité et une réduction des coûts.
Bien que, dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, les réseaux de diffraction à fibre optique 20, 22 soient utilisés comme éléments pour réfléchir sélectivement la lumière d'une longueur d'onde spécifique, par exemple la longueur d'onde d'une émission lumineuse d'ions Yb, on peut également utiliser un filtre à bande étroite. Par ailleurs, une fibre de fluorure, qui comprend comme composant principal Zr, Hf ou In, peut également être utilisée comme fibre d'amplification optique 10. La présente invention n'est pas nécessairement limitée à ce type de milieu. N'importe quel type de milieu peut être utilisé, aussi longtemps que le milieu permet aux ions
Yb et Pr d'émettre de la lumière d'une intensité suffisante. Par ailleurs, bien que la lumière de pompage dans la bande de 0,98 ssm soit délivrée à la fibre d'amplification 10 par l'extrémité avant dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, il est manifeste que la lumière de pompage pourrait également être délivrée à la fibre d'amplification optique par l'extrémité arrière ou par les deux extrémités.
Yb et Pr d'émettre de la lumière d'une intensité suffisante. Par ailleurs, bien que la lumière de pompage dans la bande de 0,98 ssm soit délivrée à la fibre d'amplification 10 par l'extrémité avant dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, il est manifeste que la lumière de pompage pourrait également être délivrée à la fibre d'amplification optique par l'extrémité arrière ou par les deux extrémités.
On décrira à présent une seconde forme de réalisation de la présente invention appliquée à un amplificateur optique pour la bande de 1,5 Mm. La Fig. 2 est un schéma représentant la configuration de la seconde forme de réalisation. La notation de référence 30 désigne une fibre optique dopée aux ions Er et Tm; les notations 32, 34 désignent des éléments de connexion adaptés; les notations 36, 38 désignent des fibres optiques à noyaux coniques; les notations 40, 42 désignent des réseaux de diffraction à fibre optique qui réfléchissent sélectivement la lumière dans la bande de 1,47 Clam; la notation 44 désigne un coup leur optique WDM pour multiplexer le signal lumineux à amplifier par de la lumière de pompage dans la bande de 1,06 pm provenant du laser de pompage 46; et la notation 48 désigne une fibre optique de transmission de signal pour délivrer le signal lumineux amplifié. Les éléments 30 à 48 correspondent aux éléments 10 à 28 utilisés dans la première forme de réalisation représentée sur la Fig. 1 et sont agencés de la même manière que les éléments 10 à 28.
Comme dans le cas de la première forme de réalisation, les éléments de connexion adaptés 32, 34 sont prévus pour absorber une différence d'indices de réfraction effectifs entre la fibre d'amplification optique 30 et les fibres optiques 36, 38 à noyaux coniques et les fibres optiques 36, 38 à noyaux coniques sont prévues pour absorber une différence de diamètres de noyaux ou de diamètres de champs de mode entre les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42 et la fibre d'amplification optique 30 (ou les éléments de connexion adaptés 32, 34).
Si les opérations d'adaptation précitées ne sont pas nécessaires, les éléments de connexion adaptés 32, 34 et les fibres optiques 36, 38 à noyaux coniques peuvent être supprimés.
Comme mentionné précédemment, selon la seconde forme de réalisation, la composition de la fibre d'amplification optique 30, la longueur d'onde de réflexion des réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42 et la longueur d'onde d'oscillation du laser de pompage 46 sont différentes de celles des éléments correspondants utilisés dans la première forme de réalisation représentée sur la
Fig. 1.
Fig. 1.
On décrira à présent le fonctionnement de la forme de réalisation représentée sur la Fig. 2. Le coupleur optique WDM 44 multiplexe le signal lumineux à amplifier optiquement par la lumière de pompage dans la bande de 1,06 Zm délivrée par le laser de pompage 46 dans le domaine des longueurs d'onde. Comme les deux longueurs d'onde du signal lumineux et de la lumière de pompage dans la lumière multiplexée à division de longueurs d'onde délivrée par le coup leur optique WDM 44 sont différentes de la bande de longueurs d'onde de réflexion (par exemple dans la bande de 1,47 ssm) du réseau de diffraction à fibre optique 40, la lumière délivrée par le coupleur optique WDM 44 passe à travers le réseau de diffraction à fibre optique 40 sensiblement sans perte, se propage à travers la fibre optique 36 à noyau conique 36 et l'élément de connexion adapté 32 sensiblement sans perte, également, et pénètre finalement dans la fibre d'amplification optique 30.
