FR2812484A1 - Multiplexeur-demultiplexeur a fibre optique a reponse aplatie - Google Patents
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Abstract
La pr esente invention concerne un multiplexeur ou d emultiplexeur optique comprenant une fibre optique d'entr ee, un système optique dispersif en longueur d'onde, des fibres optiques de sortie et un interf eromètre à deux ondes.L'interf eromètre à deux ondes a une r eponse spectrale pr esentant des minima à une fr equence double de la r eponse du multiplexeur ou d emultiplexeur.
Description
La présente invention concerne un multiplexeur-démultiplexeur optique. Le
développement des télécommunications par fibre optique implique le développement de nombreux composants et l'amélioration de leurs performances. C'est le cas des multiplexeurs-démultiplexeurs en longueur d'onde qui sont utilisés pour transmettre un très grand nombre de voies au travers d'une
même fibre.
Dans un tel multiplexeur, des flux lumineux entrants, de longueurs 1o d'onde différentes, régulièrement espacées, sont superposés de façon à
produire un flux multilongueur d'onde qui sera transmis par la fibre.
Inversement, à la sortie de la fibre de transmission, un démultiplexeur reçoit le flux composite multilongueur d'onde et produit des flux monolongueur
d'onde séparés.
Les performances caractéristiques de ces multiplexeurs et/ou démultiplexeurs sont le nombre de voies susceptibles d'être transmises par une même fibre sans risque de diaphonie, c'est-à-dire d'effets parasites produits par l'une des voies sur ses voisines et avec une atténuation aussi faible que possible mais surtout dont l'amplitude est indépendante de la
longueur d'onde.
A cet effet, on sait réaliser des multiplexeurs ou démultiplexeurs
mettant en oeuvre un réseau de diffraction.
En particulier, pour un réseau plan de pas p utilisé dans une configuration de Littman-Metcalf, un faisceau lumineux collimaté incident de longueur d'onde X incliné par rapport à la normale du réseau d'un angle 1el est dispersé dans un plan de dispersion perpendiculaire aux traits du réseau sous la forme d'un faisceau collimaté ayant une direction inclinée d'un angle 02 par rapport à la normale au réseau, 01 et 02 étant reliés par la relation p sin 01 + p sin 02 = A; le miroir de la configuration de Littman-Metcalf est alors perpendiculaire à la direction 02. La fonction de transfert du multiplexeur-démultiplexeur résultante est périodique et constituée de pics dont la largeur au sommet est relativement étroite. Cela a pour conséquence que les longueurs d'onde qui ne coïncident pas exactement avec le sommet de ces pics, peuvent subir des atténuations variables, ce qui est particulièrement gênant dans les systèmes o l'on produit une amplification globale du flux multiplexé. C'est la raison pour laquelle on a cherché à élargir la forme au sommet des pics de la fonction de transfert même si cela est au
prix d'une atténuation du flux transmis.
On connaît par ailleurs le fonctionnement des interféromètres à deux ondes dont l'interféromètre de Fizeau aussi connu sous le nom de Fabry-
Perot de faible finesse auquel la description suivante fera référence à titre
d'exemple non limitatif. Ils comportent deux miroirs plans, partiellement transparents, qui forment ensemble une cavité. Il est connu que la réponse spectrale d'un tel interféromètre de Fizeau est également périodique, que sa
périodicité dépend de l'espacement e entre les miroirs.
Il est connu que l'utilisation d'un interféromètre de Fizeau ayant une fonction de transfert de même pas que celle du multiplexeur permet d'élargir
la forme du pic à son sommet.
Plus précisément, il est connu de mettre en oeuvre, avec le réseau de diffraction, un interféromètre de Fizeau ayant une réponse spectrale de même pas que celui de la réponse du multiplexeur-démultiplexeur. L'interféromètre de Fizeau diminue le coefficient de transmission maximum mais élargit les
pics de transmission de la fonction de transfert, à leur maximum.
L'écart, en fréquence, entre deux pics consécutifs de la fonction de transfert, de l'interféromètre est AfFSR (FSR pour Free Spectral Range) et cet écart est relié à l'épaisseur e de l'interféromètre de Fizeau par la formule AfR = C X FSR 2e
o c est la vitesse de la lumière.
