FR2825805A1 - Dispositif de raccordement hybride entre fibres optiques et lignes transportant des signaux electriques, et reseaux incorportant ce dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de raccordement hybride entre au moins une fibre optique (2) et des lignes transportant des signaux électriques, comprenant un ensemble de modulateurs d'intensité lumineuse (52) faits de résonateurs optiques de grande finesse commandés électriquement, une optique de couplage incluant un réseau de diffraction (32), des moyens de connexion des modulateurs à des lignes respectives transportant des signaux électriques, et des moyens de réglage répondant à des signaux de commande reçus par l'intermédiaire d'une fibre optique et/ ou d'au moins une des lignes transportant des signaux électriques. Les réseaux de communication hybrides comprenant au moins un tel dispositif sont aussi revendiqués.
Description
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DISPOSITIF DE RACCORDEMENT HYBRIDE ENTRE FIBRES OPTIQUES
ET LIGNES TRANSPORTANT DES SIGNAUX ELECTRIQUES.
ET LIGNES TRANSPORTANT DES SIGNAUX ELECTRIQUES.
ET RESEAUX INCORPORANT CE DISPOSITIF
La présente invention concerne les réseaux locaux, ou boucles locales , de télécommunications, plus précisément la jonction entre une ligne optique et un groupe de paires de cuivre desservant des clients, par exemple les parties terminales de lignes téléphoniques, ou d'autres liaisons électriques point à point. La liaison optique, sur une ou plusieurs fibres, peut avoir de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres de longueur, et venir d'une tête de réseau métropolitaine. La partie terminale électrique des lignes téléphoniques peut avoir quelques centaines de mètres pour desservir un quartier ou un groupe d'habitations ou de locaux professionnels.
La présente invention concerne les réseaux locaux, ou boucles locales , de télécommunications, plus précisément la jonction entre une ligne optique et un groupe de paires de cuivre desservant des clients, par exemple les parties terminales de lignes téléphoniques, ou d'autres liaisons électriques point à point. La liaison optique, sur une ou plusieurs fibres, peut avoir de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres de longueur, et venir d'une tête de réseau métropolitaine. La partie terminale électrique des lignes téléphoniques peut avoir quelques centaines de mètres pour desservir un quartier ou un groupe d'habitations ou de locaux professionnels.
Le dispositif de jonction entre la ou les fibres et les paires de cuivre de la partie terminale du réseau est ci-dessous appelé dispositif de raccordement hybride.
Les paires de cuivre du réseau téléphonique sont longues de quelques kilomètres et réparties en câbles de transport longs de un ou plusieurs kilomètres. Chaque câble de transport comprend plusieurs centaines, voire milliers, de paires de cuivre, et fait la liaison entre le central local et le sousrépartiteur, ce dernier étant le plus souvent constitué d'une armoire placée sur la voie publique. Les lignes de distribution entre le sous-répartiteur et un point de concentration qui dessert quelques clients sont généralement longues d'au plus un kilomètre et se terminent par des câbles à 7,10 ou 14 paires de cuivre.
Enfin, les lignes de branchement entre le point de concentration et les logements ou locaux professionnels sont longues de quelques dizaines de mètres. Ces lignes de branchement sont fréquemment pourvues de 4 paires de cuivre, par exemple en vue de la fourniture d'une deuxième, voire d'une troisième ligne téléphonique. Les câbles de distribution ont une fraction importante de leur capacité tenue en réserve pour des extensions futures du réseau téléphonique ou un accroissement de la demande de lignes.
Enfin, les lignes de branchement entre le point de concentration et les logements ou locaux professionnels sont longues de quelques dizaines de mètres. Ces lignes de branchement sont fréquemment pourvues de 4 paires de cuivre, par exemple en vue de la fourniture d'une deuxième, voire d'une troisième ligne téléphonique. Les câbles de distribution ont une fraction importante de leur capacité tenue en réserve pour des extensions futures du réseau téléphonique ou un accroissement de la demande de lignes.
Les lignes de distribution sont faites de câbles posés selon une topologie arborescente, par exemple un tronc à 112 paires de cuivre épissurées dans un manchon de protection d'épissure sur 4 câbles à 28 paires, chacun desservant un immeuble et deux, trois ou quatre points de concentration.
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Le dispositif de raccordement hybride se place le plus loin possible, la distance étant comptée à partir du sous-répartiteur, dans cette arborescence de façon à réduire la longueur de transmission sur paires de cuivre, tout en respectant des contraintes technico-économiques quant au nombre de clients potentiels susceptibles de s'abonner aux services nouveaux apportés par la fibre optique. Pour la norme VDSL ( Very high speed Digital Subscriber Line ) décrite dans la norme ETSI TS 101-270, ces services occupent préférentiellement une bande de fréquences entre 1 et 12 MHz, nettement au dessus de la bande employée pour les services téléphonique ou RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services). Dans cette norme les débits sont de 10 à 25 Mbit/s dans le sens descendant, ou downstream , c'est-à-dire émission en direction de l'utilisateur final, et de quelques Mbit/s dans le sens montant, ou upstream , c'est à dire émission par le modem de l'utilisateur final en direction de la tête du réseau. Un autre mode de communication est donné par la norme Ethernet 10/100 Base T (norme ISO 8802-3, Local Area Networks, Part 3 - Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionAccess Method and Physical Layer Specifications ). Sur les couples de paires de cuivre usuelles un réseau Ethernet n'a qu'une portée de quelques dizaines de mètres, ce qui peut convenir néanmoins pour des dispositifs de raccordement hybride placés en pied d'immeuble.
Dans une autre variante, le dispositif de raccordement hybride est placé dans le local du client desservi par une ligne de branchement en fibre optique et restitue, par exemple, des interfaces Ethernet 10/100 Base T.
Il s'agit donc de réutiliser les parties terminales des réseaux de distribution téléphonique sur paires de cuivre, par exemple selon le mode de transmission VDSL. La norme ETSI citée plus haut qui en décrit les modalités fixe pour le plan 998 les bandes 3750 kHz à 5200 kHz pour la voie montante ( upstream ) et les bandes 930 kHz à 3750 kHz et 5200 kHz à 8500 kHz pour les voies descendantes ( downstream ), avec des valeurs voisines pour le plan 997. Par exemple, il peut être alloué deux porteuses QAM descendantes,
à 33 et 102 x 67, 5 kHz (soit 2228 et 6885 kHz), chacune à 32 x 67, 5 = 2160 kBaud, et une porteuse montante à 67 x 67, 5 kHz = 4523 kHz et 14 x 67,5 kBaud, le nombre de bits par Baud dépendant de l'affaiblissement et de la diaphonie des paires de cuivre. La faible portée du système VDSL, quelques centaines de mètres, a conduit des vendeurs d'équipements à proposer aux
à 33 et 102 x 67, 5 kHz (soit 2228 et 6885 kHz), chacune à 32 x 67, 5 = 2160 kBaud, et une porteuse montante à 67 x 67, 5 kHz = 4523 kHz et 14 x 67,5 kBaud, le nombre de bits par Baud dépendant de l'affaiblissement et de la diaphonie des paires de cuivre. La faible portée du système VDSL, quelques centaines de mètres, a conduit des vendeurs d'équipements à proposer aux
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opérateurs de réseau d'implanter des armoires de conversion électro-optique pour chaque groupe d'une ou de quelques centaines de logements. Ces implantations sont dans la pratique presque impossibles sur le domaine public (trottoir,...) dans certaines villes et dans certains pays, et l'acquisition de locaux privés en nombre suffisant et aux emplacements voulus est aussi à peu près impossible. Ces armoires comportent les fonctions de sélection, commutation et routage à très haut débit, un modem par utilisateur final, des répartiteurs de paires de cuivre, et des alimentations de quelques centaines de watts ou plus demandant des branchements spécifiques sur le réseau électrique public, voire des alimentations secourues. Des compléments importants d'infrastructure sont donc alors nécessaires pour les câbles d'énergie, ainsi que pour le raccordement de l'armoire aux câbles téléphoniques et à un sous-répartiteur. Enfin, des déplacements de technicien jusqu'à l'armoire et au sous-répartiteur sont dans ce cas indispensables pour chaque opération de raccordement ou de déconnexion d'un utilisateur final.
Dans certains pays, les lignes de distribution téléphonique après les sous-répartiteurs ont une dimension considérable, jusqu'à 20%-30% de la longueur totale des lignes selon les sites, trop longues pour permettre un service VDSL avec un débit suffisant, de 23 Mbits/s dans le sens descendant par exemple pour un service de trois canaux de télévision de haute qualité.
Ces inconvénients sont particulièrement sensibles lorsque les réseaux VDSL sont en concurrence avec les réseaux hybrides constitués de fibres optiques et de câbles coaxiaux où la conversion bidirectionnelle entre fibre optique et câble coaxial ne requiert que l'implantation d'un coffret étanche de quelques litres, télé-alimenté et pour lequel, sauf dépannage, aucune intervention n'est nécessaire.
Les systèmes de multiplexage dense de longueurs d'onde employés pour les liaisons à grande distance ou métropolitaines utilisent une multiplicité de lasers accordés en longueur d'onde, à modulation directe ou externe. Dans ce cadre des structures de réseaux de guides d'onde ( arrayed waveguide ) sur InP avec lasers intégrés produisant automatiquement un peigne de longueurs d'onde ont été proposées, mais elles semblent encore complexes.
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Diverses publications abordent l'emploi du découpage spectral ( spectrum slicing ) dans une source à large bande, particulièrement une source constituée d'un amplificateur à fibre dopée fonctionnant en émission spontanée amplifiée, qui fournit une puissance de l'ordre de 500 uW par nanomètre de spectre (se reporter par exemple à l'article de C. J. Pendock et al. Practical optical bandwith constraints on spectrum sliced WDM systems)) - 22nd ECOC - 1996). Mais un modulateur externe employant les effets de biréfringence de certains matériaux électro-optiques est alors nécessaire, généralement obtenu par la technologie de guide d'onde intégrée sur Niobate de Lithium, ou encore par des lentilles GRIN et des déphaseurs ferroélectriques (se reporter par exemple aux brevets US 6 175 667 et US 6 137 619). Ces deux types de réalisations requièrent des tensions de modulation de quelques centaines de volts. Une autre technologie possible pour un modulateur externe utilise des amplificateurs à semi-conducteur de type VCSEL (voir le brevet FR-A- 2 692 374) fonctionnant en réflexion, mais dont la faisabilité avec accord en fréquence autour de 194 THz, c'est-à-dire pour la longueur d'onde
1,55 micromètre, est encore incertaine. Les modulateurs à cristaux liquides, les systèmes micro-électromécaniques à miroirs mobiles (MEMS), à commande thermique, par exemple à base d'interféromètres de Michelson placés derrière un démultiplexeur-multiplexeur de type AWG ( Arrayed WaveGuide ), sont trop lents par rapport à la vitesse de modulation nécessaire en télécommunications, et conviennent seulement pour la compensation de dérives thermiques ou de vieillissement.
1,55 micromètre, est encore incertaine. Les modulateurs à cristaux liquides, les systèmes micro-électromécaniques à miroirs mobiles (MEMS), à commande thermique, par exemple à base d'interféromètres de Michelson placés derrière un démultiplexeur-multiplexeur de type AWG ( Arrayed WaveGuide ), sont trop lents par rapport à la vitesse de modulation nécessaire en télécommunications, et conviennent seulement pour la compensation de dérives thermiques ou de vieillissement.
Enfin, l'emploi de lumière fournie par un laser continu pour alimenter un modulateur distant travaillant en réflexion est rendu délicat par le bruit venant du battement de l'onde produite par rétrodiffusion Rayleigh sur la fibre optique et de l'onde modulée par le modulateur en réflexion en bout de fibre ( coherent
Rayleigh noise ).
Rayleigh noise ).
Un but de la présente invention est de proposer un mode de raccordement hybride optique/électrique permettant de raccorder de façon économique et évolutive des fibres optiques qui contournent les centraux locaux et les sous-répartiteurs pour assurer un raccordement direct de la tête de réseau métropolitaine à des câbles du réseau terminal de distribution téléphonique.
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L'invention propose ainsi un dispositif de raccordement hybride entre au moins une fibre optique et des lignes transportant des signaux électriques, ou paires de cuivre, qui comprend un ensemble de modulateurs d'intensité lumineuse et une optique de couplage incluant un ou plusieurs réseaux de diffraction destinée à coupler les signaux optiques de longueurs d'onde différentes portés par la ou les fibre (s) optique (s) avec des modulateurs respectifs dudit ensemble. Ce dispositif comprend en outre des moyens de connexion des modulateurs à des paires de cuivre respectives, et des moyens de réglage répondant à des signaux de commande reçus par l'intermédiaire de la ou les fibre (s) optique (s) ainsi que par l'intermédiaire de paires de cuivre dédiées à ce réglage. Chaque modulateur d'intensité lumineuse comprend un résonateur optique du type Fabry-Pérot pris au sens large, c'est à dire à miroirs plans ou bombés de façon à former un résonateur stable et préférablement dégénéré, accordé en longueur d'onde par les moyens de réglage à la longueur d'onde moyenne de la lumière qu'il reçoit du réseau de diffraction.
Dans ces conditions d'accord, il ne réfléchit qu'une faible partie de l'énergie lumineuse incidente sur l'entrée dudit résonateur. La modulation de l'intensité est obtenue par variation de la longueur optique de la cavité de Fabry-Pérot pour modifier cet accord de longueur d'onde : la cavité est alors accordée sur une longueur d'onde très légèrement décalée, auquel cas ce résonateur réfléchit l'essentiel de l'énergie lumineuse reçue. Ainsi une modulation en intensité lumineuse correspondant au signal à transmettre est réalisée dans le dispositif de raccordement hybride pour chaque longueur d'onde séparée par le ou les réseau (x) de diffraction qu'il incorpore. Ce procédé de modulation peut être employé aussi bien en transmission numérique qu'en transmission analogique. Pour certains montages optiques, les modulateurs sont utilisés en transmission et non en réflexion.
On peut ainsi constituer un réseau de télécommunication à large bande hybride associant fibres optiques et paires de cuivre, qui comprend une tête de réseau abritant des matériels de commutation, de routage, de modulation et de conversion électrique-optique, des fibres optiques avec une portée allant de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres, et des éléments de
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raccordement entre fibres optiques et paires de cuivre, appelés dispositifs de raccordement hybride.
Ces dispositifs de raccordement hybride sont avantageusement raccordés en Y à des câbles transportant les signaux sous forme électrique et mettant en communication au moins un récepteur ou utilisateur final avec la tête de réseau. Ils peuvent être installés à côté de manchons d'épissurage et d'éclatement des câbles à paires de cuivre du réseau terminal de distribution téléphonique, les paires de cuivre en provenance des dispositifs de raccordement hybride étant raccordées en Y sur les paires épissurées dans les manchons voisins du réseau téléphonique. Dans ce cas la liaison entre tête de réseau et utilisateur final se superpose en fréquence à la liaison entre central téléphonique et utilisateur final, et en principe ne demande aucune modification du réseau terminal de distribution et de branchement. La transparence entre tête de réseau et modem chez le client sera ici entendue en ce sens que le dispositif de raccordement hybride n'effectue aucun traitement complexe, de routage, codage ou de modulation, et se limite à un changement du support physique.
De préférence, la correspondance entre les paires de cuivre sortant d'un dispositif de raccordement hybride et les paires de cuivre raccordées en Y est établie à travers une matrice de points de croisement télécommandée,
avantageusement en technologie MEMS ( Système MicroElectroMécanique ). A l'extrémité des quelques centaines de mètres de paires de cuivre, un modem placé chez l'utilisateur final convertit les signaux transmis par exemple en format VDSL en un format convenable pour la distribution sur le réseau domestique, préférentiellement sur les paires libres des câbles téléphoniques domestiques, avec des adaptateurs spécifiques aux différents terminaux, notamment des décodeurs numérique-analogique avec contrôle d'accès pour alimenter les postes récepteurs de télévision. Les dispositifs de raccordement hybride peuvent en outre être télé-alimentés en énergie depuis le central téléphonique le plus proche au moyen de quelques paires de cuivre empruntées au réseau téléphonique.
avantageusement en technologie MEMS ( Système MicroElectroMécanique ). A l'extrémité des quelques centaines de mètres de paires de cuivre, un modem placé chez l'utilisateur final convertit les signaux transmis par exemple en format VDSL en un format convenable pour la distribution sur le réseau domestique, préférentiellement sur les paires libres des câbles téléphoniques domestiques, avec des adaptateurs spécifiques aux différents terminaux, notamment des décodeurs numérique-analogique avec contrôle d'accès pour alimenter les postes récepteurs de télévision. Les dispositifs de raccordement hybride peuvent en outre être télé-alimentés en énergie depuis le central téléphonique le plus proche au moyen de quelques paires de cuivre empruntées au réseau téléphonique.