Comme mentionné précédemment, la fibre d'amplification optique 30 est dopée aux ions Er et Tm. Les ions Tm ont une bande d'absorption à 1,06 Mm et émettent de la lumière dans la bande de 1,47 ssm à la suite de la transition des ions Tm du niveau 3F4 au niveau 3H4 par absorption de la lumière de pompage dans la bande de 1,06 Zm. Comme la lumière dans la bande de 1,47 m générée ici est réfléchie par les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42, la lumière rebondit çà et là dans un résonateur formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42. Par suite, une lumière d'intensité considérable dans la bande de 1,47 jim est présente dans la fibre d'amplification optique 30 en raison de la stimulation de l'émission.
Les ions Er utilisés pour doper la fibre d'amplification optique 30 ont une bande d'absorption à 1,47 pm et effectuent une inversion de population lorsqu'ils sont pompés par la lumière dans la bande de 1,47 Mm.
Lorsque le signal lumineux dans la bande de 1,5 ssm est délivré à la fibre d'amplification optique 30 dans un tel état, le signal lumineux dans la bande de 1,5 Zm est amplifié par stimulation de l'émission de lumière dans la bande de 1,5 tm due aux ions Er. Le signal de lumière ainsi amplifié est délivré à la fibre optique de transmission de signal 48 via l'élément de connexion adapté 34 et la fibre optique 42 à noyau conique, et la lumière est par ailleurs délivrée à un autre étage à partir de la fibre optique de transmission de signal 48.
Dans la seconde forme de réalisation, le résonateur est formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42, la fibre d'amplification optique 30 provoque une stimulation de l'émission de la lumière dans la bande de 1,47 Mm et la lumière ainsi émise rebondit çà et là à l'intérieur du résonateur. Par suite, on peut obtenir une lumière très intense dans la bande de 1,47 m et les ions Er à l'intérieur de la fibre d'amplification optique 30 peuvent être pompés de manière très efficace. En outre, comme la lumière dans la bande de 1,47 ssm qui se trouve dans la fibre d'amplification optique 30 a une densité uniforme dans sa direction longitudinale, le gain d'amplification pour la bande de 1,5 Am devient également uniforme dans la direction longitudinale.
Selon la seconde forme de réalisation, comme la lumière dans la bande de 1,47 pm est confinée dans le résonateur formé par les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42, la perte d'énergie optique due à des raisons autres que le pompage d'ions Er est considérablement petite. En conséquence, les ions Er peuvent être pompés de manière très efficace et on peut obtenir un rendement de gain élevé.
Bien que, dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 2, les réseaux de diffraction à fibre optique 40, 42 soient utilisés comme éléments pour réfléchir sélectivement de la lumière d'une longueur d'onde spécifique, par exemple la longueur d'onde d'émission de lumière des ions Tm, on peut également utiliser un filtre à bande étroite. Par ailleurs, une fibre de fluorure, qui comprend comme composant principal Zr, Hf ou In, peut également être utilisée comme fibre d'amplification 30. La présente invention n'est pas nécessairement limitée à ce type de milieu. Un autre type de milieu peut être utilisé aussi longtemps que le milieu permet aux ions Er et Tm d'émettre une lumière suffisamment intense. Un laser compact Nd:YAG pompé à semi-conducteur ou un laser compact à fibres dopées au Nd peut être utilisé comme source de lumière de pompage dans la bande de 1,06 ssm. En outre, bien que la longueur d'onde d'émission de lumière des ions Tm soit décrite, par souci de brièveté, comme étant dans la bande de 1,47 pm dans la description précitée, une longueur d'onde d'émission de lumière réelle d'ions Tm se situe dans la plage de 1,46 à 1,48 Mm et la lumière qui se trouve dans cette bande peut être manifestement utilisée pour pomper des ions Er. Par ailleurs encore, bien que la lumière de pompage dans la bande de 1,06 ssm soit délivrée à la fibre d'amplification optique 30 par l'extrémité avant dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 2, il est manifeste que la lumière de pompage pourrait également être délivrée à la fibre d'amplification optique par l'extrémité arrière ou par les deux extrémités.
Bien que les fibres d'amplification optique 10 et 30 soient dopées par un mélange de deux types de matériau dans les formes de réalisation précédentes, chacune des fibres d'amplification optique 10 et 30 peut être formée en combinant deux fibres optiques différentes, ctest-à-dire une première fibre optique dopée par un premier matériau de type lb ou Tm qui émet de la lumière ayant une longueur d'onde intermédiaire lorsqu'elle est pompée par la lumière de pompage et une seconde fibre optique dopée par un second matériau de type Pr ou Er qui amplifie le signal lumineux lorsqu'il est pompé par la lumière de longueur d'onde intermédiaire. Par ailleurs, ces fibres optiques qui sont respectivement dopées par des dopants différents peuvent être aussi disposées en alternance.