A partir de la valeur de AfFSR, se déduit donc l'épaisseur de l'interféromètre de Fizeau: c e-= 2AfFSR On sait également que pour un interféromètre de Fizeau dont les miroirs ont un coefficient de réflexion R relativement faible, la profondeur de modulation, en intensité, en fonction de la fréquence, du flux transmis est approximativement 1 -4 R. En résumé, AfWDM étant le pas de la réponse du multiplexeur, ou espace intercanal fixé par le système de télécommunications, actuellement à 100 GHz: AfWDM = AfFSR impose e = 1,5 mmn On constate alors que l'élargissement optimal de la fonction de transfert de l'ensemble réseau de diffraction - interféromètre est obtenu pour
une profondeur de modulation (Io-11) / Io de l'ordre de 60 %.
Le but de la présente invention est de réaliser un multiplexeur ou un démultiplexeur à réponse aplatie, c'est-à-dire qui permette de transmettre des signaux sur un grand nombre de voies, tout en réduisant la diaphonie et en assurant, par perte du signal, une atténuation uniforme pour l'ensemble des voies transmises ayant des performances améliorées par rapport à l'utilisation
de l'interféromètre de Fizeau présentée plus haut.
L'amélioration correspondante étant d'obtenir un domaine spectral de transmission uniforme, pour chaque pic, de la largeur comparable à celle des systèmes de l'art antérieur, avec un affaiblissement moindre, c'est-àdire avec
un meilleur coefficient de transmission.
A cet effet, I'invention concerne un multiplexeur ou démultiplexeur optique comprenant une fibre optique d'entrée, un système optique dispersif en longueur d'onde, des fibres optiques de sortie et un interféromètre à deux
ondes.
Selon l'invention, I'interféromètre à deux ondes a une réponse spectrale présentant des minima à une fréquence double de la réponse du
multiplexeur ou démultiplexeur.
Ainsi, I'atténuation produite par le filtre de Fizeau a une courbure proche de l'inverse de celle de la fonction de transmission du réseau, ces courbures se compensant produisent une fonction de transmission composite résultante dont le coefficient de transmission, au voisinage de son maximum, est relativement uniforme la rapprochant ainsi d'une fonction créneau. Ce résultat est obtenu tout en conservant une bonne transmission d'ensemble du système. La fonction de transmission de l'interféromètre à deux ondes (de préférence un filtre de Fizeau) présente aussi un minimum entre deux maxima de la fonction de transfert du multiplexeur. Celui-ci correspondant alors à un minimum de cette fonction de transfert du multiplexeur ne la perturbe pas. On obtient donc une amélioration de l'efficacité du filtre sans inconvénient significatif. La présente invention concerne également les caractéristiques qui
ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être
considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles. - I'interféromètre est un interféromètre de Fizeau, - que les fibres d'entrée et de sortie sont des fibres monomodes, - le réflecteur du système dispersif est plan, - le multiplexeur travaille dans la fenêtre 1525-1625 nm, -le multiplexeur traite environ 16 à 128 voies espacées de 50 ou
100 GHz.
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexes dans lesquels: -la figure 1 représente la courbe de transmission spectrale d'un multiplexeur-démultiplexeur, celle d'un filtre de Fizeau de même fréquence et celle d'un filtre de Fizeau de fréquence double; -la figure 2 représente la courbe de transmission spectrale d'un multiplexeurdémultiplexeur, respectivement sans et avec filtre de Fizeau, de même fréquence, ainsi que la courbe de transmission du filtre seul; - la figure 3 représente la courbe de transmission spectrale d'un multiplexeurdémultiplexeur, respectivement sans et avec filtre de Fizeau, de
fréquence double, ainsi que la courbe de transmission du filtre seul.
Plus précisément, on a représenté, sur la figure 1, la fonction 1 de transfert d'un multiplexeur sans interféromètre. Elle est composée de pics 2 également espacés en fréquence. Dans les systèmes de télécommunication, on cherche à transmettre le plus grand nombre possible de voies à l'intérieur d'une bande spectrale de largeur donnée. Il faut toutefois éviter la diaphonie entre les voies et assurer une transmission des différentes voies avec des
pertes uniformes.
