FR2772150A1 - Modulateur optique utilisant un isolateur et transmetteur optique comprenant le susdit - Google Patents
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Abstract
Ce modulateur module une onde porteuse générée par une source optique conformément à un signal électrique prédéterminé et comprend un isolateur (200) comprenant un rotateur de Faraday dans lequel l'angle de rotation de la polarisation est différent selon l'intensité d'un champ magnétique appliqué, pour commander l'isolement d'un signal optique selon l'angle de rotation de la polarisation et sortir un signal optique modulé, un générateur de champ magnétique (204) pour produire un champ magnétique dont l'intensité est commandée par un signal électrique prédéterminé et appliquer le champ produit à l'isolateur, et un générateur de signal (202) pour délivrer le signal électrique au générateur et commander l'intensité du signal électrique.
Description
MODULATEUR OPTIQUE UTILISANT UN ISOLATEUR ET
TRANSMETTEUR OPTIQUE COMPRENANT LE SUSDIT
DESCRIPTION
La présente invention concerne un modulateur optique utilisant un isolateur et un transmetteur optique comprenant le susdit et, plus particulièrement, un modulateur optique pour moduler un faisceau optique d'onde continue en provoquant une atténuation optique en modifiant un champ magnétique appliqué à un isolateur et un transmetteur optique comprenant le susdit. Un modulateur optique module un faisceau optique d'onde continue en un signal optique qui a la même forme qu'un signal électrique. Lorsque des signaux optiques de plusieurs longueurs d'onde sont transmis simultanément par un système de multiplexage en longueur d'onde (WDM), leurs longueurs d'onde centrales sont sujets à une gigue (" jitter ") du fait de la propriété de modulation de fréquence parasite ("< chirp ") d'un spectre de signal optique qui est généré en appliquant un signal électrique, dégradant ainsi les caractéristiques de transmission. Afin de résoudre ce problème, une diode laser est commandée pour sortir une onde continue et un faisceau sorti par la diode laser est modulé. La modulation optique est accomplie par un modulateur externe, tel qu'un modulateur électro- optique ou un modulateur en niobate
de lithium (LiNbO3).
La figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant la configuration d'un modulateur optique classique. Avec référence à la figure 1, le modulateur optique comprend une diode laser 100, des premier et second guides d'ondes optiques 102 et 104, une plaque d'électrode 106
et une source de signal électrique 108.
Les fonctionnements des éléments ci-dessus vont maintenant être décrits. D'abord, un signal optique continu appliqué à partir de la diode laser 100 est couplé dans les deux guides d'ondes optiques 102 et 104. Lorsqu'un signal électrique est appliqué à partir de la source de signal électrique 108 à la plaque d'électrode 106, l'indice de réfraction du premier guide d'ondes optique 102 est modifié. L'indice de réfraction modifié modifie la constante de propagation du premier guide d'ondes optique 102 et la constante de propagation modifiée modifie la phase d'un signal
optique traversant le premier guide d'ondes optique.
Par conséquent, il existe une différence de phase entre un signal optique déphasé du premier guide d'ondes optique 102 et un signal optique non déphasé du second
guide d'ondes optique 104.
Le signal optique de sortie d'un modulateur optique
est modulé conformément à cette différence de phase.
C'est-à-dire que, lorsque les deux phases sont identiques, le signal optique de sortie est intensifié, mais lorsque la différence entre les deux phases est de , le signal optique de sortie est annulé. De cette manière, le signal optique de sortie est allumé/éteint (modulé) au niveau d'un port de sortie. Le rapport d'extinction dans un état d'extinction est d'environ 22 dB. Cependant, dans ce modulateur optique, la perte d'insertion est élevée (généralement, d'environ 6 dB) et une modification de ses caractéristiques due à la polarisation est sévère. Egalement, ce modulateur nécessite une tension de référence élevée et un signal de modulation électrique. Ce modulateur nécessite également une opération de dégagement de chaleur étant donné que la chaleur interne devient élevée lorsque
cette tension élevée est appliquée.
Dans une technique de modulation optique peu coûteuse pour un réseau d'abonnés, une source de spectres découpés utilisant l'émission spontanée amplifiée d'un amplificateur optique est utilisée en tant que source optique d'ondes continues et un procédé de modulation d'un signal électrique en un signal optique utilisant le modulateur externe susmentionné est adopté. Dans ce cas, davantage de frais sont nécessaires pour inclure un réseau d'abonnés, du fait
du coût élevé d'un modulateur optique coûteux.