Bien que les formes de réalisation précédentes utilisent une configuration à deux étapes dans laquelle de la lumière est produite à une longueur d'onde intermédiaire en utilisant de la lumière de pompage externe et que le matériau d'amplification du signal lumineux est pompé par la lumière de longueur d'onde intermédiaire, on peut également utiliser une configuration à plusieurs étapes dans laquelle de la lumière est produite à une série de longueurs d'onde intermédiaires différentes en mettant en oeuvre les éléments réfléchissants correspondant aux longueurs d'onde intermédiaires respectives.
Bien que les descriptions aient trait à des amplificateurs optiques pour la bande de 1,3 Zm et pour la bande de 1,5 Um dans les formes de réalisation précédentes, on pourrait également mettre en oeuvre un amplificateur optique pour une autre bande de longueurs d'onde en sélectionnant convenablement le matériau photoémetteur pour qu'il émette de la lumière à une longueur d'onde intermédiaire et un matériau d'amplification de signal lumineux pour amplifier le signal lumineux par la lumière de la longueur d'onde intermédiaire.
Comme on peut aisément le comprendre dans les descriptions précitées, la présente invention permet la mise en oeuvre d'un amplificateur optique bon marché, très fiable et très efficace. Comme on produit de la lumière ayant une longueur d'onde intermédiaire, on augmente la plage de sélection de longueurs d'onde pour une source de lumière de pompage. Par ailleurs, comme la lumière de longueur d'onde intermédiaire est confinée dans un résonateur, le matériau d'amplification du signal lumineux peut être pompé très efficacement et le gain d'amplification peut être uniformisé dans la direction longitudinale.
En outre, il sera manifeste aux hommes de l'art que diverses variantes et modifications peuvent être apportées à ces formes de réalisation spécifiques sans sortir du cadre de l'invention, tel qu'il est défini dans les revendications.
Claims (8)
1. Amplificateur optique pour amplifier un signal lumineux, comprenant
une source (26; 46) de lumière de pompage pour générer une première lumière de pompage;
un milieu d'amplification optique (10: 30) comprenant un matériau photoémetteur pompé par ladite première lumière de pompage pour émettre une seconde lumière de pompage d'une longueur d'onde différente de celle de ladite première lumière de pompage et dudit signal lumineux, et un matériau d'amplification optique pompé par ladite seconde lumière de pompage pour amplifier ledit signal lumineux, et
un premier et un second éléments réfléchissants (20, 22; 40, 42) pour réfléchir sélectivement ladite seconde lumière de pompage et qui sont disposés de manière à prendre en sandwich ledit milieu d'amplification optique de manière à constituer un résonateur.
2. Amplificateur optique selon la revendication 1, comprenant par ailleurs des moyens de multiplexage (24; 44) pour multiplexer ladite première lumière de pompage délivrée par ladite source de lumière de pompage et ledit signal lumineux, et pour délivrer la lumière ainsi multiplexée audit milieu d'amplification optique.
3. Amplificateur optique selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de multiplexage sont disposés à l'extérieur dudit résonateur, et au moins l'un desdits premier et second éléments réfléchissants transmet la longueur d'onde de ladite première lumière de pompage.
4. Amplificateur optique selon la revendication 1, dans lequel ledit milieu d'amplification optique comprend un premier milieu comprenant ledit matériau photoémetteur et un second milieu comprenant ledit matériau d'amplification optique.
5. Amplificateur optique selon la revendication 1, dans lequel ledit milieu d'amplification optique comprend une fibre de fluorure contenant comme composant principal l'un quelconque de Zr, Hf et In.
6. Amplificateur optique selon la revendication 1, dans lequel ledit premier et ledit second éléments réfléchissants comprennent respectivement des réseaux de diffraction (20, 22; 40, 42).
7. Amplificateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit matériau photoémetteur comprend des ions Yb, ledit matériau d'amplification optique (10) comprend des ions Pr, ladite seconde lumière de pompage a une longueur d'onde dans la bande de 1,02 ssm, ladite première lumière de pompage a une longueur d'onde dans la bande de 0,98 Am et ledit signal lumineux a une longueur d'onde dans la bande de 1,3 pm.
8. Amplificateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit matériau photoémetteur comprend des ions Tm, ledit matériau d'amplification optique comprend des ions Er, ladite seconde lumière de pompage a une longueur d'onde dans la bande 1,47 Am, ladite première lumière de pompage a une longueur d'onde dans la bande de 1,06 Hm, et ledit signal lumineux a une longueur d'onde dans la bande de 1,5 m.
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