De ces contraintes, il résulte un compromis généralement admis: La largeur à mi-hauteur d'un pic étant âfFWHM (FWHM pour Full Width at Half Maximum), un espacement optimal entre deux pics successifs est
AfWDM 2 âfFWHM.
Jusqu'à présent, on a introduit dans un tel multiplexeur, un filtre de Fizeau ayant une réponse de même pas que celle du multiplexeur, c'est-àdire produisant une atténuation représentée par la courbe 3, constituée d'une
série d'oscillations quasi sinusoïdales.
Comme indiqué plus haut, on sait que la profondeur de modulation de la courbe de réponse d'un tel interféromètre ou filtre de Fizeau est 1 - 4R o l0 R est le coefficient de réflexion des deux miroirs, lorsque l'interféromètre est utilisé en transmission. Le coefficient R détermine aussi la courbure autour de chaque minimum 4. Un coefficient R élevé produit une réponse à minima 4 faible et dont la courbure est forte; un coefficient R faible produit des minima
4 plus hauts et ayant une courbure faible.
Ainsi, comme présenté en figure 2, I'obtention pour la courbe de réponse 5 de l'ensemble composite comportant un multiplexeur et un interféromètre impose l'adéquation de la courbure des minima 4 de la réponse 6 de l'interféromètre avec celle des pics 2 de la réponse du système dispersif. En pratique, cette valeur, relativement élevée, entraîne une forte atténuation de l'amplitude des pics 9 de la réponse 5 lors de l'utilisation de
l'interféromètre de Fizeau.
Pour échapper à ces contraintes, selon l'invention, on utilise un interféromètre à deux ondes présentant des minima à une fréquence double de celle des pics du système optique dispersif, comme représenté sur la
figure 3.
L'interféromètre à deux ondes a une réponse spectrale 7 périodique
présentant des minima alternativement 81 et 82.
Les minima 8, coïncident chacun avec un pic 2 de la réponse spectrale du multiplexeur; au contraire, les minima 82 coïncident avec des minima de
cette réponse du système dispersif.
La relation entre le coefficient R et la courbure au sommet de la réponse de l'interféromètre à deux ondes est bien entendu de même nature que précédemment mais sa fréquence étant doublée, elle approche la courbure des pics 2 de la réponse du système dispersif pour une valeur de R bien inférieure, c'est-à-dire dans des conditions produisant une atténuation
beaucoup plus faible du signal.
Au total, la réponse composite 10 produite par l'association du système dispersif et de l'interféromètre à deux ondes présente des maxima aplatis, s'approchant d'une fonction créneau avec un faible coefficient d'atténuation.
La description a été faite par rapport à un multiplexeur. Elle est
directement transposable à la réalisation d'un démultiplexeur ou d'un routeur.
Selon l'invention, on met alors en oeuvre un interféromètre ou filtre de Fizeau ayant une réponse à un pas de moitié dont la courbe d'atténuation o10 représentée sur la figure 3 est référencée 7. Elle présente des minima coïncidant avec les maxima 2 de la réponse 1 du multiplexeur et, entre deux maxima de cette courbe, au moins un autre minimum coïncidant lui avec un
minimum de la courbe de réponse du multiplexeur.
Claims (6)
1. Multiplexeur ou démultiplexeur optique comprenant: - une fibre optique d'entrée, - un système optique dispersif en longueur d'onde, - des fibres optiques de sortie et - un interféromètre à deux ondes, caractérisé en ce que l'interféromètre à deux ondes a une réponse spectrale présentant des minima à une fréquence double de la réponse du
multiplexeur ou démultiplexeur.
2. Multiplexeur ou démultiplexeur optique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'interféromètre est un interféromètre de Fizeau.
3. Multiplexeur ou démultiplexeur optique selon l'une des
revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les fibres d'entrée et de sortie
sont des fibres monomodes.
4. Multiplexeur ou démultiplexeur optique selon l'une des
revendications I à 3, caractérisé en ce que le réflecteur du système dispersif
est plan.
5. Multiplexeur ou démultiplexeur optique selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le multiplexeur travaille dans la
fenêtre 1525-1625 nm.
6. Multiplexeur ou démultiplexeur optique selon l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le multiplexeur traite 32 à
128 voies espacées de 100 ou 50 GHz.
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