Le système opto-électronique de transmission entre tête de réseau et dispositifs de raccordement hybride utilise par exemple une source de lumière
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à large bande spectrale, par exemple de quelques dizaines de nanomètres d'étendue, à émission spontanée amplifiée (ou ASE, signifiant Amplified Spontaneous Emission ), ou de supercontinuum, ou d'un peigne de référence produit par verrouillage de mode et injection. On se reportera notamment au document de H. Takara et al. : More than 1000 channel optical frequency chain generation from single supercontinuum source with 12, 5 GHz channel spacing -Electronics Letters, 7th December 2000, Vol. 36, n 25, pp. 2089- 2090 pour un exemple de supercontinuum, et au document de M. Teshima et al. : 25 GHz spaced and over 3 THz-span optical frequency grids anchored at 193,1 THz using injection and mode-locked laser diode -ECOC 1997 IEE conference - publication n0448 pp. 241-244 pour un exemple du second procédé de génération d'un peigne régulier de porteuses optiques. Il emploie une ou plusieurs fibres optiques, et des optiques de couplage entre la source de lumière et la ou les fibre (s) optique (s). Ces optiques de couplage peuvent comprendre des réseaux de diffraction pour diviser le spectre de la source de lumière en une pluralité de taches distinctes les unes des autres par leur localisation spatiale et par leur longueur d'onde. Si l'on sépare, à l'aide un dispositif optique approprié, les deux polarisations linéaires de la lumière pour une même longueur d'onde, alors à chaque longueur d'onde sont associées deux taches distinguées par leurs localisations spatiales. On désignera dans la suite par paire virtuelle chacun de ces intervalles de longueur d'onde destiné à porter un signal de communication par modulation de son intensité lumineuse, ce signal étant transporté par les fibres optiques de ligne puis communiqué aux paires de cuivre par les dispositifs de raccordement hybride.
Ces dispositifs de raccordement hybride ont un volume de quelques litres, peuvent être télé-alimentés en énergie par le biais de paires de cuivre dédiées depuis le central téléphonique à cette tâche, et ne nécessitent, grâce à un répartiteur télécommandé, aucun déplacement de personnel en exploitation usuelle. Le traitement numérique des signaux, consistant notamment en un routage, un codage et une modulation, est entièrement effectué en tête de réseau. Les sources optiques de lumière non modulée sont préférablement en tête de réseau ou au central téléphonique le plus proche, et non pas dans le dispositif de raccordement hybride, de façon à améliorer la fiabilité de ce dispositif distant qui ne comporte alors que des circuits électroniques de
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traitement analogique de très faible puissance, des photodiodes et des modulateurs optiques quasi-passifs.
L'un des avantages de cette conception de modulateur par association, ou couplage, d'un réseau de diffraction et d'une pluralité des résonateurs optiques de type Fabry-Pérot associés à chaque tache lumineuse issue du réseau de diffraction est l'amplitude de la tension de commande nécessaire à la modulation : elle est dans ce type de dispositifs dix à vingt fois plus faible que celle nécessaire aux modulateurs électro-optiques utilisant la modulation de la polarisation de la lumière par commande de la biréfringence.
Le dispositif de raccordement hybride peut être complété par divers asservissements en boucle fermée commandant notamment le réglage des tensions continues de polarisation des modulateurs électro-optiques et le positionnement relatif des éléments optiques. Ces asservissements améliorent sensiblement la transmission du signal, notamment en évitant un signal de fond continu trop important et sans relation avec le signal transmis.
Chaque modulateur d'intensité lumineuse du dispositif de raccordement hybride comporte donc des moyens pour faire varier la longueur optique de sa cavité de Fabry-Pérot en fonction d'un signal électrique afin d'engendrer une modulation d'intensité de la lumière reçue à sa longueur d'onde d'accord. Ces moyens comprennent notamment une paire d'électrodes disposées de part et d'autre du matériau de ladite cavité, matériau de nature électro-optique capable de convertir la commande électrique reçue par ces électrodes en modification du comportement optique de ladite cavité. Chaque modulateur électro-optique comporte en outre une paire d'électrodes destinée au réglage de la tension continue de polarisation commandée par les divers asservissements. Ces deux paires d'électrodes, de modulation et de réglage, peuvent être, selon les modes de réalisation de la cavité de Fabry-Pérot, distinctes ou confondues, auquel cas la tension continue d'accord de la longueur d'onde de la cavité est superposée à la tension de modulation.
Un tel dispositif de raccordement hybride peut aussi être utilisé en tête de réseau pour l'émission de signaux dans le sens descendant. Dans ce cas il reçoit la lumière de la source de lumière par une première fibre optique, et
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renvoie la lumière modulée par une seconde fibre optique servant de fibre de ligne, jusqu'à un autre dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale de réseau. Le dispositif comprend alors dans ce cas deux entrées de fibres distinctes.
Les avantages du dispositif de l'invention présente par rapport à l'état de la technique sont notamment les suivants : (i) faibles tensions de commande des modulateurs par rapport à celles des dispositifs de l'art antérieur, (ii) absence de sources laser continues qui risquent de battre avec elle- même entre l'aller et le retour de l'onde optique, (iii) sources de lumière présentes seulement dans les têtes de réseau métropolitaines ou les centraux locaux et télé-alimentation en énergie depuis les centraux locaux, (iv) mise en correspondance télécommandée des paires réelles du réseau terminal et des paires virtuelles, par exemple si des groupes de paires virtuelles portent des services différents ou pour des opérations de test ou de réglage de paires virtuelles, (v) pas de déplacement de technicien pour la connexion ou la déconnexion de clients, et enfin (vi) faible encombrement des dispositifs de raccordement hybride, comparable à celui des manchons de protection des épissures de câbles à paires de cuivre près desquels ils sont installés. Les points (iii) et (iv) permettent une très faible maintenance au niveau des parties terminales de réseau.
Une variante avec fibre à l'immeuble (FTTB pour Fiber To The Building ) ou fibre à la maison (FTTH pour Fiber To The Home ) affecte un couple de longueurs d'onde à chaque dispositif de raccordement hybride placé en partie terminale de réseau avec démultiplexage dans le réseau des couples de longueurs d'onde. Le dispositif de raccordement hybride comportant un entrelacer ou un réseau de diffraction ne reçoit alors que deux longueurs d'onde différentes, l'une de ces deux longueurs d'onde sur un modulateur en réflexion identique à celui décrit ci-dessus, l'autre longueur d'onde sur un photorécepteur adjacent au modulateur précédent. La longueur d'onde arrivant sur le modulateur sert aux communications montantes, et celle arrivant sur le photodétecteur sert aux communications descendantes. En outre, le réseau de diffraction est dans ce cas asservi en angle d'incidence au maximum de puissance du signal reçu par le photodétecteur pour permettre de bien
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sélectionner le couple de longueurs d'onde voulu et de rester calé sur lui. Au lieu d'un couple de longueurs d'onde on peut avoir un groupe de longueurs d'onde, notamment trois longueurs d'onde adjacentes si on ajoute par exemple une longueur d'onde pour des services diffusés depuis la tête de réseau. Dans ce cas de trois longueurs d'onde adjacentes, un photorécepteur supplémentaire dédié à la longueur d'onde réservée aux services diffusés est rajouté dans le dispositif de raccordement hybride. Enfin une variante du dispositif de raccordement hybride avec m modulateurs et m photorécepteurs est utile dans les terminaux qui réalisent l'interconnexion maillée de m points entre eux, deux à deux, au moyen de 2m-1 longueurs d'ondes et d'un routeur optique passif. L'angle d'incidence sur le réseau de diffraction du terminal est asservi au moyen de la longueur d'onde à laquelle le terminal est, à travers le routeur, en communication avec lui-même, ce qui permet de n'avoir besoin que de m modulateurs et m récepteurs, au lieu de 2 m-1.
Un réseau de transmission selon l'invention comprend notamment au moins certains des éléments suivants : . une ou plusieurs sources de lumière de grande brillance spectrale, par exemple de type source de lumière spontanée amplifiée entre 1520 nm et 1560 nm environ. Une telle source est par exemple la sortie d'un amplificateur à fibres dopées aux terres rares, notamment à l'erbium, alimenté par des diodes électroluminescentes associées pour précompenser la variation de gain en fonction de la longueur d'onde de
l'amplificateur. Typiquement 40 uW à 80 uW sont délivrés par intervalle spectral de 0,2 nm avec ce type de source, alors que 10uW sont nécessaires par paire virtuelle et par sens de transmission. Cette source, selon son niveau de densité spectrale de puissance, peut servir pour plusieurs dispositifs de raccordement hybride placés en partie terminale de réseau qui peuvent alors recevoir des signaux optiques en provenance de la même tête de réseau, notamment des signaux provenant d'une même source de lumière et/ou d'un même modulateur optique. Cette source peut aussi être est placée dans le central téléphonique. Une autre source de lumière adaptée est une source impulsionnelle à spectre élargi de type supercontinuum dont la fréquence de répétition du laser
l'amplificateur. Typiquement 40 uW à 80 uW sont délivrés par intervalle spectral de 0,2 nm avec ce type de source, alors que 10uW sont nécessaires par paire virtuelle et par sens de transmission. Cette source, selon son niveau de densité spectrale de puissance, peut servir pour plusieurs dispositifs de raccordement hybride placés en partie terminale de réseau qui peuvent alors recevoir des signaux optiques en provenance de la même tête de réseau, notamment des signaux provenant d'une même source de lumière et/ou d'un même modulateur optique. Cette source peut aussi être est placée dans le central téléphonique. Une autre source de lumière adaptée est une source impulsionnelle à spectre élargi de type supercontinuum dont la fréquence de répétition du laser
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déclenché est par exemple 12, 5 GHz (soit 0,1 nm), ce qui donne un spectre de raies optiques cohérentes au pas de 12,5 GHz. Dans le cas où c'est un réseau arborescent spécifique qui alimente les dispositifs de raccordement hybrides en peigne de raie optique à moduler, la source peut être constituée d'un multiplex de lasers continus asservis en longueur d'onde sur une source de super continuum. Ce spectre, après répartition, égalisation et filtrage alimente une pluralité d'amplificateurs à fibre dopée à l'erbium, chacun fournissant un peigne de raies à plusieurs dispositifs de raccordement hybride. L'avantage de cette approche est un meilleur centrage de la position de la tache image sur le miroir d'entrée du résonateur optique servant de modulateur et une meilleure utilisation de la puissance de pompe des amplificateurs à fibre dopée à l'erbium. En effet ces amplificateurs ne sont plus chargés que par un peigne de raies, et non plus par un spectre continu dont une partie uniquement, environ la moitié de l'intervalle spectral, est susceptible d'être réfléchie par les modulateurs dans un état de transmission de 1 ; e un réseau optique d'alimentation des dispositifs de raccordement hybride fait de lignes optiques et de diviseurs de la puissance optique fournie par les amplificateurs optiques ; 'une fibre de ligne optique entre la tête de réseau et le dispositif de raccordement hybride pour ramener en retour le signal modulé, dans le sens montant de communication, c'est à dire le sens de transmission allant de l'utilisateur final vers la tête de réseau, sous forme de longueurs d'onde modulées par exemple par les porteuses montantes à 4523 kHz et
945 kBaud. Si cette fibre est aussi utilisée sur une longueur appréciable par le réseau optique d'alimentation, la source de lumière à employer sera de type source à émission spontanée amplifiée ou impulsionnelle (supercontinuum) pour éviter toute difficulté due au bruit de rétrodiffusion
Rayleigh cohérent produit sur ce parcours ; 'une fibre de ligne différente, ou une autre longueur d'onde sur la même fibre, pour apporter au dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale de réseau les longueurs d'onde modulées en tête de
945 kBaud. Si cette fibre est aussi utilisée sur une longueur appréciable par le réseau optique d'alimentation, la source de lumière à employer sera de type source à émission spontanée amplifiée ou impulsionnelle (supercontinuum) pour éviter toute difficulté due au bruit de rétrodiffusion
Rayleigh cohérent produit sur ce parcours ; 'une fibre de ligne différente, ou une autre longueur d'onde sur la même fibre, pour apporter au dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale de réseau les longueurs d'onde modulées en tête de
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réseau correspondant au sens descendant de transmission, c'est à dire allant de la tête de réseau vers l'utilisateur final ; . un dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale de réseau à l'extrémité de chaque fibre et comprenant au moins des optiques de couplage entre la ou les fibre (s) optique (s) et un ensemble de modulateurs, cette optique de couplage incluant au moins un réseau de diffraction. Le réseau de diffraction disperse par exemple le faisceau délivré par la fibre monomode en 128 taches, avec des aberrations d'optique géométriques, à savoir des aberrations sphériques, de coma, de courbure de champ..., suffisamment faibles pour que chaque tache image issue de l'optique de couplage ait des dimensions comparables à celles de la tache source, du moins dans le plan de dispersion en longueur d'onde. Une séparation spatiale des polarisations optiques s et p de la lumière sortant de la fibre optique, ces polarisations étant repérées par rapport au réseau de diffraction, de par exemple 120 micromètres entre les taches associées à chaque polarisation, distance de séparation selon la direction perpendiculaire au plan de la dispersion en longueur d'onde, peut être effectuée par emploi d'une lame de Jamin ou walk off plate disposée entre l'arrivée de la ou des fibre (s) optique (s) et le réseau de diffraction. La polarisation p peut-être alors à ce niveau convertie en polarisation s par une lame demi-onde, puis retransformée en polarisation initiale p après son double passage sur le réseau de diffraction.
L'ensemble de modulateurs est constitué par un réseau linéaire de modulateurs pouvant fonctionner en réflexion, ou encore une paire de réseaux linéaires parallèles séparés de la distance entre les faisceaux correspondant aux deux polarisations, comprenant par exemple 128 modulateurs ou paires de modulateurs, l'espacement entre modulateurs étant occupé par des électrodes de polarisation recouvertes de matériau absorbant optiquement, et la largeur de chaque modulateur déterminant les intervalles autour des longueurs d'onde affectées à chaque paire virtuelle ainsi que la diaphonie entre elles. La lumière est renvoyée par réflexion par les modulateurs et, selon le principe du retour inverse de la lumière, traverse l'optique de couplage, et notamment le
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réseau de diffraction qui regroupe alors les faisceaux de toutes les longueurs d'onde, et revient à l'entrée de la fibre de ligne ou, grâce à un décalage angulaire, vers une fibre de ligne distincte de la fibre apportant le spectre non modulé ; . un dispositif d'asservissement lent en boucle fermée réalisant avec précision des réglages et des ajustements des positions relatives des différents composants optiques ou électro-optiques du dispositif de raccordement hybride. Ces réglages et ajustements utilisent par exemple les modulateurs situés aux extrémités et au centre des réseaux linéaires de modulateurs, les paires virtuelles correspondantes étant ainsi employées seulement aux réglages et ajustements des optiques obtenus par des déplacements d'une fraction de micromètre de certains éléments, déplacements actionnés par exemple à l'aide d'actionneurs piézo- électriques ; . dans le dispositif de raccordement hybride, un dispositif de photoréception, dans lequel, préférablement, un seul passage sur le réseau de diffraction est réalisé. Le photorécepteur est par exemple un réseau linéaire de photodiodes, la dimension des photodiodes étant choisie pour correspondre aux taches images après dispersion. Les diodes extrêmes et centrales de ce réseau linéaire pourront être employées aux asservissements lents en boucle fermée des réglages et ajustements des positions relatives des éléments optiques et électro-optiques ; . une matrice à points de croisement placée entre le dispositif de raccordement hybride et les raccordements en Y, c'est à dire entre les modulateurs et les lignes transportant des signaux électriques. Cette matrice, par exemple à 128 entrées et 512 sorties, pouvant être un répartiteur électronique ou micro-électronique télécommandé, est reliée aux paires de cuivre sortant du dispositif de raccordement hybride, et permet de faire correspondre n'importe laquelle des paires virtuelles à n'importe laquelle des paires de cuivre de sa sortie. Ces paires de cuivre de sa sortie sont raccordées en Y aux paires de cuivre de distribution à l'intérieur des manchons d'épissurage voisins du réseau téléphonique.