Pour résoudre le problème ci-dessus, c'est un objet de la présente invention de proposer un modulateur optique utilisant un isolateur, par lequel un signal optique de sortie est modulé en modifiant la polarisation d'un rotateur de Faraday en générant et en appliquant un champ magnétique à l'isolateur, et un
transmetteur optique comprenant le susdit.
Par conséquent, pour réaliser l'objet ci-dessus, un modulateur optique utilisant un isolateur, pour moduler une onde porteuse générée par une source optique conformément à un signal électrique prédéterminé est proposé, ce modulateur optique étant caractérisé en ce qu'il comprend: un isolateur comprenant un rotateur de Faraday dans lequel l'angle de rotation de la polarisation est différent selon l'intensité d'un champ magnétique appliqué, pour commander l'isolement d'un signal optique selon l'angle de rotation de la polarisation et pour sortir un signal optique modulé; un générateur de champ magnétique pour produire un champ magnétique dont l'intensité est commandée par un signal électrique prédéterminé et pour appliquer le champ magnétique produit à l'isolateur; et un générateur de signal pour délivrer le signal électrique au générateur de champ magnétique et pour commander
l'intensité du signal électrique.
Pour réaliser l'objet ci-dessus, on propose un transmetteur optique caractérisé en ce qu'il comprend: une source optique pour générer une onde porteuse; un isolateur comprenant un rotateur de Faraday dans lequel l'angle de rotation de la polarisation est différent selon l'intensité d'un champ magnétique appliqué, pour commander l'isolement du signal optique d'onde porteuse généré par la source optique selon l'angle de rotation de la polarisation et pour sortir un signal optique modulé; un générateur de champ magnétique pour produire un champ magnétique dont l'intensité est commandée par un signal électrique prédéterminé et pour appliquer le champ magnétique produit à l'isolateur; un générateur de signal pour délivrer le signal électrique au générateur de champ magnétique et pour commander l'intensité du signal électrique; et un amplificateur optique pour amplifier un signal optique modulé dans l'isolateur et pour transmettre le signal
optique amplifié à un canal de transmission.
L'objet et l'avantage ci-dessus de la présente
invention deviendront plus évidents par la description
détaillée de son mode de réalisation préféré avec référence aux dessins joints sur lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant la configuration d'un modulateur optique classique; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un modulateur optique utilisant un isolateur, selon la présente invention; la figure 3 est un schéma fonctionnel de l'isolateur de la figure 2; et la figure 4 est un schéma fonctionnel illustrant un transmetteur comprenant un modulateur optique utilisant
un isolateur selon la présente invention.
Avec référence à la figure 2, un modulateur optique comprend un isolateur 200, un générateur de champ magnétique 204 et un générateur de signal 202. Le générateur de champ magnétique 204 est, de préférence, un électroaimant dans lequel un champ magnétique peut
être généré par un signal électrique.
Le fonctionnement de la présente invention va maintenant être décrit sur la base de la configuration décrite ci-dessus. D'abord, un signal optique d'onde continue d'entrée entre, via une extrémité d'entrée de fibre optique (non montrée), et est bloqué par un isolateur 200. Un signal électrique généré par un générateur de signal 202 active/désactive le champ magnétique du générateur de champ magnétique 204 pour mettre en service/hors service l'isolement de l'isolateur 200. L'activation/désactivation de l'isolement peut être considérée comme l'activation/désactivation de l'atténuation en ce qui concerne un signal optique d'entrée. C'est-à- dire que, lorsqu'un signal électrique généré par le générateur de signal 202 est appliqué au générateur de champ magnétique 204, un champ magnétique est formé, par exemple, lorsque le générateur de champ magnétique 204 est un électroaimant et lorsque le signal électrique est "1" (niveau haut). Ensuite, le signal optique d'onde continue d'entrée incident sur l'isolateur 200 traverse l'isolateur 200 et est sorti vers une extrémité de sortie. Lorsque le signal électrique est "0" (niveau bas), un champ magnétique n'est pas formé dans l'isolateur 200. Ainsi, le signal optique d'onde continue d'entrée ne traverse pas l'isolateur 200 et ne peut pas être sorti vers une extrémité de sortie. Le signal optique d'onde continue est allumé ou éteint en fonction de l'état activé/désactivé du signal
électrique, réalisant de ce fait la modulation optique.
Dans le modulateur optique fonctionnant comme décrit ci-dessus, le rapport d'extinction peut varier entre
0,5 dB et 50 dB.