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Pour augmenter le rendement de fabrication on pourra tolérer un certain nombre de paires virtuelles hors spécification, par exemple quelques pourcent de photodiodes ou de modulateurs défectueux, ou réservées à des fonctions de télégestion et de télémétrie : à 128 paires virtuelles d'un dispositif de raccordement hybride peuvent ne correspondre qu'environ 110 paires effectivement utilisables pour la transmission de communications. Ce répartiteur télécommandé peut assurer en outre le transfert d'une paire de cuivre côté utilisateur final depuis une paire virtuelle à une autre lors de certains réglages périodiques de la fréquence de résonance et du minimum de réflexion des modulateurs.
Les fonctions suivantes sont aussi prévues par l'invention : . utilisation en tête de réseau d'un codage delta-sigma à deux ou plusieurs niveaux pour la représentation des signaux électriques en vue de leur transmission optique. Un tel suréchantillonnage adapté a pour but de simplifier la restitution des signaux analogiques du multiplex formé par exemple de deux porteuses à 2228 kHz et 6885 kHz modulées en 2mQAM ; * en tête de réseau, un module électronique, par exemple CMOS, d'horloge pouvant être autour de 300 MHz, avec au moins une électrode de circuit intégré attribuée à chaque modulateur optique et/ou photorécepteur, assure la modulation ou la démodulation, les fonctions annexes de gestion et de paquetisation, et une introduction de codes correcteurs d'erreurs, selon les stipulations de la norme utilisée.
L'ensemble des utilisateurs finals desservis par un même couple modulateur-photorécepteur en tête de réseau est identifié au niveau du routeur qui assure l'accès IP et la sélection des programmes de télévision ou de radio, comme par exemple deux interfaces Gigabit Ethernet. Pour cela le routeur comprend un certain nombre d'interfaces à haut débit portant un multiplex temporel et/ou de paquets. Au niveau du dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale du réseau, au moins une électrode de circuit intégré est aussi affectée à chaque ligne transportant des signaux électriques associée à une longueur d'onde ;
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. communication au dispositif de raccordement hybride en utilisant au moins une longueur d'onde de l'horloge de ré-échantillonnage pour régénérer les signaux numériques multi-niveaux ; . régénération à un ou à plusieurs niveaux des impulsions O et 1 et conversion numérique-analogique réalisée par un filtre passe-bas RC d'ordre convenable, ces deux opérations étant réalisées au niveau du dispositif de raccordement hybride distant ; . traitement de ces impulsions avec des amplificateurs de classe D pour réduire la consommation électrique du dispositif de raccordement hybride distant ; . modulation analogique effectuée dans le dispositif de raccordement hybride pour la porteuse montante, par exemple à 4523 kHz, ou codage delta-sigma plus sommaire de suréchantillonnage convenable ; . en tête de réseau, de façon à réduire l'investissement initial, multiplexage sommaire en longueurs d'onde de groupes de paires virtuelles pour mettre en correspondance un seul module en tête de réseau, par exemple à 112 paires virtuelles exploitables, et plusieurs dispositifs de raccordement hybrides, par exemple trois dispositifs de raccordement hybrides, chacun pouvant utiliser 30 paires virtuelles. Les signaux optiques destinés à des dispositifs de raccordement hybride différents sont alors distingués par des multiplexeurs-démultiplexeurs placés sur les fibres optiques reliant à la tête de réseau chaque dispositif de raccordement hybride placé en partie terminale de réseau, ces multiplexeurs-démultiplexeurs séparant les groupes de longueurs d'onde adjacentes selon le sens de transmission montant ou descendant ; . dans le cas d'une architecture fibre à l'immeuble ou fibre à la maison ces multiplexeurs-démultiplexeurs de couples de paires virtuelles, une pour chaque sens montant et descendant, sont placés dans le réseau de distribution terminal et non dans la tête de réseau, et le dispositif de raccordement hybride est réduit à deux paires virtuelles, une par sens de transmission montant et descendant.
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Le système"fibre à l'immeuble"sert aussi pour des réseaux privés, ou local area network organisés en structure étoilée.
Par ailleurs, le dispositif de raccordement hybride avec une pluralité de modulateurs et de récepteurs peut servir de terminal dans les réseaux où m terminaux sont raccordés deux à deux à travers un routeur optique à deux rangées de m fibres, chaque terminal étant raccordé au routeur par deux fibres, une pour chaque sens de transmission.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples non limitatifs d'architectures de réseaux incorporant l'invention et de modes de réalisation pour le dispositif de raccordement hybride, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 montre un exemple de topologie de réseau incorporant un dispositif de raccordement hybride ; la figure 2 montre plus en détail un exemple de cette architecture avec les opérations de sélection et de routage en tête de réseau, les fonctionnalités du dispositif de raccordement hybride ainsi qu'une configuration de réseau domestique possible ; la figure 3 montre schématiquement le détail du contenu du dispositif de raccordement hybride avec ses trois niveaux : optoélectronique, électronique et connectique de paires de cuivre ; la figure 4 montre les fonctions de l'électronique active et passive dans le dispositif de raccordement hybride distant de la tête de réseau ; la figure 5 montre la réflectance d'une cavité Fabry-Pérot en fonction de l'atténuation interne exprimée en um'\ pour un miroir d'entrée de réflectance 70% et un miroir de sortie de réflectance 98%, une épaisseur de cavité de 30 um environ, une longueur d'onde de 1,54 um et un indice optique dans la cavité de 2,3 ; la figure 6 montre un exemple de montage optique utilisant un doublet aplanat avec une fibre bidirectionnelle ;
La figure 1 montre un exemple de topologie de réseau incorporant un dispositif de raccordement hybride ; la figure 2 montre plus en détail un exemple de cette architecture avec les opérations de sélection et de routage en tête de réseau, les fonctionnalités du dispositif de raccordement hybride ainsi qu'une configuration de réseau domestique possible ; la figure 3 montre schématiquement le détail du contenu du dispositif de raccordement hybride avec ses trois niveaux : optoélectronique, électronique et connectique de paires de cuivre ; la figure 4 montre les fonctions de l'électronique active et passive dans le dispositif de raccordement hybride distant de la tête de réseau ; la figure 5 montre la réflectance d'une cavité Fabry-Pérot en fonction de l'atténuation interne exprimée en um'\ pour un miroir d'entrée de réflectance 70% et un miroir de sortie de réflectance 98%, une épaisseur de cavité de 30 um environ, une longueur d'onde de 1,54 um et un indice optique dans la cavité de 2,3 ; la figure 6 montre un exemple de montage optique utilisant un doublet aplanat avec une fibre bidirectionnelle ;
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les figures 7a à 7e montrent un exemple de montage optique non réciproque pour les modulateurs, la fibre de ligne étant différente de la fibre qui apporte le spectre non modulé ; les figures 8a et 8b montrent un exemple de correction de la courbure de champ et de collimation donnant une forme elliptique au faisceau gaussien par collimation dans le plan vertical perpendiculaire au plan de dispersion, avec une combinaison optique schématisée par une lentille cylindrique unique commune à tous les modulateurs ; la figure 9 montre un exemple de collimation à effet dans le plan de dispersion avec un réseau linéaire de micro-lentilles, chaque micro-lentille étant associée à un modulateur ; les figures 10 et 11 montrent deux configurations possibles des électrodes pour une paire de modulateurs. Chaque configuration correspond à une orientation différente du champ électrique de polarisation du matériau électro-optique : la figure 10 pour un champ de polarisation parallèle au plan de dispersion, et la figure 11 pour un champ de polarisation perpendiculaire au plan de dispersion ; la figure 12 montre un exemple de structure de l'ensemble de modulateurs avec miroir collectif plan ; la figure 13 montre un exemple de structure de l'ensemble de modulateurs avec micro-miroirs supérieurs convexes individuels pour chaque modulateur ; la figure 14 montre le principe d'un réglage collectif grossier de la longueur d'onde d'accord des modulateurs réalisé par de très petits déplacements du miroir supérieur ; la figure 15 montre le principe d'un réglage individuel grossier de la longueur d'onde d'accord des modulateurs réalisé par des cellules à cristaux liquides définies par des électrodes transparentes correspondant chacune à un modulateur ; la figure 16 montre le principe du réglage avec asservissement des fréquences de résonance des modulateurs. Ce réglage procède par analyse de
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la lumière transmise à travers les résonateurs de Fabry-Pérot après renvoi de cette lumière par un prisme à angle droit et modulation de phase de la lumière transmise à travers le modulateur en cours de réglage ; la figure 17 montre, pour le montage de la figure 16, une variante de sélection du modulateur en cours de réglage employant une lame de cristaux liquides disposée sur le prisme de renvoi ; les figures 18a et 18b montrent un exemple d'architecture fibre à l'immeuble ou fibre à la maison sans émetteur optique dans le terminal, en multiplexage dense de longueurs d'onde à découpage spectral ; les figures 19a à 19e montrent l'architecture VDSL (figures 19a et 19b) et la structure du dispositif hybride (figures 19c, 19d et 19e) pour certaines hypothèses de répartition des porteuses optiques affectées aux sens montant et descendant ; les figures 20a et 20b montrent l'architecture d'un réseau à routeur (figure 20a) et une structure du dispositif de raccordement hybride (figure 20b) appliqué à ce type de réseau.
Sur la base de ces figures des exemples de réalisations particulières sont expliqués ci-après :
La figure 1 montre le principe d'un réseau VDSL avec quelques centaines de mètres de paires de cuivre 5 entre le modem de l'utilisateur final 6 et le dispositif de raccordement hybride 3 qui assure l'interface optique- électrique, le prolongement par la fibre optique 2 vers l'amont des paires de cuivre sur plusieurs kilomètres, et la tête de réseau 1. La transmission optique est transparente pour les porteuses du plan de fréquence défini par la norme ETSI en référence, tout le traitement numérique de modulation, de sélection et de routage étant fait en tête de réseau. 4 est une matrice télécommandée de points de croisement électriques employés entre 1 MHz et 12 MHz.
La figure 1 montre le principe d'un réseau VDSL avec quelques centaines de mètres de paires de cuivre 5 entre le modem de l'utilisateur final 6 et le dispositif de raccordement hybride 3 qui assure l'interface optique- électrique, le prolongement par la fibre optique 2 vers l'amont des paires de cuivre sur plusieurs kilomètres, et la tête de réseau 1. La transmission optique est transparente pour les porteuses du plan de fréquence défini par la norme ETSI en référence, tout le traitement numérique de modulation, de sélection et de routage étant fait en tête de réseau. 4 est une matrice télécommandée de points de croisement électriques employés entre 1 MHz et 12 MHz.
L'exemple d'architecture de réseau détaillé sur la figure 2 fait apparaître dans la tête de réseau métropolitaine 11 pouvant desservir 200 000 à 500 000 utilisateurs finals une fonction de sélection et de routage 12 réalisée avec des interfaces Gigabit Ethernet (deux telles interfaces par groupe d'une centaine
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d'utilisateurs finals) pour un service tel que le plan A4-01 OAG-R1 décrit dans la norme VDSL précitée. Deux interfaces optiques assurent la modulation 13a et la démodulation 13b du signal en tête de réseau. La bande optique de 40 nm correspondant à une centaine de paires virtuelles peut, pour améliorer la progressivité de l'investissement en tête de réseau, être sommairement découpée en trois groupes d'une trentaine de paires virtuelles par le filtre optique 14. Le dispositif de raccordement hybride 3 est placé dans une chambre souterraine 15 à côté des manchons 16 de protection des épissures de câbles de paires de cuivre de distribution téléphonique, par exemple pour l'éclatement de deux câbles de 224 paires de cuivre en chacun 8 câbles de 28 paires de cuivre. Certains de ces câbles desservant des immeubles proches sont raccordés chez des utilisateurs finals des divers opérateurs exploitant les paires de cuivre de l'opérateur historique, d'autres peuvent être tenus en réserve pour des extensions futures du réseau téléphonique. Par exemple les
112 paires de cuivre sortant du dispositif de raccordement hybride sont reliées par une matrice de croisement télécommandée 4 à 448 paires de cuivre, ellesmêmes raccordées en Y à 448 paires de cuivre prises dans des manchons 16 correspondant aux immeubles les plus proches.
112 paires de cuivre sortant du dispositif de raccordement hybride sont reliées par une matrice de croisement télécommandée 4 à 448 paires de cuivre, ellesmêmes raccordées en Y à 448 paires de cuivre prises dans des manchons 16 correspondant aux immeubles les plus proches.
Dans le cas où le filtre optique 14 inactive certaines paires virtuelles, la matrice spatiale télécommandée 4 n'assure la mise en correspondance que des paires virtuelles activées, par exemple une trentaine de paires virtuelles seulement, avec certaines des 448 paires de la chambre souterraine 15.
Quelques paires sont en outre réservées à la télé-alimentation du dispositif de raccordement hybride depuis le central téléphonique local 17.
Chez l'utilisateur final 18 raccordé au service VDSL, le modem 19 restitue des interfaces, par exemple de type 10/100 Base T ou home phone network alliance , ou encore VDSL, pour aller sur des paires de cuivre libres de l'installation téléphonique intérieure 20 ou utilisées pour le seul service téléphonique de base, afin d'alimenter des adaptateurs spécifiques à chaque terminal 21. Par exemple pour un téléviseur 22 ce terminal est un décodeur- désembrouilleur à carte à mémoire, tout en assurant la retransmission des télécommandes vers le système de sélection et de routage placé en tête de
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réseau, ainsi que la retransmission des paquets de données correspondant par exemple à d'autres services tels que la VOIP (voix sur IP) pour la télécommande par l'utilisateur de services interactifs à la voix, sans clavier.
Pour ne pas perturber les services ADSL, la bande VDSL n'emploie que les fréquences supérieures à 1 MHz environ.
Le dispositif de raccordement hybride de quelques litres de volume comprend, selon la figure 3, des composants optiques, dont une optique de couplage 31 incluant un réseau de diffraction 32. Ce réseau de diffraction a pour dimensions 7 cm x 3 cm dans le cas d'un réseau de 1200 traits par millimètre et un écart de 12,5 GHz entre porteuses optiques. Le dispositif de raccordement hybride comprend aussi des composants électro-optiques et électroniques passifs pour chaque sens de transmission. Ces composants raccordés par un connecteur à 128 broches 33 à des fonctions électroniques de filtrage 34 et d'amplification 35 pour chacun des sens de transmission. Les convertisseurs d'alimentation 36, l'électronique d'équilibrage des impédances de ligne 37, la télégestion et les asservissements portés par un processeur 38 complètent la couche électronique. La plaque de connectique des paires de cuivre 39 assure l'interface avec la matrice de points de croisement 40. Selon les contraintes juridiques liées au dégroupage des réseaux des opérateurs de télécommunication, la fonction de répartiteur de la matrice de points de croisement peut être située dans le dispositif de raccordement hybride, comme illustré sur la figure 3 ou à côté, comme illustré sur la figure 1.
La figure 4 montre plus en détail les fonctions de l'électronique passive et active et leur enchaînement. Le signal, par exemple vidéo analogique entre 0,9 MHz et 8,5 MHz codé en delta-sigma pour la transmission optique, est régénéré et converti en analogique de façon usuelle (voir notamment le manuel de D. A. Johns et Ken Martin Analog integrated circuit design - John Wiley -
1997-chapitre 14 : Oversampling Converters) par un filtre passe-bas RC 41, puis amplifié par le réseau de transistors 42 alimentant un transformateur différentiel 2 fils-4 fils 43 et un équilibreur 44 terminant le circuit à 2 fils. 45 est un traitement optionnel de soustraction des brouilleurs à mode commun et 46 un amplificateur correcteur alimentant l'ensemble de modulateurs. 49 est un filtre passe-bande pour la voie montante entre 4 MHz et 5 MHz.
1997-chapitre 14 : Oversampling Converters) par un filtre passe-bas RC 41, puis amplifié par le réseau de transistors 42 alimentant un transformateur différentiel 2 fils-4 fils 43 et un équilibreur 44 terminant le circuit à 2 fils. 45 est un traitement optionnel de soustraction des brouilleurs à mode commun et 46 un amplificateur correcteur alimentant l'ensemble de modulateurs. 49 est un filtre passe-bande pour la voie montante entre 4 MHz et 5 MHz.
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Une ou plusieurs des paires virtuelles, c'est à dire les longueurs d'onde associées, sont utilisées pour communiquer des horloges et les références nécessaires à la régénération des impulsions transmises par les autres paires virtuelles. Ces impulsions sont converties en analogique par filtrage passe-bas d'ordre suffisant, avant l'amplificateur terminal, ou même après cette amplification qui peut avantageusement être réalisée en classe D afin de réduire la consommation électrique du dispositif de raccordement hybride distant télé-alimenté.
Les parafoudres 47 et la matrice de croisement télécommandée 48 complètent le dispositif.
Par ailleurs, le dispositif de raccordement hybride peut être alimenté en énergie électrique par au moins l'une des lignes transportant des signaux électriques le reliant au reste du réseau téléphonique.
Pour une portée de 400 m de paires de cuivre 4/10ème, avec en sus
100 m de câble de branchement et de câblage intérieur en 6/10eme, les affaiblissements des porteuses 1 D, 2D, 1 U du plan de fréquence VDSL cité cidessus sont environ de 20 dB, 34 dB et 28 dB, ce qui assure pour la densité spectrale de puissance permise par la norme ETSI en référence un rapport de porteuse à bruit de l'ordre de 30 dB au moins dans le cas le plus défavorable.
100 m de câble de branchement et de câblage intérieur en 6/10eme, les affaiblissements des porteuses 1 D, 2D, 1 U du plan de fréquence VDSL cité cidessus sont environ de 20 dB, 34 dB et 28 dB, ce qui assure pour la densité spectrale de puissance permise par la norme ETSI en référence un rapport de porteuse à bruit de l'ordre de 30 dB au moins dans le cas le plus défavorable.
Cette réduction de la portée par rapport aux valeurs théoriques calculées laisse des marges de fonctionnement ainsi que des marges pour le bruit de quantification introduit par le sur-échantillonnage delta-sigma pour un débit numérique en ligne de l'ordre de 300 Mbits/s. Le synchronisme des modulations des 128 paires facilite la régénération du signal à partir d'une horloge transmise sur l'une des paires virtuelles, ainsi que l'échantillonnage de la voie montante, qui si elle n'est pas transmise en analogique, l'est préférentiellement en delta-sigma à simple intégration pour simplifier les circuits analogiques de traitement.
La formule théorique donnant la fréquence de suréchantillonnage est : féch = 22 (NT-NC)/ i) 2 n B/ [ (7. (2N+1)) ] avec NT désignant le nombre de bits désiré pour le codeur flash équivalent, NC le nombre de bits des codeurs analogique-numérique et numérique-analogique
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employés, N l'ordre d'intégration du codeur, et B la bande de base. En prenant NC=1, N=1, B=5,2 MHz pour la voie montante, fech vaut 250 MHz environ pour NT= 7 bits, et 380 MHz pour NT=8 bits. Dans le sens descendant on prend préférentiellement NT=8, NC=1, N=2 et B=12 MHz, ce qui conduit à 300 MHz environ. Pour limiter la valeur de NT et la fréquence d'échantillonnage, on préfère utiliser les modulations QAM dont le facteur de crête est sensiblement plus faible que celui des modulations DMT ( Digital Multi Tone ). D'autres compromis sont évidemment possibles selon la vitesse des modulateurs et la complexité des traitements électroniques, par exemple N=3, NC=2, B=9 MHz, NT=9 donne 145 MBaud pour la voie descendante.
Le réseau linéaire de modulateurs constituant l'ensemble de modulateurs se présente sous la forme d'une barrette de modulateurs formés de cavités Fabry-Pérot définies par des miroirs diélectriques, et ayant par exemple les dimensions suivantes : largeur de 30 um selon la direction de dispersion, épaisseur de 5 à 10 pm dans la direction des faisceaux lumineux
incidents, et hautes de 40 à 80 um dans la direction perpendiculaire au plan de dispersion, au pas de 37 um dans le sens longitudinal de la barrette. L'épaisseur des cavités d et la variation An de l'indice sont en effet liées par les relations suivantes données pour n=2,3 :
B (GHz) d (micromètres) < 57 T (%)
An/n (exprimé en dix-millièmes) > 0,05 B (GHz) + 10,7 T (%) d (micromètres) où B (GHz) est la demi-bande optique occupée par le spectre optique de la porteuse modulée d'une voie montante ou descendante, T (%) la transparence équivalente des miroirs de la cavité exprimée en pour-cent, égale à 314/ (finesse de la cavité).
incidents, et hautes de 40 à 80 um dans la direction perpendiculaire au plan de dispersion, au pas de 37 um dans le sens longitudinal de la barrette. L'épaisseur des cavités d et la variation An de l'indice sont en effet liées par les relations suivantes données pour n=2,3 :
B (GHz) d (micromètres) < 57 T (%)
An/n (exprimé en dix-millièmes) > 0,05 B (GHz) + 10,7 T (%) d (micromètres) où B (GHz) est la demi-bande optique occupée par le spectre optique de la porteuse modulée d'une voie montante ou descendante, T (%) la transparence équivalente des miroirs de la cavité exprimée en pour-cent, égale à 314/ (finesse de la cavité).
Ces cavités sont gravées dans une plaquette de matériau électrooptique déposé sur ou assemblé avec un substrat de silicium, lui-même gravé pour définir initialement l'écart d'épaisseur géométrique entre les cavités. Le réglage fin de l'épaisseur optique de chaque cavité est obtenu par application d'une tension continue d'asservissement assurant le minimum de réflectance pour les O de la modulation. Dans la pratique, ce réglage est effectué en maximalisant la puissance lumineuse traversant la cavité et envoyée ensuite
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sur un photodétecteur, placé derrière l'ensemble des modulateurs selon le montage de la figure 16, en utilisant une photodiode 116 de qualité usuelle, ou derrière chaque résonateur selon le montage de la figure 14, en utilisant des photodiodes 106... 107 à faible coût du genre Schottky Silicium-Platine ou Silicium-Paladium réalisées par pulvérisation et recuit. Si le matériau électrooptique présente des pertes, leur effet sur le zéro est compensé par emploi d'une cavité avec un miroir d'entrée moins réfléchissant que le miroir arrière.
La figure 5 montre comment, dans le cas ri= 70%, r2= 98%, a en um'\ à multiplier par 104 pour passer en cm', il convient en général de séparer les trois fonctions de réglage du zéro, de réglage de la résonance de la cavité et de modulation par modification de la longueur optique de la cavité, par exemple en ayant trois parties couplées dans la cavité. Le réglage fin du minimum de réflectance pour les O est appelé dans la suite réglage de la profondeur de modulation.
La figure 5 montre comment, dans le cas ri= 70%, r2= 98%, a en um'\ à multiplier par 104 pour passer en cm', il convient en général de séparer les trois fonctions de réglage du zéro, de réglage de la résonance de la cavité et de modulation par modification de la longueur optique de la cavité, par exemple en ayant trois parties couplées dans la cavité. Le réglage fin du minimum de réflectance pour les O est appelé dans la suite réglage de la profondeur de modulation.
Selon une autre approche les réglages de la longueur d'onde d'accord des modulateurs sont effectués par des éléments électro-optiques à variation importante mais lente de l'indice de réfraction, par exemple la variation de l'indice de réfraction de cristaux liquides en fonction de leur orientation, ces éléments électro-optiques formant une partie de la cavité des résonateurs.
Dans ce cas, les cavités de Fabry-Pérot de l'ensemble de modulateurs ont chacune une portion formée de cristaux liquides et des moyens d'accord par ajustement de l'indice optique des cristaux liquides de chaque cavité de FabryPérot. Une autre forme de préréglage des longueurs d'onde de résonance des cavités des résonateurs est obtenue par ajustement géométrique de ces cavités fixe ou à commande électrostatique, par exemple tel que représenté sur les figures 12 et 13.
Les 1 de la modulation sont réalisés par décalage de la longueur d'onde d'accord du modulateur, par exemple de 3 fois la largeur de l'intervalle spectral présent autour de la longueur d'onde centrale de la lumière reçue par ce modulateur, ce décalage étant choisi en fonction de la finesse du résonateur, elle-même dépendant de la réflectivité des miroirs et de l'absorption de la cavité, et de la tension de commande de modulation réalisable compte tenu des contraintes de dissipation et du matériau électro-
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optique ou électrostrictif employé. La largeur 2xB de l'intervalle spectral d'une paire virtuelle sera de l'ordre de 20 GHz, soit 0,16 nm, eu égard à la contrainte propre au découpage spectral d'une bande de lumière spontanée qui est que le rapport (largeur de bande optique) / (largeur de bande électrique) détermine le maximum du rapport signal à bruit de la liaison optique. Cette condition est très relâchée pour des sources impulsionnelles cohérentes comme le supercontinuum.
La modulation correspondant au signal est réalisée par effet électrooptique rapide ou par l'injection de porteurs libres dans une lame de silicium.
Dans ce dernier cas, pour assurer un asservissement thermique local, deux diodes PIN sont accouplées sur un même support de silicium pour chaque cavité de Fabry-Pérot, l'une étant placée à l'intérieur de ladite cavité et alimentée pour réaliser l'injection de porteurs libres qui engendre la modulation d'intensité lumineuse, l'autre diode PIN étant placée en dehors de ladite cavité et alimentée de façon que la somme des courants passant dans les deux diodes soit approximativement constante à une valeur nécessaire à l'accord de ladite cavité.
Une autre méthode de modulation de l'intensité lumineuse à la longueur d'onde d'accord du modulateur consiste à faire varier le gain ou l'absorption optique de sa cavité de Fabry-Pérot en fonction d'un signal électrique (voir le brevet français FR 92 07182 (15-06-1992) de Raj et al. : Procédé et dispositif de modulation et d'amplification de faisceaux lumineux ).
Les mêmes principes de modulation en réflexion, d'asservissement de la longueur d'onde d'accord et de réglage de la profondeur de modulation sont appliqués à un système à multiplexage dense de longueurs d'ondes (DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing ) de type fibre à l'immeuble (FTTB) ou fibre à la maison (FTTH) où des couples de plages de longueurs d'ondes sont démultiplexées par un composant à réseau de diffraction placé dans le réseau de distribution, chaque terminal dans l'immeuble ou la maison ne recevant sur la fibre de branchement que le couple de longueurs d'ondes qui lui est destiné. Ces deux longueurs d'onde sont, dans le terminal, alors séparées par un entrelacer ou un réseau diffraction. Les taches
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correspondantes envoyées à un photorécepteur et à un modulateur en réflexion. L'angle d'incidence du faisceau délivré par la fibre de ligne sur le réseau de diffraction est asservi via le photorécepteur. Plusieurs dizaines de terminaux peuvent ainsi partager la même fibre de ligne, sans avoir besoin de sources lumineuses laser à longueur d'onde variable, le terminal de l'utilisateur final ne comportant, en plus des photorécepteurs, pour le service Ethernet 10/100Base T qu'un modulateur à lame de silicium.
Une lentille cylindrique, faisant partie de l'optique de couplage, améliore la collimation de chaque faisceau lumineux créé par le réseau de diffraction, cette collimation intervenant dans le plan perpendiculaire au plan de dispersion et sur l'entrée de chaque résonateur. Cette meilleure collimation réduit la réflectance résiduelle à la résonance due à l'inclinaison des rayons extrêmes du faisceau incident sur l'entrée des résonateurs. Cette lentille cylindrique peut être remplacée par une pluralité de micro-lentilles cylindriques, chacune d'elles étant associée individuellement à un modulateur.
La variation de la réflectance d'une cavité de Fabry-Pérot selon les deux paramètres de l'angle d'incidence des rayons sur les miroirs de la cavité d'une part, et l'écart de la longueur optique de la cavité à la condition de résonance d'autre part, est donné par les relations suivantes, connues du spécialiste opticien avec les notations ri et r2 pour la réflectance des miroirs, 8 pour l'angle d'incidence interne à la cavité, d l'épaisseur de la cavité, n l'indice de réfraction du matériau la remplissant, et a l'affaiblissement linéïque de ce matériau : R (v) = U/V étant le coefficient de réflexion de la cavité en fonction de v c avec
U= (ri 1/2 ~ r2 1/2 exp (-a d sec 8)) 2 + 4 (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8) sinp V= (1- (ri r2) 1/2 exp (-a d sec 8)) 2 + 4 (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8) sin 29 avec (p= 2 n : n d cos 6/ = Tiv/vF et vp = c/ (2 n d cos 6), ou encore R (v) = 1-A/ (1+ (2 F/sinTrv/vp)) F = n (ri r2) 1/4 exp (-you d sec 8)/ ( (1- (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8)) étant la finesse du résonateur de Fabry-Pérot.
U= (ri 1/2 ~ r2 1/2 exp (-a d sec 8)) 2 + 4 (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8) sinp V= (1- (ri r2) 1/2 exp (-a d sec 8)) 2 + 4 (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8) sin 29 avec (p= 2 n : n d cos 6/ = Tiv/vF et vp = c/ (2 n d cos 6), ou encore R (v) = 1-A/ (1+ (2 F/sinTrv/vp)) F = n (ri r2) 1/4 exp (-you d sec 8)/ ( (1- (r1 r2) 1/2 exp (-a d sec 8)) étant la finesse du résonateur de Fabry-Pérot.
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L'intégration en angle sur un faisceau gaussien elliptique et sur l'étendue spectrale [-B, +B] de ce faisceau autour de la longueur d'onde d'accord donne la réflectance minimale pour un O.
Quoique, comme le montre sur un exemple la figure 5, pour r1 < r2 il existe une valeur de l'affaiblissement annulant la réflexion en incidence normale pour la longueur d'onde d'accord, pour les surtensions pratiquement réalisables l'épaisseur de la cavité d = c/ (2 n YF cos 8) est limitée supérieurement par une condition du genre YF/F > 3,7 B déduite de la condition que la réflexion à la résonance soit inférieure à 10% de la valeur obtenue dans le cas d'une cavité en incidence normale remplie de matériau à très faible perte.
Pour la transmission du 1 , il convient de modifier la longueur d'onde de résonance de la cavité d'une quantité suffisante de façon à ce que la réflectance moyenne sur l'intervalle spectral [-B, +B] autour de la longueur d'onde d'accord soit élevée. Par exemple pour 0,5 dB de réduction de la puissance réfléchie entre les l et les 0 , le décalage requis est de 6 à 7 B, soit, en valeur relative du décalage de la fréquence de résonance,
80 GHz/194 THz = 4 10-4, compatible avec des valeurs réalistes de la tension de modulation à appliquer au résonateur. Ceci représente une variation de la longueur optique de la cavité 10 à 20 fois plus faible que celle demandée par l'emploi d'effets de biréfringence pour des configurations présentant des dimensions comparables.
80 GHz/194 THz = 4 10-4, compatible avec des valeurs réalistes de la tension de modulation à appliquer au résonateur. Ceci représente une variation de la longueur optique de la cavité 10 à 20 fois plus faible que celle demandée par l'emploi d'effets de biréfringence pour des configurations présentant des dimensions comparables.
Pour la réalisation des miroirs des cavités on se reportera par exemple au manuel de C. Willmsen et al. Vertical cavity surface-emitting lasers ,
Cambridge University Press, 2000, pp. 1967-1968. Un empilement de plusieurs couches de silicium amorphe d'indice de réfraction n = 3,6 et de matériau à faible indice de réfraction tel que la silice, l'alumine ou l'oxyde de magnésium, d'indices de réfraction respectifs n=1,45, 1,74 et 1,71 convient, les deux derniers matériaux améliorant considérablement la conductivité thermique autour des résonateurs. Alternativement, le miroir des modulateurs en réflexion peut être une couche métallique réfléchissante, auquel cas les modulateurs sont utilisés avec la lumière incidente sur l'autre miroir, si ce
Cambridge University Press, 2000, pp. 1967-1968. Un empilement de plusieurs couches de silicium amorphe d'indice de réfraction n = 3,6 et de matériau à faible indice de réfraction tel que la silice, l'alumine ou l'oxyde de magnésium, d'indices de réfraction respectifs n=1,45, 1,74 et 1,71 convient, les deux derniers matériaux améliorant considérablement la conductivité thermique autour des résonateurs. Alternativement, le miroir des modulateurs en réflexion peut être une couche métallique réfléchissante, auquel cas les modulateurs sont utilisés avec la lumière incidente sur l'autre miroir, si ce
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dernier, disposé sur son support est suffisamment transparent pour permettre l'entrée de la lumière dans la cavité. Ce support peut être dans ce cas du silicium.