La figure 3 est un schéma fonctionnel de l'isolateur de la figure 2. L'isolateur permet la transmission de la lumière depuis un port de projection d'entrée vers un port de sortie avec une faible perte et évite la propagation inverse et la recombinaison de la lumière avec une forte perte, pour ainsi maintenir de manière stable le fonctionnement du système. Par exemple, alors que la lumière émise par une diode laser se propage dans une direction de transmission de la lumière, une lumière réfléchie est générée dans un connecteur o les fibres optiques sont raccordées les unes aux autres, ou bien o un bruit de réflexion est généré du fait de la lumière qui se propage vers l'arrière lorsqu'il est connecté à divers autres dispositifs. L'isolateur évite les problèmes ci-dessus et est particulièrement nécessaire dans les
communications optiques à vitesse ne descendant pas au-
dessous de 1 Gbit par seconde et dans un capteur à haute sensibilité o les problèmes sont générés par une
lumière réfléchie.
L'isolateur de la figure 3 comprend un premier collimateur 300, un premier élément à double réfraction 302, un rotateur de Faraday 304, un second élément à double réfraction 306 et un second collimateur 308. Le rutile ou la calcite convient en tant que matériau des premier et second éléments à double réfraction. Le premier élément à double réfraction 302 fonctionne comme un polariseur et le second élément à double réfraction 306 fonctionne comme un analyseur. Le principe est que seule la lumière polarisée dans une direction passe et que la lumière polarisée verticale à la lumière polarisée ci-dessus ne passe pas. Le paramètre essentiel entre le polariseur et l'analyseur est le rapport d'extinction de la lumière polarisée qui passe à la lumière polarisée qui est verticale à la
lumière polarisée qui passe.
Le rotateur de Faraday 304 fait tourner le plan de polarisation de la lumière incidente de 45 . La lumière tournée de 45 est réfléchie dans une direction inverse par l'extrémité arrière du rotateur de Faraday 304 et y pénètre de nouveau et est, ensuite, tournée de nouveau de 45 . Ainsi, la lumière est tournée au total de 90 En conséquence, l'onde réfléchie tournée de 90 est bloquée par le polariseur. Le rotateur de Faraday génère une rotation de Faraday par un effet Faraday lorsqu'un champ magnétique est appliqué au matériau
magnéto-optique dans une direction de propagation.
L'effet Faraday consiste en ce que le plan de polarisation de la lumière tourne tandis que la lumière
traverse un matériau magnéto-optique.
Les performances de l'isolateur sont déterminées par la perte d'insertion vers l'avant et par l'isolement de retour. L'isolateur a habituellement une perte d'insertion d'environ 1 dB et un isolement d'environ 30 dB du fait de la réflexion au niveau d'une jonction entre des éléments et du fait d'un polariseur
défectueux et d'un rotateur défectueux.
Le fonctionnement de l'isolateur de la figure 3 va maintenant être décrit. Le premier collimateur 300 recueille et collimate la lumière émise par une première fibre optique ou une diode laser (non montrée). La lumière collimatée est divisée en deux faisceaux, dont les directions de polarisation sont perpendiculaires l'une à l'autre, par le premier élément à double réfraction 302 et les deux faisceaux passent par des chemins différents et sont incidents sur le rotateur de Faraday 304. La lumière qui pénètre dans le rotateur de Faraday 304 est tournée de 45 dans les directions de lumière polarisée existantes tandis que les directions polarisées sont maintenues perpendiculaires l'une à l'autre. Alors que les faisceaux dont la direction de polarisation a été modifiée traversent de nouveau le second élément à double réfraction 306, les deux faisceaux sont réunis en un seul. Ensuite, les deux faisceaux sont collimatés par le second collimateur 308 et le faisceau collimaté
pénètre dans une seconde fibre optique (non montrée).
Ici, le rotateur de Faraday 304 permet à l'isolateur de maintenir un champ magnétique constant, de sorte que la polarisation puisse être modifiée de 45 . Cependant, si un champ magnétique est généré à proximité de l'isolateur, le champ magnétique d'un aimant comprenant le rotateur de Faraday est affecté. Egalement, le rotateur de Faraday modifie l'angle de rotation de la polarisation en fonction de l'intensité du champ magnétique comme représenté par l'équation 1 qui suit:
0 = VBI.......................... (1)
dans laquelle 0 est un angle de rotation, V est une constante, B est l'intensité d'un champ magnétique et I
est une longueur d'interaction.
Lorsque la polarisation est modifiée par un champ magnétique externe comme représenté par l'équation 1, les chemins des faisceaux de lumière polarisés perpendiculairement l'un à l'autre par le second élément à double réfraction 306 sont modifiés, ce qui, en conséquence, modifie la quantité de lumière incidente sur la seconde fibre optique via le second collimateur 308. C'est-à-dire que l'intensité du champ magnétique varie avec l'intensité d'un signal électrique externe (courant) et que les caractéristiques de perte de l'isolateur diffèrent en fonction de la variation de l'intensité du champ
magnétique.