L'optique de couplage comprend en outre, pour les réseaux à forte dispersion (1200 traits/mm) inutilisables en polarisation p et pour les modulateurs conçus pour ne travailler que sur une seule polarisation de la lumière, des moyens de séparation spatiale entre une première composante de la lumière ayant la polarisation s et une seconde composante de polarisation p, et des moyens de conversion de cette seconde composante en polarisation s, la première composante et la seconde, après conversion, étant dispersées en longueur d'onde par le réseau de diffraction puis adressées à deux rangées parallèles de cavités de Fabry-Pérot formées sur le support de l'ensemble de modulateurs.
La figure 6 donne le principe d'un tel montage optique. La fibre de ligne 2 alimente une lame de Jamin ou walkoff plate , faisant partie de l'ensemble optique 50 sur la figure. Cette lame de Jamin sépare les polarisations s et p et est associée à des optiques de focalisation et à une lame demi-onde qui convertit la polarisation p en s. L'ensemble optique 50 regroupe tous ces composants. Le doublet aplanat 51 de longue distance focale produit un faisceau approximativement parallèle qui est dispersé par le réseau de diffraction 32 dans le plan de cette figure. Usuellement, pour des réseaux de
1200 traits par millimètre blasés à 1550 nm avec un angle d'incidence de 62 degrés environ et utilisés en autocollimation approximative, la dispersion est, en micromètres par GHz, de l'ordre de 0,02 f (mm), f (mm) étant la distance focale de l'optique de collimation exprimée en millimètres. Le réseau linéaire de modulateurs 52, avec une optique non représentée de correction de la courbure de champ, réfléchit les taches lumineuses correspondant à chacune des paires virtuelles, qui repartent par la fibre de ligne 2.
1200 traits par millimètre blasés à 1550 nm avec un angle d'incidence de 62 degrés environ et utilisés en autocollimation approximative, la dispersion est, en micromètres par GHz, de l'ordre de 0,02 f (mm), f (mm) étant la distance focale de l'optique de collimation exprimée en millimètres. Le réseau linéaire de modulateurs 52, avec une optique non représentée de correction de la courbure de champ, réfléchit les taches lumineuses correspondant à chacune des paires virtuelles, qui repartent par la fibre de ligne 2.
Dans le cas de la séparation des polarisations optiques de la lumière, l'ensemble de modulateurs 52 est en réalité composé de deux rangées de cavités de Fabry-Pérot formées sur un substrat commun et parallèles à une direction de dispersion du réseau de diffraction. Chacune des deux rangées de
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cavités est associée à l'un des deux états de polarisation initiale de la lumière délivrée par la fibre d'entrée.
Dans le cas des photorécepteurs il n'y a qu'un passage sur le réseau de diffraction et il est alors inutile de séparer les polarisations, les déformations de section de faisceaux et leur élargissement étant compatibles avec leur traitement jusqu'aux photorécepteurs.
Dans le cas des modulateurs, dans le plan vertical, perpendiculaire à celui du plan de la figure 6, la séparation requise entre les faisceaux associés aux polarisations initiales s et p peut n'être que de 100 micromètres.
De multiples autres montages optiques convenablement corrigés des aberrations optiques sont possibles. Ils peuvent comprendre des miroirs sphériques ou asphérisés avec blocage d'une partie du champ (voir les brevets de JP. Laude FR 96 001 70, FR 96 024 96, FR 59252, FR 59254,
FR 82 205/47, et l'ouvrage de R. N. Wilson Reflecting telescope optics -
Springer Verlag-2 tomes), ou des éléments réfractifs, ou encore des réseaux concaves corrigés des aberrations (se reporter à l'ouvrage de L. Mertz Excursion in Astronomical optics, Springer, 1996, pp. 101-102 et à la publication de F. N. Timofeev et al. 1. 5um free space grating multi- demultiplexer and router switch , El. Letters, 4th July 1998,32, 14, pp. 1307-
1308, ainsi qu'à ECOC 1998, pp. 239-240).
FR 82 205/47, et l'ouvrage de R. N. Wilson Reflecting telescope optics -
Springer Verlag-2 tomes), ou des éléments réfractifs, ou encore des réseaux concaves corrigés des aberrations (se reporter à l'ouvrage de L. Mertz Excursion in Astronomical optics, Springer, 1996, pp. 101-102 et à la publication de F. N. Timofeev et al. 1. 5um free space grating multi- demultiplexer and router switch , El. Letters, 4th July 1998,32, 14, pp. 1307-
1308, ainsi qu'à ECOC 1998, pp. 239-240).
Le montage des figures 7a à 7e, où l'on n'a pas représenté les éléments optiques de collimation, assure la séparation des sens de transmission. Les figures 7a, 7b et 7c sont des coupes du même montage dans des plans parallèles à différents niveaux du dispositif. Le spectre optique non modulé entre (figure 7a) par la fibre d'alimentation 2, traverse un séparateur de polarisations pouvant être la lame de Jamin 60 qui, dans le cas de la calcite sépare les polarisations s et p de 0,11 fois la longueur de calcite traversée, le rotateur de Faraday (-45 ) 61, le compensateur (45 ) 62, la lame demi-onde (90 ) 63. Le spectre modulé en retour traverse (figure 7b) le même empilement, le rotateur de Faraday valant cette fois +45 , les renvois par micro-prismes 65 et 66 et une seconde lame de Jamin 64 (figure 7c). Cette seconde lame de Jamin possède une même orientation cristallographique que
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la première lame 60, mais deux fois plus longue que celle-ci et accolée à celleci par les micro-prismes de renvoi 65 et 66. Le spectre modulé ressort en 2a.
Les longueurs approximatives, mesurées parallèlement à la direction de la lumière, sont 1 mm pour 60 dans le cas d'une lame de Jamin 60 en calcite, 2 mm pour 64,0, 5 mm pour 61, et quelques micromètres pour 62 dans le cas de lames en polyimide ou à cristaux liquides. Cet ensemble 60,61, 62,63, 64 n'est appliqué qu'aux fibres de ligne 2 et 2a, et correspond à une variante de l'ensemble 501 de la figure 6. Cet ensemble non réciproque peut être associé à une barrette de modulateurs 52 (figure 6), ou inséré dans une structure de routeur à réseau de diffraction où chaque longueur d'onde venant de la fibre 2 ressort par une fibre différente 2b1... 2b64, comme illustré sur la figure 7d. La figure 7d est une coupe du dispositif dans un plan perpendiculaire à celui des vues 7a à 7c. Ces mêmes longueurs d'onde, en retour après modulation en réflexion au bout des fibres 2b1,..., 2b64, se retrouvent sur la fibre de sortie 2a. La lame de Jamin 67 et la lame demi-onde 68 s'appliquent à l'ensemble des fibres 2b comme indiqué sur les figures 7d et 7e où les éléments optiques de collimation ne sont pas représentés. La figure 7e se situe dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 7d.
Les figures 8a et 8b montrent que pour réduire la valeur de la réflexion à la résonance des cavités de Fabry-Pérot pour les rayons dont l'angle d'incidence thêta est trop grand, une lentille cylindrique 72 convenablement asphérisée permet de mieux collimater les faisceaux gaussiens 70 en les rendant elliptiques. Ceci augmente leur ouverture angulaire 71 dans le plan de la figure 8b vertical perpendiculaire au plan de dispersion, plan qui est celui de la figure 8a. L'accroissement associé de la dimension de ces faisceaux perpendiculairement au plan de dispersion est sans inconvénient notable, une augmentation de la hauteur de la lame de Jamin et de la hauteur des cavités des résonateurs doit seulement être prévue, ce qui est réalisable pour certains matériaux électro-optiques où les électrodes sont dans la configuration de la figure 10. En effet le champ électrique appliqué en Voltmètre n'est pas modifié alors que la qualité du O)) de réflectance est considérablement améliorée.
La figure 9 est une réalisation alternative par micro-lentilles 72a préférablement à gradient d'indice mais schématisées comme lentilles
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convergentes plan-convexe, avec une lentille dédiée à chaque modulateur.
Chaque faisceau gaussien 70 arrive au foyer d'une micro-lentille qui le transforme en faisceau parallèle 71 a du côté des modulateurs 52.
La figure 11 donne une configuration des électrodes convenable pour d'autres types de matériaux électro-optiques que ceux pour lesquels la configuration de la figure 10 est adaptée. Cette nouvelle configuration, à valeur du champ constante exprimée en Volt/micromètre, impose des tensions de commande plus fortes en cas de collimation des faisceaux selon le principe illustré à la figure 8.
La figure 12 montre comment disposer de cavités de Fabry-Pérot de longueurs optiques différentes pour que leur longueur d'onde de résonance corresponde à peu près à leur position dans la rangée. Les cavités de FabryPérot de l'ensemble de modulateurs sont formées à partir de deux substrats transparents à la longueur d'onde d'utilisation, entre lesquels est disposé le matériau électro-optique (93), les paires d'électrodes (81,82) disposées de part et d'autre du matériau électro-optique étant raccordées au premier substrat (94), et le second substrat (91) portant les moyens (96a, 96b) pour faire varier la longueur optique des cavités de Fabry-Pérot. Cette figure correspond à une rangée de modulateurs 52a ou 52b. Le substrat 91, par exemple en silice d'épaisseur 100 micromètres, reçoit sur sa face supérieure, traitée avec une qualité de poli optique, une couche mince 96 faite de gradins hauts de 0 nm à 127 x 0,6 nm = 77 nm environ, et larges de 37 micromètres. Le miroir 92, formé de par exemple 6 paires de couches à Si/AI203, est épais de 2 micromètres environ. Une couche de compensation 97 en matériau d'indice voisin de celui du matériau électro-optique 93 et d'épaisseur complémentaire de celle du gradin assure la planéité de l'ensemble. La partie supérieure de l'ensemble des résonateurs est faite d'un second support 94, par exemple en silice de 100 micromètres d'épaisseur, qui reçoit le miroir 95.
Ce miroir 95 possède une épaisseur d'environ 2 micromètres. Une lamelle de matériau 93 est rodée à l'épaisseur voulue ou réalisée in situ par la méthode sol-gel, notamment dans le cas d'une lamelle de PLZT. Des tranchées ayant une largeur de quelques micromètres et profondes de l'épaisseur du matériau électro-optique, c'est à dire de 5 à 10 micromètres, sont découpées par
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attaque chimique assistée par laser ou par ablation (RIE ou Reactive Ion Etching ). Deux électrodes correspondant à la configuration de la figure 10 sont déposées dans les tranchées ainsi gravées, leur dépôt se faisant sur les faces des résonateurs perpendiculaires au plan des miroirs. 81 et 82 sont les électrodes associées à une cavité, 83 et 84 celles de la cavité voisine. 85 et 86 sont les faces frontales de deux cavités associées à une même longueur d'onde de la lumière, mais correspondant à deux polarisations optiques initiales différentes. Elles appartiennent à deux réseaux linéaires de modulateurs distincts.
La figure 11 correspond au cas d'électrodes disposées perpendiculairement au cas précédent de la figure 10, les électrodes étant toujours sur les faces des tranchées perpendiculaires aux miroirs des cavités des résonateurs de Fabry-Pérot, et une masse commune est disposée au milieu entre les modulateurs correspondant aux électrodes médianes.
Une tension continue appliquée entre les deux électrodes d'un résonateur asservit la fréquence de résonance du modulateur pour compenser les dérives qui peuvent apparaître en fonctionnement, notamment de vieillissement ou d'origine thermique, ou encore de fabrication.
Les réponses des différents matériaux électro-optiques possibles aux tensions continues appliquées entre ces électrodes parallèles sont bien connues du spécialiste, que ce soit pour un matériau électro-optique linéaire par effet Pockels ou quadratique par effet Kerr. La réponse à considérer est le coefficient de réflexion de la cavité pour un faisceau gaussien en incidence quasi-normale intégré sur un intervalle de longueur d'onde, notamment dans le cas de la source en émission spontanée amplifiée, ou autour d'une longueur d'onde centrale, dans le cas des impulsions de supercontinuum, en fonction du décalage de la fréquence centrale de résonance en incidence normale.
Les matériaux électro-optiques adaptés à l'application peuvent être linéaires ou quadratiques : . linéaires, comme par exemple les cristaux tétragonaux de la classe
4mm tels que BaTiOs en dessous de leur température de Curie située autour de 120 C, KTaxNb1-x03, SrxBa1-xNb206, ou encore les cristaux
4mm tels que BaTiOs en dessous de leur température de Curie située autour de 120 C, KTaxNb1-x03, SrxBa1-xNb206, ou encore les cristaux
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trigonaux de la classe 3m tels que LiNb03 ou LiTa03. Pour cette classe de matériaux, la variation An de l'indice de réfraction est An = 1/2 n3 r E, où r est le coefficient électro-optique linéaire et E le champ électrique appliqué ; . quadratiques comme les céramiques PLZT, y compris PLT, pour une certaine gamme de composition allant de x=0, 08-0, 09 avec z=0,65 à x=0,2 avec z=0,3 environ (phase cubique). Pour cette seconde classe de matériaux, la variation An de l'indice de réfraction est alors
An = '4 n3 R E2, où R est le coefficient électro-optique quadratique.
La configuration des électrodes suivant la figure 10 ou la figure 11 adaptée au matériau électro-optique utilisé dépend de l'orientation que doit présenter ce champ électrique polarisant le matériau par rapport à la polarisation de la lumière envoyée dans la cavité. Par exemple, le champ polarisant devra être parallèle à la polarisation s de la lumière dans la cavité, ou perpendiculaire à cette polarisation s selon le matériau utilisé. Dans tous les cas une lame demi-onde placée devant les modulateurs fait tourner la polarisation de la lumière présente dans la cavité de 900 et fait passer de la configuration de la figure 10 à celle de la figure 11.
Pour un espacement entre électrodes de 30 micromètres et une variation relative d'indice de réfraction n de 4. 10-4, il vient la relation V=24000/ (n2 r') où r'exprimé en nombre de pmNolt est le coefficient électrooptique linéaire, et pour un matériau à effet Kerr V = 85/ (n R'1/2), R'étant exprimé en nombre de 10-16 m2N2, r'et R'étant donnés pour plusieurs matériaux par la table suivante, ainsi que la tension V à appliquer entre les électrodes de polarisation :
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<tb>
<tb> PLZT <SEP> Ba <SEP> Ti03
<tb> matériau <SEP> LiNbOs <SEP> PLZT <SEP> linéaire <SEP> KDP <SEP> Ba <SEP> Ti03 <SEP> SBN <SEP> 9/65/35 <SEP> Kerr
<tb> ( > 120OC)
<tb> Ind. <SEP> de <SEP> réfr. <SEP> n <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 1,46 <SEP> 2,3 <SEP> 2,3 <SEP> 2,5 <SEP> 2,4
<tb> r'ou <SEP> R'30 <SEP> 2320 <SEP> 11 <SEP> 1640 <SEP> 1000 <SEP> R'=16 <SEP> R'=23
<tb> V <SEP> (en <SEP> volts) <SEP> 165 <SEP> 1,6 <SEP> 1023 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 4,5 <SEP> 8,5 <SEP> 7,4
<tb>
<tb> PLZT <SEP> Ba <SEP> Ti03
<tb> matériau <SEP> LiNbOs <SEP> PLZT <SEP> linéaire <SEP> KDP <SEP> Ba <SEP> Ti03 <SEP> SBN <SEP> 9/65/35 <SEP> Kerr
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<tb> Ind. <SEP> de <SEP> réfr. <SEP> n <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 1,46 <SEP> 2,3 <SEP> 2,3 <SEP> 2,5 <SEP> 2,4
<tb> r'ou <SEP> R'30 <SEP> 2320 <SEP> 11 <SEP> 1640 <SEP> 1000 <SEP> R'=16 <SEP> R'=23
<tb> V <SEP> (en <SEP> volts) <SEP> 165 <SEP> 1,6 <SEP> 1023 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 4,5 <SEP> 8,5 <SEP> 7,4
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La puissance demandée au circuit d'alimentation du modulateur varie comme le produit de la permittivité diélectrique relative et de la tension. Pour les matériaux à faible permittivité diélectrique dont les polymères électrooptiques, la proximité des électrodes 82 et 83 des figures 10 et 12 oblige à considérer la disposition de la figure 11, et le confinement du champ électrostatique à l'intérieur du modulateur est mauvais avec un substrat en silicium.
Pour des matériaux à effet électrostrictif, des électrodes transparentes, par exemple en ITO de faible épaisseur, quelques dizaines de nanomètres, et placées sous les miroirs en enserrant le matériau électrostrictif remplaceront les électrodes des configurations des figures 10 et 11.
Le dispositif de raccordement hybride selon l'invention comprend des moyens de réglage répondant à des signaux de commande reçus par l'intermédiaire de la fibre optique et/ou d'au moins l'une des lignes de distribution électrique pour ajuster les positions relatives des différents composants optiques et électro-optiques, notamment pour corriger d'éventuelles dérives dimensionnelles de ces composants.
Les dérives dimensionnelles dues à la température sont sans effet notable sur les supports des réseaux linéaires de modulateurs ou de photorécepteurs car, notamment, le coefficient de dilatation thermique du silicium étant 3,8 10-6/ K, une variation de température de 10 C correspond à
un décalage transversal entre les modulateurs les plus éloignés de 0, 2 um si la longueur du réseau est 5 mm. La dérive thermique des montages à réseau de diffraction est de l'ordre de 10 pm/ C pour le BK7, et environ deux fois plus pour un réseau de diffraction reproduit sur base de matière plastique. Cette dérive est corrigée en modifiant l'angle d'incidence de la lumière sur le réseau
un décalage transversal entre les modulateurs les plus éloignés de 0, 2 um si la longueur du réseau est 5 mm. La dérive thermique des montages à réseau de diffraction est de l'ordre de 10 pm/ C pour le BK7, et environ deux fois plus pour un réseau de diffraction reproduit sur base de matière plastique. Cette dérive est corrigée en modifiant l'angle d'incidence de la lumière sur le réseau
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de diffraction. La dérive de la focale de l'optique de focalisation est de l'ordre de 1 um/ K pour du BK7, ce qui correspond pour une variation de température de 50 C à 10 micromètres seulement de variation de la distance focale pour une valeur de 200 mm de celle-ci.
Les asservissements de la position des différents composants optiques pour compenser les dérives sont de deux types : . pour le réseau linéaire de photorécepteurs, ajout de photorécepteurs particuliers composés chacun d'une mosaïque de plusieurs petites photodiodes aux extrémités et au milieu dudit réseau pour apprécier la qualité de l'alignement des composants optiques et électro-optiques et de la focalisation des faisceaux lumineux. Les paires virtuelles ou longueurs d'ondes correspondant à ces mosaïques sont préférentiellement modulées à 1 kHz pour pratiquer une détection synchrone. La correction de l'orientation du réseau de diffraction peut être en partie assurée par un montage mécanique convenable du réseau : si le réseau de diffraction est disposé selon l'hypoténuse d'un triangle rectangle avec un montage articulé, la dimension du petit côté de ce triangle varie de façon équivalente au résultat d'une dilatation dudit réseau de diffraction selon un coefficient de dilatation fictif de - aréseau (1- sin a) /sin a, où a est l'angle d'incidence de la lumière sortant de la fibre sur ce réseau de diffraction, et aréseau le coefficient de dilatation thermique dudit réseau de diffraction.
Une cale piézoélectrique de très faible course suffit alors pour compléter le positionnement de la bande spectrale étroite employée au réglage de a.
Le positionnement dans le spectre de la source lumineuse de la bande spectrale modulée pour la transmission des signaux n'est, dans le cas de la source large d'émission spontanée, précis qu'à seulement quelques nanomètres près, ce qui permet de tolérer certaines dérives thermiques du réseau de diffraction. En effet, pour le coefficient de dilatation thermique de 2010-6/ C de certains plastiques, une variation de température de 50 C correspond à une variation relative du pas du réseau de 10-4, soit un décalage d'environ 1,5 nm de l'intervalle spectral modulé par rapport au spectre de la source de lumière, et ce sans même effectuer la correction angulaire de l'orientation du réseau par le montage
Une cale piézoélectrique de très faible course suffit alors pour compléter le positionnement de la bande spectrale étroite employée au réglage de a.
Le positionnement dans le spectre de la source lumineuse de la bande spectrale modulée pour la transmission des signaux n'est, dans le cas de la source large d'émission spontanée, précis qu'à seulement quelques nanomètres près, ce qui permet de tolérer certaines dérives thermiques du réseau de diffraction. En effet, pour le coefficient de dilatation thermique de 2010-6/ C de certains plastiques, une variation de température de 50 C correspond à une variation relative du pas du réseau de 10-4, soit un décalage d'environ 1,5 nm de l'intervalle spectral modulé par rapport au spectre de la source de lumière, et ce sans même effectuer la correction angulaire de l'orientation du réseau par le montage
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mécanique précédent. Les sources en peigne de raies, par supercontinuum, demandent un asservissement précis de la position des barrettes de modulateurs sur leur tache spectrale. Cet asservissement est aisément obtenu avec deux paires virtuelles complémentaires en bord de bande et des photodétecteurs simplifiés, par exemple de type Schottky platine-silicium ou palladium-silicium, photodétecteurs éventuellement découpés en deux ou quatre parties si l'on désire asservir sur le rapport des puissances détectées. a pour le ou les réseau (x) linéaire (s) de modulateurs importe aussi l'asservissement en rotation du plan du support de ces réseaux de modulateurs autour d'un axe perpendiculaire au plan de dispersion du réseau de diffraction, ceci de façon à bien renvoyer sur le départ de la fibre de ligne le spot correspondant au retour de la lumière après sa modulation par les modulateurs. Dans le cas où la fibre optique qui apporte la lumière non modulée depuis la source lumineuse est distincte de la fibre de ligne qui emporte en retour la lumière modulée, cet asservissement garantit le positionnement sur le départ de la seconde fibre du spot correspondant au retour de la lumière après sa modulation par les modulateurs. L'asservissement d'orientation des modulateurs intervient essentiellement à deux reprises : tout d'abord à la mise en service, pour assurer la qualité du Fabry-Pérot, notamment le parallélisme des miroirs dans le cas de miroirs plans, ou pour assurer le retour inverse dans le cas de cavités dégénérées, ou encore pour assurer l'accord grossier en longueur d'onde de l'ensemble des modulateurs, puis l'accord fin initial de chaque modulateur, et enfin en fonctionnement pour la correction des dérives d'origine thermique et de vieillissement de façon à conserver la qualité de la modulation.
Comme le nombre exact de demi-longueurs d'onde contenues dans l'épaisseur d'une cavité de Fabry Pérot importe peu (environ 15 à 30 dans les exemples cités ici), l'erreur admissible sur la longueur optique d'une cavité est d'au plus d'un quart de longueur d'onde, soit environ 10-2 en valeur relative, l'indice de réfraction à l'intérieur de la cavité étant pris de 2,3. Une précision sur l'épaisseur optique de la lame de modulateurs à une demi-longueur d'onde
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visible près, soit 100 nm pour un indice de réfraction de 2,5 pour la lumière visible, soit d'environ 5 10-3 en valeur relative, demande à la mise en service un ajustement collectif mécanique par commande piézoélectrique, ou encore électrostatique, ou optique par variation d'indice d'une cellule à cristaux liquides. Une précision supérieure sur l'épaisseur optique de la cavité, par exemple d'un vingtième de longueur d'onde visible, soit une erreur relative 1 10-3 ne nécessite alors qu'une adaptation des tensions de polarisation continues appliquées aux modulateurs dont l'amplitude de la tension variable de modulation est du même ordre de grandeur.
Les figures 10 à 13 montrent des différences d'épaisseur géométrique entre les cavités de Fabry-Pérot obtenues par dépôt de gradins sur le substrat de silicium : la différence d'épaisseur entre deux cavités successives est typiquement d'une fraction de l'épaisseur de la première couche du miroir. La conservation de la qualité de poli optique, avant le dépôt des miroirs multicouches, requiert une méthode d'usinage ou de gravure adaptée.
L'épaisseur des modulateurs au dessus du miroir est ajustée par polissage optique, préférablement à la précision d'un vingtième d'une longueur d'onde visible, la mesure précise des épaisseurs s'effectuant usuellement par interférences en lumière polarisée (se reporter par exemple au livre édité par
P. Bouchareine Optique instrumentale , les éditions de physique, Les Ulis,
1997, pp. 105 et 142).
P. Bouchareine Optique instrumentale , les éditions de physique, Les Ulis,
1997, pp. 105 et 142).
La figure 13 donne un exemple d'amélioration de la finesse des résonateurs de Fabry Pérot. Cette figure 13 reprend les constituants des résonateurs de la figure 12. La finesse des résonateurs est améliorée en formant une cavité stable avec au moins un miroir convexe ou bombé 92a, ayant une flèche de un ou deux micromètres, déposé sur un support sacrificiel conformé par réplique ou poinçon. Le miroir peut être un micro-miroir comportant éventuellement une commande électrostatique pour le réglage de la longueur du résonateur. L'ajout d'une première électrode 96a transparente sous le miroir 92a et d'une seconde électrode 96b au dessus de la couche 96 permet une commande électrostatique sur quelques dizaines de nanomètres pour la compensation lente des erreurs et des dérives de l'épaisseur optique (voir par exemple le livre de P. Bouchareine cité plus haut, p 201, et l'article de
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P. Tayebati, D. Vakhshoori et al. Micro-electro-mechanical tunable filter with stable half symmetry cavity , Electronical Letters, 1st October 1998,34, n 20, pp. 1967-1968).
Si la fabrication des cavités n'est précise seulement qu'à une demilongueur d'onde visible, une méthode collective de correction de la longueur géométrique des cavités par des actionneurs piézoélectriques ou électrostrictifs 101 et 102 est illustrée sur la figure 14. Ces actionneurs déplacent d'une fraction de micromètre le miroir supérieur 105 séparé des surfaces supérieures des modulateurs 52 par une lame mince d'air ou de liquide, ou encore de cire d'adaptation d'indice de réfraction, de par exemple 500 nm d'épaisseur. Un seul réglage collectif assure dans ce cas l'ajustement grossier des 128 modulateurs, par exemple par maximisation de la puissance transmise à travers les deux modulateurs extrêmes et reçue par des photodétecteurs 106 et 107. La figure 16 montre une autre méthode pour effectuer ce réglage collectif en utilisant un prisme de renvoi de la lumière traversant les modulateurs, jusqu'à un photodétecteur placé à côté de la sortie de la fibre de ligne. La méthode de réglage dans ce cas est encore la maximisation de la lumière reçue par ce photodétecteur unique. D'autres montages alternatifs destinés à ajuster l'épaisseur des cavités de Fabry-Pérot sont connues de l'homme du métier, ou résultent de modifications des méthodes proposées précédemment. Par exemple le même matériau PLZT que celui employé pour les modulateurs peut servir pour confectionner les actionneurs en utilisant des électrodes correctement placées et, si nécessaire, une ou deux cales d'épaisseur réalisées par couche mince, telles que celles représentées 103 et 104 sur la figure 14.
Toujours pour des fabrications précises seulement à une demi-longueur d'onde visible près, une autre approche sans gradins, selon la figure 15, utilise à l'intérieur de la cavité de Fabry-Pérot délimitée par les miroirs 92 et 95 une lame mince à cristaux liquides 108 dont les variations d'indice peuvent atteindre 0,12 en valeur absolue pour une longueur d'onde de 1500 nm (voir le brevet US 5 510 914). Les réseaux d'électrodes 109a et 109b délimitent et commandent des cellules de cristaux liquides. Ce sont des électrodes transparentes, par exemple en matériau oxyde d'indium et d'étain (ou ITO pour
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Indium Tin Oxide ), déposées sous le miroir supérieur d'une part et d'autre part sur la surface d'une couche de matériau à faible permittivité diélectrique 110, elle-même déposée au dessous des modulateurs, par rapport à l'orientation de la figure 15. Cette couche 110 a pour fonction de limiter les effets perturbateurs des électrodes 109b, notamment lorsque celles-ci sont utilisées comme électrodes de masse, sur le champ électrique de modulation appliqué par les électrodes 81,82, 83 et 84 au matériau électro-optique 93. Le matériau 110b assure le remplissage des espaces entre les électrodes de cavités voisines et est aussi à faible permittivité diélectrique. Les cristaux liquides introduisant une grande instabilité thermique, un asservissement de compensation des effets thermiques est indispensable, selon l'une des méthodes courantes pour l'homme du métier.
Afin d'effectuer les réglages du dispositif de raccordement hybride, les moyens de réglage comprennent en outre au moins un photodétecteur commun à tous les modulateurs, des moyens de renvoi disposés à l'arrière du substrat de l'ensemble de modulateurs pour diriger vers ce photodétecteur la lumière ayant traversé les modulateurs, ou résidus de transmission, ainsi que des moyens de sélection de cette lumière selon le modulateur qui l'a transmise. Pour parvenir à ce photodétecteur commun, la lumière traversant les modulateurs est dirigée vers le photodétecteur par le réseau de diffraction lui-même, grâce à une disposition adéquate des moyens de renvoi. Les moyens de sélection peuvent comprendre une ou deux rangées d'éléments optiques commandables indépendamment les uns des autres, et formée par exemple sur le substrat de l'ensemble des modulateurs parallèlement à la direction de dispersion du réseau de diffraction. Ces éléments optiques commandables sont par exemple des modulateurs de polarisation optique fonctionnant en transmission et munis individuellement d'électrodes de commande. Ces modulateurs restituent une petite composante de polarisation p de la lumière que détecte le photodétecteur placé convenablement.
La figure 16 est une vue éclatée dans un plan perpendiculaire au plan de dispersion et, pour raison de lisibilité, dont les longueurs et les angles ne correspondent pas à la géométrie réelle du dispositif et des rayons lumineux.
Elle montre la fibre de ligne 2 avec la lame de Jamin 111, plus haute que la
Elle montre la fibre de ligne 2 avec la lame de Jamin 111, plus haute que la
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lame 60 de la figure 7, ainsi qu'une paire de photodiodes 116 espacées conformément aux modulateurs 52a et 52b. La lame demi-onde 63 associée qui ne concerne que la fibre de ligne n'est pas représentée. Elle montre aussi la barrette de modulateurs 52a et 52b appuyée sur un prisme de renvoi à angle droit 114 qui transfère la lumière transmise par les modulateurs aux photodiodes 116 à travers les dispositifs biréfringents commandés 115. Ces dispositifs biréfringents sont par exemple des lames de cristaux liquides disposées entre des électrodes transparentes, et qui transforment la polarisation s en polarisation p, sauf pour le modulateur en cours de réglage.
Cette polarisation p est en retour considérablement affaiblie par le très faible rendement en polarisation p du réseau de diffraction 32 à 1200 traits/mm et par la lame de Jamin 111 qui ne transmet que la polarisation s aux photodiodes 116. Une précaution simple telle qu'une entaille ou la disposition d'un absorbant optique intermédiaire sur la lame de Jamin évite que la polarisation résiduelle p tombant à la hauteur de la photodiode inférieure aille sur la photodiode supérieure.
De façon plus générale, le photodétecteur est placé par rapport à un séparateur de polarisations de façon à recevoir une lumière de polarisation s sortant des modulateurs de polarisation optique.
Une variante du dispositif de la figure 16, n'utilisant pas le photodétecteur 116, emploie en lieu et place des modulateurs de phase en transmission 115 deux réseaux linéaires de photodétecteurs, préférablement du genre photodiodes Schottky à émission interne formées d'un film de siliciure de métal précieux. Dans ce cas, ces réseaux de photodétecteurs sont situés au centre de cavités optiques en matériau semi-conducteur, notamment en silicium, et positionnées pour recevoir une partie du faisceau transmis par les modulateurs 52. A chaque modulateur correspond un tel photodétecteur. Le rendement bas de ces composants, de l'ordre de un pour-cent, est compensé par le niveau énergétique élevé de fonctionnement du modulateur, pouvant atteindre une dizaine de micro-watts, et par l'emploi d'une détection synchrone à basse fréquence. Ces photodétecteurs peuvent aussi être placés sous le miroir inférieur, comme sur la figure 14, ou sur un côté du prisme, à la position
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des éléments 122 de la figure 17, mais sans contrainte d'angle pour la prisme et sans utilisation de lame demi-onde 121.