La figure 4 est un schéma fonctionnel d'un transmetteur optique comprenant un modulateur optique utilisant un isolateur selon la présente invention. Le transmetteur optique de la figure 4 comprend une source optique 400, un modulateur optique 402 utilisant un
isolateur, et un amplificateur 404.
Les fonctionnements des éléments mentionnés ci-
dessus vont maintenant être décrits. D'abord, lorsqu'une onde porteuse pour la transmission de l'information est générée par la source optique 400, telle qu'une diode laser ou une diode électroluminescente, l'onde porteuse émise par la source optique 400 est allumée ou éteinte à un moment approprié par le modulateur optique 402 en utilisant l'isolateur. Un signal optique modulé et produit est amplifié par l'amplificateur 404 et transmis au port
suivant via un canal de transmission.
Quant à la transmission d'un signal optique multiplexé en longueur d'onde (WDM), les faisceaux d'onde porteuse provenant de diverses sources optiques sont modulés et multiplexés et, ensuite, transmis. Dans un réseau optique d'abonnés, la lumière transportant l'information et la lumière de l'onde porteuse sont transmises depuis un système de transmission optique à un port d'abonné. Au niveau du port d'abonné, la lumière transportant l'information est appliquée à un détecteur et convertie en un signal électrique et la lumière de l'onde porteuse transporte l'information vers un abonné via le modulateur optique en utilisant l'isolateur et est transmise de retour vers le système
de transmission optique.
Selon la présente invention, un générateur de champ magnétique est monté sur un isolateur optique, un signal électrique appliqué au générateur de champ magnétique est ajusté pour commander l'intensité d'un champ magnétique formé dans l'isolateur. Par conséquent, l'isolement d'un signal optique est activé ou désactivé, modulant de ce fait un signal optique d'onde continue. Donc, un petit modulateur bon marché ayant une excellente caractéristique de température peut être réalisé et facilement monté sur un transmetteur. Egalement, le modulateur optique est fixé à une diode laser et peut exécuter la modulation optique en modifiant seulement l'intensité d'un signal électrique. De ce fait, il n'est pas sensible aux facteurs extérieurs, tels que la poussière, la température et l'humidité, et il y a une faible
différence de phase par rapport à la polarisation.
Claims (4)
1. Modulateur optique utilisant un isolateur, pour moduler une onde porteuse générée par une source optique (400) conformément à un signal électrique prédéterminé, ce modulateur optique étant caractérisé en ce qu'il comprend: un isolateur (200) comprenant un rotateur de Faraday (304) dans lequel l'angle de rotation de la polarisation est différent selon l'intensité d'un champ magnétique appliqué, pour commander l'isolement d'un signal optique selon l'angle de rotation de la polarisation et pour sortir un signal optique modulé; un générateur de champ magnétique (204) pour produire un champ magnétique dont l'intensité est commandée par un signal électrique prédéterminé et pour appliquer le champ magnétique produit à l'isolateur (200); et un générateur de signal (202) pour délivrer le signal électrique au générateur de champ magnétique (204) et pour commander l'intensité du signal
électrique.
2. Modulateur optique utilisant un isolateur selon la revendication 1, dans lequel le générateur de champ
magnétique (204) est un électroaimant.
3. Modulateur optique utilisant un isolateur selon la revendication 2, dans lequel l'isolateur (200) isole le signal optique d'entrée en fonction du fait que le
signal électrique est au niveau haut ou au niveau bas.
4. Transmetteur optique, caractérisé en ce qu'il comprend: une source optique (400) pour générer une onde porteuse; un isolateur (200) comprenant un rotateur de Faraday (304) dans lequel l'angle de rotation de la polarisation est différent selon l'intensité d'un champ magnétique appliqué, pour commander l'isolement du signal optique d'onde porteuse généré par la source optique (400) selon l'angle de rotation de la polarisation et pour sortir un signal optique modulé; un générateur de champ magnétique (204) pour produire un champ magnétique dont l'intensité est commandée par un signal électrique prédéterminé et pour appliquer le champ magnétique produit à l'isolateur
(200);
un générateur de signal (202) pour délivrer le signal électrique au générateur de champ magnétique (204) et pour commander l'intensité du signal électrique; et un amplificateur optique (404) pour amplifier un signal optique modulé dans l'isolateur (200) et pour transmettre le signal amplifié à un canal de transmission.
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