Pour le montage du prisme de renvoi 114 de la figure 16 est indiquée sur la figure 17 une variante de sélection du modulateur en cours de réglage par un obturateur employant un prisme en matériau à fort indice de réfraction, par exemple en silicium d'indice de réfraction 3,46, recouvert d'une pluralité de cellules à cristaux liquides. Chacune de ces cellules est associée individuellement à un modulateur, et contient les électrodes nécessaires à sa commutation. Dans le mode de réalisation de la figure 17,121 est une lame demi-onde et les cellules à cristaux liquides 122 sont disposées en un ou deux réseaux linéaires parallèles aux réseaux de modulateurs 52a et 52b. La nature des cristaux liquides employés est choisie pour présenter en polarisation p une forte variation d'indice. La lumière sortant des modulateurs de Fabry-Pérot 52a et 52b est à l'incidence de Brewster, soit environ 23 pour cette valeur de l'indice de réfraction du prisme et pour un indice haut de réfraction des cristaux liquides de 1,6, et n'est donc pas réfléchie, sauf pour le modulateur en cours de réglage où une réflexion de 20% environ est atteinte pour la valeur basse de 1,5 de l'indice des cristaux liquides.
A la mise en service, les modulateurs sont accordés individuellement et successivement au maximum de transmission avec détection synchrone de la modulation à très basse fréquence appliquée au modulateur en cours de réglage. En service, les modulateurs sont étudiés en effectuant une moyenne sur un très grand nombre de 0 successifs, correspondant au minimum de réflectance et au maximum de transmission, avec un sélecteur électronique permettant de prendre les impulsions correspondant à la paire virtuelle dont on accorde le modulateur, et de commander un échantillonneur-bloqueur en synchronisme avec les 0) > pour s'affranchir des effets liés aux irrégularités de la suite de O et de 1 engendrées par le codage delta-sigma ainsi que pour s'affranchir des effets des autres modulateurs. La discrimination par rapport aux autres paires virtuelles est améliorée par emploi de la méthode de discrimination par la polarisation selon la figure 16 ou par emploi de l'obturateur de la figure 17.
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Les figures 18a et 18b montrent un exemple d'emploi des dispositifs précédents avec une architecture"fibre à l'immeuble"ou"fibre à la maison" sans émetteur optique dans le terminal, qui comprend un seul modulateur, pour l'exemple de 128 longueurs d'ondes, 64 pour chacun des sens montant et descendant.
Un entrelacer est, comme il est connu, un dispositif passif réciproque qui reçoit un peigne de raies optiques également espacées et affecte les raies de rang pair à l'une des sorties et celles de rang impair à l'autre sortie.
Un routeur est, comme il est également connu, un dispositif passif réciproque comportant deux rangées de m fibres régulièrement espacées et repérées de 1 à m. La fibre j de la seconde rangée reçoit de la fibre i de la première rangée la longueur d'onde de rang i+j. Il suffit donc de 2m-1 longueurs d'onde pour réaliser m2 liaisons. On désigne dans la suite par "routeur simplifié" le cas où il n'y a que deux fibres a et b portant des multiplex de m longueurs d'onde et m fibres de sortie sur la même rangée que les fibres a et b. Soient lambda (a, p) et lambda (b, p) les longueurs d'onde venant de a et de b qui se retrouvent sur la fibre de sortie p : la différence entre ces longueurs d'onde est constante et ne dépend que des positions respectives de a et de b dans la rangée. Si on travaille en fréquences optiques régulièrement espacées, la non-linéarité par rapport aux fréquences optiques de la dispersion du réseau de diffraction est corrigée par un prisme ou par une modulation de l'espacement entre fibres.
Un réseau de transmission peut donc comprendre au moins un routeur 183 raccordé à m dispositifs de raccordement hybride 186, m étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque dispositif contenant m modulateurs et m récepteurs, et étant raccordé au routeur par au moins une fibre optique d'émission 182 et au moins une fibre optique de réception 184 de signaux optiques. Les dispositifs de raccordement hybride sont alors en relation entre eux deux à deux par le routeur au moyen de signaux optiques correspondant à une longueur d'onde dédiée par paire de dispositifs de raccordement hybride et portée par lesdites fibres d'émission et de réception.
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Sur la figure 18a deux peignes de 64 fréquences optiques décalés sont, pour l'un, en provenance de l'alimentation 150, modulé par le modulateur 130 pour le sens descendant, et pour l'autre, reçu par les récepteurs 137. Ils sont entrelacés par l'entrelacer 131, et acheminés par une seule fibre 132a jusqu'à l'entrelacer 133 proche des clients. Le peigne de raies pour la voie montante est apporté par un réseau arborescent d'alimentation 155 et parvient au circulateur 138, puis au routeur simplifié 139 par la fibre 139b. Chacun des 64 clients est raccordé à ce routeur 139 par une ligne de branchement 132b qui ne porte que deux longueurs d'ondes, dont une bidirectionnelle pour la voie montante. Le terminal client 134, constitué du dispositif de raccordement hybride selon l'invention, sépare ces deux longueurs d'ondes au moyen de l'entrelacer ou du dispositif à réseau de diffraction 140 pour alimenter le récepteur 135 et le modulateur 136. L'écart entre les fibres 139a et 139b détermine la différence entre les fréquences optiques vues par les terminaux, ainsi qu'il est montré dans le tableau suivant :
<tb>
<tb> bandes <SEP> des <SEP> voies <SEP> écart <SEP> entre
<tb> Exemple <SEP> montante <SEP> et <SEP> pas <SEP> des <SEP> entrelaceurs <SEP> : <SEP> porteuses <SEP> optiques <SEP> dispositif <SEP> 140 <SEP> du
<tb> descendante <SEP> 131 <SEP> et <SEP> 133 <SEP> vu <SEP> par <SEP> le <SEP> terminal <SEP> terminal <SEP> client
<tb> séparées <SEP> :
<tb> A <SEP> 1531-1543 <SEP> nm <SEP> et <SEP> 12,5 <SEP> GHz <SEP> 1612,5 <SEP> GHz <SEP> réseau <SEP> de <SEP> diffraction
<tb> 1543-1556 <SEP> nm
<tb> Entrelacées <SEP> : <SEP> 25 <SEP> GHz <SEP> 425 <SEP> GHz <SEP> réseau <SEP> de <SEP> diffraction
<tb> "1529-1558 <SEP> nom
<tb> Entrelacées <SEP> : <SEP> 25 <SEP> GHz <SEP> 25 <SEP> GHz <SEP> entrelaceur <SEP> à <SEP> 25 <SEP> GHz
<tb> C <SEP> 1531, <SEP> 3-1556, <SEP> 6 <SEP> nm
<tb>
<tb> bandes <SEP> des <SEP> voies <SEP> écart <SEP> entre
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Dans l'ensemble A ; les 64 porteuses au pas de 25 GHz, de 194175 GHz à 192600 GHz sont décalées de 12,5 GHz par rapport au peigne allant de 194212,5 GHz à 195787,5 GHz. Dans l'exemple B, deux groupes de 64 porteuses au pas de 50 GHz entre 192400 GHz et 195550 GHz d'une part, et entre 192825 GHz et 195975 GHz d'autre part, sont entrelacés au pas de 25 GHz, l'écart entre les fibres 139a et 139b correspondant à 425 GHz. Dans l'exemple C, les extrémités des peignes sont 192600 GHz et 192625 GHz. Le réseau de diffraction est asservi en angle d'incidence de façon à ce que l'image de la fibre 132b soit au maximum de puissance reçue par le récepteur 135. Le modulateur de la voie montante 136 est alors à peu près convenablement
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positionné. L'accord fin de la cavité optique n'a besoin d'être fait que sur une bande de 13 nm pour l'exemple A, ou de 28 nm pour les exemples B et C, et s'obtient par l'un des moyens décrits ci-dessus : actionneur piézoélectrique de déplacement : t200 nm, commande électrostatique ou variation de l'indice d'une lame de cristaux liquides incorporée dans la cavité.
Par conséquent, le routeur (139) peut posséder deux fibres optiques dans une première rangée et une pluralité de fibres optiques dans une seconde rangée, la distance entre les deux fibres (139a, 139b) de la première rangée déterminant la différence de fréquence optique entre les paires de longueurs d'onde distribuées sur chacune des fibres (132b) de la seconde rangée. Cette différence de fréquence optique peut être de plusieurs gigaHertz pour permettre l'emploi d'un réseau de diffraction de petites dimensions dans les terminaux raccordés aux fibres optiques de la seconde rangée. De plus, ces première et seconde rangées de fibres optiques à l'intérieur du routeur peuvent éventuellement être confondues et disposées en une seule rangée regroupant toutes les fibres optiques.
Pour les vitesses de modulation Ethernet 10/100 Base T avec une cavité constituée d'une partie en silicium convenablement accordée au minimum de réflectance en l'absence de charges injectées, le déréglage correspondant à la modulation des 1 et au maximum de réflectance est produit par injection de porteurs libres dans la cavité de silicium. L'équilibre thermique du modulateur est assuré par emploi de deux diodes PIN, l'une servant de modulateur, l'autre placée en dehors de la cavité et modulée en push-pull par rapport à celle du modulateur, de façon à ce que la somme des courants traversant les deux diodes soit approximativement constante à la valeur nécessaire pour régler finement par effet thermique la température, et l'accord, du modulateur, la bonne conductivité thermique du silicium assurant l'égalisation des températures entre les localisations des deux diodes.
L'intégration du circulateur 138 et du routeur simplifié 139 se fait avantageusement en plaçant sur la fibre 139b le dispositif non réciproque des
figures 7a à 7e. La fibre 2 de la figure 7d, correspondant à la fibre 139d de la figure 18b, apporte le peigne de porteuses non modulées pour la voie
figures 7a à 7e. La fibre 2 de la figure 7d, correspondant à la fibre 139d de la figure 18b, apporte le peigne de porteuses non modulées pour la voie
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montante, et la fibre 2a de la figure 7d, correspondant à la fibre 139c de la figure 18b, est raccordée à l'entrelacer 133. Les fibres 2b1 à 2b64 de la figure 7d étant celles des branchements 132b.
Une troisième fibre dans la première rangée du routeur 139 raccordée à un réseau arborescent de diffusion envoie aux terminaux raccordés aux fibres de la seconde rangée des services diffusés modulés sur un peigne de porteuses optiques régulièrement espacées comme les deux premiers peignes.
Cette troisième fibre est placée par rapport aux deux premières de telle façon que les trois fréquences optiques soient également espacées et soient séparées par le même réseau de diffraction dans le dispositif de raccordement hybride terminal. Ce réseau de diffraction est asservi en angle d'incidence de façon à banaliser les terminaux qui auront dans ce cas deux récepteurs et un modulateur en réflexion.
La modulation du peigne de porteuses optiques des services diffusés par un multiplex de type télévision par câble (87 MHz à 862 MHz) se fait préférablement pour toutes les porteuses simultanément, avec un modulateur de type Mach-Zehnder linéarisé, dont la différence de longueur entre les deux chemins optiques en fait aussi un entrelacer de pas de fréquence moitié de celui qui sépare les porteuses optiques.
Pour le VDSL, la figure 19a précise la figure 2. Dans le tableau suivant, l'exemple D est celui de 256 porteuses au pas de 12,5 GHz entrelacées par les entrelaceurs 152 et 153. Les modulateurs 151 et 156, ainsi que les récepteurs 154 et 157, sont au pas de 25 GHz et possèdent chacun leur propre réseau de diffraction.
<tb>
<tb> bandes <SEP> des <SEP> voies <SEP> écart <SEP> entre <SEP> les <SEP> porteuses <SEP> optiques <SEP> vu
<tb> pas <SEP> des <SEP> entrelaceurs
<tb> Exemple <SEP> montante <SEP> et <SEP> par <SEP> le <SEP> réseau <SEP> de <SEP> diffraction <SEP> du <SEP> dispositif
<tb> 152 <SEP> et <SEP> 153
<tb> descendante <SEP> hybride <SEP> de <SEP> raccordement
<tb> Entrelacées <SEP> :
<tb> D <SEP> 1531, <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 1556, <SEP> 6 <SEP> nm <SEP> 12,5 <SEP> GHz <SEP> 25 <SEP> GHZ
<tb> Séparées <SEP> :
<tb> E <SEP> 1531-1543 <SEP> nm <SEP> et <SEP> aucun <SEP> entrelacer <SEP> 12,5 <SEP> GHz
<tb> 1543-1556 <SEP> nm
<tb>
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<tb> E <SEP> 1531-1543 <SEP> nm <SEP> et <SEP> aucun <SEP> entrelacer <SEP> 12,5 <SEP> GHz
<tb> 1543-1556 <SEP> nm
<tb>
L'exemple E est celui de deux bandes de longueur d'onde séparées, le même réseau de diffraction servant alors pour les deux sens, et la barrette 52
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de la figure 6 comportant une plage pour les modulateurs et une plage pour les récepteurs.
Sur la figure 19b, 160 et 165 sont les fibres d'alimentation, 161 et 166 les modulateurs, 164 et 167 les récepteurs, 162 et 163 les dispositifs de raccordement hybride placés respectivement en tête de réseau et proche des clients.
La figure 19c précise la figure 6 en montrant pour l'exemple E la disposition des organes dans le dispositif de raccordement hybride 163 proche des clients : les fibres 2 et 165 sont couplées par la lame séparatrice des polarisations, la lame demi-onde et les optiques de couplage 50. Une légère inclinaison du réseau 32, ou des fibres 2 et 165, assure la coïncidence des images de 2 et de 165 sur 166 dans le plan perpendiculaire au plan de la figure. Alternativement un micro-prisme sera employé avec un modulateur en transmission comme sur la figure 19d.
Les figures 19d et 19e montrent une réalisation compacte pour le cas des porteuses entrelacées de l'exemple D, en utilisant cette fois un seul réseau de diffraction. Les positions des modulateurs 176 et des récepteurs 174 sont alternées, comme l'illustre la figure 19d, les modulateurs 176 travaillant en transmission et le substrat InP de 174 étant transparent à 1550 nm. Le dispositif de renvoi 177 figuré sur la figure 19e comme un prisme pour la simplicité du schéma sera préférablement un dispositif de grandissement unitaire mettant en correspondance les ceintures ( waist ) des faisceaux gaussiens en 174 et 176.
Le dispositif de raccordement hybride décrit ci-dessus s'applique au cas du déport transparent de liaisons Ethernet dans le contexte des réseaux privés. Il s'applique aussi aux réseaux multipoints à routeur où m terminaux sont raccordés par chacun deux fibres à un routeur central passif ayant deux rangées de m fibres. La figure 20a montre, pour m=32 porteuses au pas de 50 GHz, l'alimentation par un peigne de 62 longueurs d'onde 180 de 32 terminaux 186 (1),... 186 (32), correspondant chacun à un dispositif de raccordement hybride selon l'invention et comportant chacun 62 modulateurs 181 et 62 récepteurs 185, et raccordés au routeur central 183 par les fibres 182
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et 184. Comme parmi ces 62 modulateurs ou récepteurs, seuls 31 sont actifs, on emploiera un asservissement de l'angle d'incidence du réseau de diffraction du terminal pour mettre en regard les longueurs d'onde des fibres 182 et 184 avec des barrettes de seulement 32 modulateurs ou 32 récepteurs. Ces longueurs d'onde étant identiques, le même réseau de diffraction 32 peut servir aux deux barrettes comme il est montré sur la figure 20b. Les barrettes de 32 modulateurs 181 ou de 32 récepteurs 185 sont disposées dans le plan de dispersion perpendiculairement au plan de la figure. Alternativement, une légère inclinaison du réseau 32 ou des fibres 2 et 165 permet de travailler avec des modulateurs en réflexion sans micro-prisme. Le peigne de 62 longueurs d'onde 180 est apporté par ailleurs par un réseau d'alimentation spécifique.
180a et 182a sont respectivement l'incidence et l'émergence des faisceaux correspondant à 180 et 182 au niveau des dispositifs de renvoi portant les modulateurs 181.
Un réseau de transmission peut donc comprendre au moins un routeur raccordé à m dispositifs de raccordement hybride, m étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque dispositif contenant m modulateurs et m récepteurs, et étant raccordé au routeur par au moins une fibre optique d'émission et au moins une fibre optique de réception de signaux optiques. Les dispositifs de raccordement hybride sont alors en relation entre eux deux à deux par le routeur au moyen de signaux optiques correspondant à une longueur d'onde dédiée par paire de dispositifs de raccordement hybride et portée par lesdites fibres d'émission et de réception.
La longueur d'onde de repère 2p que le p-ième terminal s'adresse à luimême à la p-ième position des barrettes permet l'asservissement de l'angle d'incidence du réseau de diffraction du terminal, et ceci même à la première mise en service du dispositif. Autrement dit, le réseau de transmission comprend au moins un routeur raccordé à au moins un dispositif de raccordement hybride par une fibre optique d'émission et une fibre optique de réception de signaux optiques, le dispositif de raccordement hybride comprenant un réseau de diffraction dont l'angle est asservi au moyen de signaux portés par la fibre optique d'émission et par la fibre optique de
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réception et correspondant à au moins une longueur d'onde que le dispositif de raccordement hybride s'adresse à lui-même par ledit routeur.
L'accord fin individuel ou collectif et l'asservissement des modulateurs sur une plage réduite de 12 nm, soit 31 pas de 50 GHz, s'effectue par l'un des procédés déjà décrits, les longueurs optiques des modulateurs d'une même barrette étant de façon statique décalées entre elles de 50 GHz.
Claims (50)
- REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement hybride (3) entre au moins une fibre optique (2) et des lignes transportant des signaux électriques (5), comprenant un ensemble de modulateurs d'intensité lumineuse (52), une optique de couplage (31) incluant au moins un réseau de diffraction (32), pour coupler des signaux optiques de longueurs d'onde différentes portés par une fibre optique avec des modulateurs respectifs dudit ensemble, des moyens de connexion des modulateurs à des lignes respectives transportant des signaux électriques, et des moyens de réglage répondant à des signaux de commande reçus par l'intermédiaire d'une fibre optique et/ou d'au moins une des lignes transportant des signaux électriques, chaque modulateur ayant une cavité de Fabry-Pérot accordée en longueur d'onde par les moyens de réglage.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque modulateur d'intensité lumineuse comporte des moyens pour faire varier la longueur optique de sa cavité de Fabry-Pérot en fonction d'un signal électrique afin d'engendrer une modulation d'intensité lumineuse à la longueur d'onde d'accord.
- 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les cavités de FabryPérot de l'ensemble de modulateurs sont formées en un matériau électrooptique, et dans lequel les moyens pour faire varier la longueur optique d'une cavité de Fabry-Pérot comprennent une paire d'électrodes (81,82) disposées de part et d'autre du matériau électro-optique de la cavité.
- 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les moyens de réglage comprennent des moyens pour appliquer une tension continue d'accord respective à chaque paire d'électrodes, en superposition à une tension de modulation.
- 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque modulateur d'intensité lumineuse comporte des moyens pour faire varier un gain ou une absorption optique de sa cavité de Fabry-Pérot en fonction d'un signal<Desc/Clms Page number 49>électrique afin d'engendrer une modulation d'intensité lumineuse à la longueur d'onde d'accord.
- 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les cavités de FabryPérot de l'ensemble de modulateurs ont chacune une portion en silicium, et dans lequel les moyens pour faire varier le gain ou l'absorption optique d'une cavité de Fabry-Pérot comprennent des moyens d'injection de porteurs libres dans la portion en silicium de la cavité.
- 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de réglage comprennent des moyens d'accord par asservissement thermique local de la portion en silicium de chaque cavité de Fabry-Pérot.
- 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens d'accord par asservissement thermique local comprennent deux diodes PIN formées sur un support en silicium pour chaque cavité de Fabry-Pérot, l'une des deux diodes PIN étant placée dans ladite cavité et alimentée par les moyens d'injection de porteurs libres pour engendrer la modulation d'intensité lumineuse, et l'autre diode PIN étant placée en dehors de ladite cavité et alimentée de façon que la somme des courants passant dans les deux diodes soit sensiblement constante à une valeur nécessaire à l'accord de ladite cavité.
- 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les cavités de FabryPérot de l'ensemble de modulateurs ont chacune une portion formée de cristaux liquides (108), et dans lequel les moyens de réglage comprennent des moyens d'accord par ajustement de l'indice optique des cristaux liquides de chaque cavité de Fabry-Pérot.
- 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les cavités de Fabry-Pérot sont réglées pour moduler en réflexion des composantes chromatiques respectives d'une lumière incidente reçues sur la fibre optique et séparées spatialement par le réseau de diffraction, le réseau de diffraction regroupant les composantes modulées réfléchies pour les renvoyer dans la fibre.<Desc/Clms Page number 50>
- 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le minimum de réflexion lumineuse de chaque modulateur à sa longueur d'onde d'accord est ajusté par modification des pertes d'intensité lumineuse dues à l'absorption à l'intérieur de la cavité de ce modulateur.
- 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les cavités de Fabry-Pérot de l'ensemble de modulateurs sont formées sur un substrat commun (91) et disposées en au moins une rangée parallèle à une direction de dispersion par le réseau de diffraction.
- 13. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les cavités de Fabry-Pérot de l'ensemble de modulateurs sont formées à partir de deux substrats transparents à la longueur d'onde d'utilisation, entre lesquels est disposé le matériau électro-optique (93), les paires d'électrodes (81,82) disposées de part et d'autre du matériau électro-optique étant raccordées au premier substrat (94), et le second substrat (91) portant les moyens (96a, 96b) pour faire varier la longueur optique des cavités de Fabry-Pérot.
- 14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, dans lequel les cavités de Fabry-Pérot de chaque rangée ont des longueurs géométriques différentes suivant la direction de dispersion par le réseau de diffraction.
- 15. Dispositif selon la revendication 12,13 ou 14, dans lequel l'optique de couplage comprend des moyens de séparation spatiale (60) entre une première composante de polarisation s et une seconde composante de polarisation p de la lumière reçue, et des moyens de conversion (61,62, 63) de la seconde composante en polarisation s, la première composante et la seconde composante convertie étant dispersées en longueur d'onde par le réseau de diffraction puis adressées à deux rangées parallèles de cavités de Fabry-Pérot (52a, 52b) formées sur le substrat de l'ensemble de modulateurs.
- 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel les moyens de séparation spatiale de la première et de la seconde composante de polarisation comprennent un séparateur de polarisations, un rotateur de Faraday (61), un compensateur (62) et une lame demi-onde (63).<Desc/Clms Page number 51>
- 17. Dispositif selon la revendication 16, dans lequel le séparateur de polarisations est une première lame de Jamin (60), et dans lequel la première et la seconde composante de polarisation sont regroupées par une seconde lame de Jamin (64) de même orientation cristallographique que la première, cette seconde lame de Jamin étant deux fois plus longue que la première et accolée à celle-ci par au moins un prisme de renvoi (65,66).
- 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, dans lequel les moyens de réglage comprennent en outre au moins un photodétecteur commun (116) à plusieurs modulateurs de l'ensemble, des moyens de renvoi disposés à l'arrière du substrat de l'ensemble de modulateurs pour diriger vers le photodétecteur des résidus de transmission ayant traversé les modulateurs et des moyens de sélection des résidus de transmission que les moyens de renvoi dirigent vers le photodétecteur.
- 19. Dispositif selon la revendication 18, dans lequel les moyens de renvoi sont disposés de façon que les résidus de transmission soient dirigés vers le photodétecteur commun par l'intermédiaire du réseau de diffraction.
- 20. Dispositif selon la revendication 19, dans lequel les moyens de sélection comprennent une ou deux rangées d'éléments optiques commandables indépendamment les uns des autres, formées sur le substrat de l'ensemble de modulateurs parallèlement à la direction de dispersion par le réseau de diffraction.
- 21. Dispositif selon la revendication 20, dans lequel les éléments optiques commandables sont des modulateurs de polarisation optique (115) fonctionnant en transmission et munis individuellement d'électrodes de commande.
- 22. Dispositif selon chacune des revendications 15 à 21, dans lequel le photodétecteur est placé par rapport à un séparateur de polarisations de façon à recevoir une lumière de polarisation s sortant des modulateurs de polarisation optique.<Desc/Clms Page number 52>
- 23. Dispositif selon la revendication 19, dans lequel les moyens de renvoi sont un prisme à angle droit (114).
- 24. Dispositif selon la revendication 23, dans lequel le prisme de renvoi est recouvert sur sa face arrière d'une pluralité de cellules à cristaux liquides (122) associées individuellement aux modulateurs, avec les électrodes nécessaires à la commutation de chacune de ces cellules à cristaux liquides, de telle façon que l'indice haut de ces cristaux liquides corresponde pour les faisceaux incidents sur la face arrière du prisme de renvoi à l'angle de Brewster, et que le prisme de renvoi réfléchisse pour l'indice bas des cristaux liquides une intensité lumineuse sur le photodétecteur commun (116).
- 25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'optique de couplage comprend en outre au moins une lentille cylindrique de collimation (72) à effet dans le plan perpendiculaire au plan de dispersion du réseau de diffraction.
- 26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, dans lequel l'optique de couplage comprend en outre une pluralité de micro-lentilles (72a) de collimation, chaque micro-lentille étant associée individuellement à un modulateur.
- 27. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un ensemble de photodétecteurs associés individuellement aux modulateurs, et dans lequel les moyens de connexion comprennent des coupleurs quatre fils-deux fils reliant chacun un modulateur et un photodétecteur à une ligne transportant des signaux électriques à deux fils.
- 28. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de réglage répondant à des signaux de commande reçus par l'intermédiaire de la fibre optique et/ou d'au moins l'une des lignes de distribution électrique permettent d'ajuster les positions relatives des différents composants optiques et électro-optiques.<Desc/Clms Page number 53>
- 29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont l'alimentation en énergie électrique peut être effectuée par au moins l'une des lignes transportant des signaux électriques.
- 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, incorporant en outre une matrice à points de croisement (48) située entre les modulateurs et les lignes transportant des signaux électriques, cette matrice à points de croisement pouvant être notamment un répartiteur électronique ou micro-électromécanique télécommandé.
- 31. Dispositif de raccordement hybride (134) entre au moins une fibre optique (2b) et des lignes transportant des signaux électriques, comprenant au moins un modulateur ayant une cavité de Fabry-Pérot (136) et au moins un photo-détecteur (135), une optique de couplage associée pour coupler des signaux optiques de deux longueurs d'onde différentes portés par une fibre optique avec respectivement le modulateur et le photo-détecteur, les signaux optiques de la longueur d'onde arrivant sur le modulateur servant à des communications montantes, les signaux optiques de la longueur d'onde arrivant sur le photo-détecteur servant à des communications descendantes, l'optique de couplage incluant un entrelacer ou un réseau de diffraction dont l'orientation angulaire est asservie au signal optique arrivant sur le photodétecteur pour permettre de sélectionner le couple de longueurs d'onde des signaux optiques, et des moyens de connexion du modulateur et du photodétecteur à au moins une ligne transportant des signaux électriques.
- 32. Réseau de transmission hybride optique-électrique caractérisé en ce qu'il incorpore au moins un dispositif de raccordement hybride selon l'une des revendications 1 à 31.
- 33. Réseau de transmission selon la revendication 32 caractérisé en ce que les lignes transportant des signaux électriques sortant du dispositif de raccordement hybride sont respectivement raccordées en Y à d'autres lignes transportant des signaux électriques appartenant à autre réseau de transmission.<Desc/Clms Page number 54>
- 34. Réseau de transmission selon la revendication 33 permettant en outre la transmission de signaux électriques n'utilisant pas la partie du réseau qui comporte des fibres optiques, et pour laquelle la transmission de signaux utilisant la partie du réseau qui comporte des fibres optiques est transparente.
- 35. Réseau de transmission selon la revendication 33 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une matrice de connexions électriques (4 ou 48) placée entre le dispositif de raccordement hybride et les raccordements en Y, cette matrice de connexions électriques pouvant être notamment un répartiteur électronique ou micro-électromécanique télécommandé.
- 36. Réseau de transmission selon la revendication 35 caractérisé en ce que la matrice de connexions électriques permet la mise en service ou hors service de lignes reliant à la tête de réseau (11) des récepteurs ou des utilisateurs terminaux (18), et en ce qu'il permet la transmission au dispositif de raccordement hybride des signaux de commande des moyens de réglage des composants optiques et électro-optiques du dispositif de raccordement hybride et de leurs positions relatives, ces moyens de réglage étant commandés et contrôlés à distance par affectation combinée d'une ou plusieurs longueur (s) d'onde et d'au moins une ligne transportant des signaux électriques.
- 37. Réseau de transmission selon la revendication 36 caractérisé en ce les moyens de réglage sont commandés et contrôlés à distance par affectation combinée d'une ou plusieurs longueurs d'onde et d'au moins une ligne correspondant à un ou des récepteur (s) ou utilisateur (s) final (s), et accompagnée d'un bouclage de la ou des ligne (s) affectée (s) sur une position test en tête de réseau.
- 38. Réseau de transmission selon l'une des revendications 32 à 37 caractérisé en ce qu'il comprend en tête de réseau un module de traitement des signaux optiques associés à chaque longueur d'onde, notamment un traitement de modulation, de paquetisation, et une introduction de codes correcteurs d'erreurs, et en ce qu'il comprend au niveau du dispositif de raccordement hybride situé en partie terminale du réseau au moins une électrode de circuit intégré par ligne transportant des signaux électriques<Desc/Clms Page number 55>associée à une longueur d'onde, et au niveau du routeur un certain nombre d'interfaces à haut débit portant un multiplex temporel et/ou de paquets.
- 39. Réseau de transmission selon l'une des revendications 32 à 38 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source de lumière à large bande alimentant simultanément en lumière un ou plusieurs dispositif (s) de raccordement hybride.
- 40. Réseau de transmission selon la revendication 39 caractérisé en ce que plusieurs dispositifs de raccordement hybride placés en partie terminale de réseau peuvent partager l'ensemble des paires virtuelles émises ou reçues par un même équipement en tête de réseau.
- 41. Réseau de transmission selon la revendication 40 dans lequel des signaux optiques destinés à des dispositifs de raccordement hybride différents sont distingués par des multiplexeurs-démultiplexeurs placés sur les fibres optiques reliant à la tête de réseau chaque dispositif de raccordement hybride placé en partie terminale du réseau.
- 42. Réseau de transmission selon l'une des revendications 32 à 41 caractérisé en ce qu'un codage delta-sigma à plusieurs niveaux est utilisé pour la représentation des signaux électriques en vue de leur transmission optique.
- 43. Réseau de transmission selon la revendication 42 caractérisé en ce qu'au moins une longueur d'onde est utilisée pour communiquer au dispositif de raccordement hybride l'horloge de ré-échantillonnage.
- 44. Réseau de transmission caractérisé en ce qu'il incorpore au moins un dispositif selon la revendication 31 en partie terminale de réseau et au moins un multiplexeur-démultiplexeur (133) placé sur la ou les fibres optiques reliant ces dispositifs à la tête de réseau et séparant les groupes de longueurs d'onde selon le sens de transmission montant ou descendant.
- 45. Réseau de transmission selon la revendication 44, comprenant en outre au moins un routeur (183) raccordé à au moins un dispositif de<Desc/Clms Page number 56>raccordement hybride (186) par une fibre optique d'émission (182) et une fibre optique de réception (184) de signaux optiques.
- 46. Réseau de transmission selon la revendication 45, dans lequel le dispositif de raccordement hybride comprend un réseau de diffraction dont l'angle est asservi au moyen de signaux portés par la fibre optique d'émission et par la fibre optique de réception et correspondant à au moins une longueur d'onde que le dispositif de raccordement hybride s'adresse à lui-même par ledit routeur.
- 47. Réseau de transmission selon la revendication 45, dans lequel au moins un routeur (183) est raccordé à m dispositifs de raccordement hybride (186), m étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque dispositif contenant m modulateurs et m récepteurs, les dispositifs de raccordement hybride étant en relation entre eux deux à deux par le routeur au moyen de signaux optiques correspondant à une longueur d'onde dédiée par paire de dispositifs de raccordement hybride et portée par lesdites fibres d'émission et de réception.
- 48. Réseau de transmission selon la revendication 45, comprenant en outre un entrelacer, et dans lequel le routeur (139) possède deux fibres optiques dans une première rangée et une pluralité de fibres optiques dans une seconde rangée, la distance entre les deux fibres (139a, 139b) de la première rangée déterminant la différence de fréquence optique entre les paires de longueurs d'onde distribuées sur chacune des fibres (132b) de la seconde rangée.
- 49. Réseau de transmission selon la revendication 48, dans lequel les première et seconde rangées de fibres optiques sont confondues et disposées en une seule rangée regroupant toutes les fibres optiques.
- 50. Réseau de transmission selon la revendication 48, dans lequel le routeur possède une troisième fibre dans la première rangée, cette troisième fibre étant placée par rapport aux deux premières pour que les trois fréquences<Desc/Clms Page number 57>optiques associées soient également espacées et séparées par le même réseau de diffraction placé dans chaque dispositif de raccordement hybride.
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| WO2002100007A3 (fr) | 2003-01-30 |
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Effective date: 20130228 |