FR2834149A1

FR2834149A1 - Multichannel optical connection electro-optical channel equalization, using dispersive array to receive multichannel beam for separation, processing and recombining

Info

Publication number: FR2834149A1
Application number: FR0116559A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Huignard
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-06-27
Also published as: WO2003055106A3; WO2003055106A2

Abstract

The electro-optic equalization method involves receiving a multichannel beam (1A) and separating the channels (4), followed by amplifying and recombination of the channels, using a saturable device (6) and a channel recombining device (8).

Description

DISPOSITIF ELECTRO-OPTIQUE D'EGALISATION DES CANAUX DANS
UNE LIAISON OPTIQUE MULTICANAUX
La présente invention se rapporte à un dispositif électro-optique d'égalisation des canaux dans une liaison optique multicanaux. ELECTRO-OPTICAL DEVICE FOR EQUALIZING CHANNELS IN
A MULTICHANNEL OPTICAL LINK
The present invention relates to an electro-optical device for equalizing channels in a multichannel optical link.

Dans les transmissions multicanaux d'informations par voie optique, en particulier les transmissions par multiplexage de longueur d'onde (dites WDM , soit : Wavelength Division Multiplexing ), il est important de maintenir un niveau de signal constant quel que soit le canal de transmission considéré parmi l'ensemble des canaux. Cette condition est difficile à réaliser en pratique, compte tenu des caractéristiques spectrales des composants optiques passifs et actifs présents sur la liaison de transmission (couches multidiélectriques, amplificateurs à fibre dopée à l'Erbium, fibres Raman,...). Ces composants ont une réponse en fréquence non uniforme dans la bande de longueurs d'ondes de transmission (par exemple dans la bande 1500-1600 nm). De plus, les caractéristiques de la ligne de transmission évoluent lors de la reconfiguration du réseau de transmission (nombre de modules amplificateurs traversés, de composants optiques de multiplexage et de démultiplexage, filtres...). Il est donc important de pouvoir mettre en oeuvre un dispositif programmable ou asservi permettant d'assurer dans la liaison de transmission, et en particulier à la sortie des amplificateurs de cette liaison, une répartition uniforme de la puissance optique sur tous les canaux de cette liaison. De façon typique, la distance entre canaux adjacents dans une liaison WDM est d'environ 0,5 à 1 nm. Ainsi, par exemple dans la bande 1500-1600 nm, on peut loger environ 100 canaux, dont le niveau doit être égalisé de façon programmable ou asservie. In multichannel information transmission by optical means, in particular transmissions by wavelength multiplexing (called WDM, ie: Wavelength Division Multiplexing), it is important to maintain a constant signal level whatever the transmission channel. considered among all the channels. This condition is difficult to achieve in practice, given the spectral characteristics of the passive and active optical components present on the transmission link (multi-electric layers, fiber amplifiers doped with Erbium, Raman fibers, etc.). These components have a non-uniform frequency response in the transmission wavelength band (for example in the 1500-1600 nm band). In addition, the characteristics of the transmission line change during the reconfiguration of the transmission network (number of amplifier modules passed through, optical components for multiplexing and demultiplexing, filters, etc.). It is therefore important to be able to use a programmable or controlled device making it possible to ensure in the transmission link, and in particular at the output of the amplifiers of this link, a uniform distribution of the optical power on all the channels of this link. . Typically, the distance between adjacent channels in a WDM link is approximately 0.5 to 1 nm. Thus, for example in the 1500-1600 nm band, it is possible to accommodate approximately 100 channels, the level of which must be programmable or slaved equalized.

Les solutions connues d'égalisation de liaisons optiques sont limitées à un faible nombre de canaux (en général 10 à 20 canaux) et produisent une fonction d'atténuation sélective des canaux à l'aide de composants optiques à caractéristiques fixes (par exemple composants du type réseau de Bragg à période variant d'une extrémité à l'autre du réseau). Known solutions for equalizing optical links are limited to a small number of channels (in general 10 to 20 channels) and produce a function of selective attenuation of the channels using optical components with fixed characteristics (for example components of the Bragg grating type with a period varying from one end to the other of the grating).

La présente invention a pour objet un dispositif électro-optique d'égalisation des canaux dans une liaison optique multicanaux à multiplexage en longueur d'onde, dispositif qui puisse traiter simultanément un grand nombre de canaux (par exemple au moins 100 canaux), de façon The present invention relates to an electro-optical device for equalizing channels in a multi-channel optical link with wavelength multiplexing, device which can simultaneously process a large number of channels (for example at least 100 channels), so

adaptable, et ce, pour des canaux proches les uns des autres (distants de 0,5 nm par exemple) et quelle que soit la polarisation respective des différents canaux. adaptable, for channels close to each other (0.5 nm apart for example) and whatever the respective polarization of the different channels.

Le dispositif conforme à l'invention comporte un dispositif séparateur de canaux suivi d'un dispositif amplificateur saturable et d'un dispositif de recombinaison de canaux. Ainsi, le dispositif de l'invention égalise les canaux sans les atténuer : il réamplifie sélectivement les signaux faibles. The device according to the invention comprises a channel separator device followed by a saturable amplifier device and a channel recombination device. Thus, the device of the invention equalizes the channels without attenuating them: it selectively re-amplifies the weak signals.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : . la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'égalisation conforme à l'invention ; 'ta figure 2 est une vue simplifiée en perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif amplificateur saturable de la figure 1 et, 'ta figure 3 est une vue simplifiée en perspective d'un deuxième mode de réalisation du dispositif amplificateur saturable de la figure 1
On a représenté en figure 1 le bloc-diagramme d'une portion de liaison de transmission optique incluant le dispositif égaliseur de l'invention. The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which:. Figure 1 is a block diagram of an equalization device according to the invention; 'your Figure 2 is a simplified perspective view of a first embodiment of the saturable amplifier device of Figure 1 and,' your Figure 3 is a simplified perspective view of a second embodiment of the saturable amplifier device of Figure 1 figure 1
FIG. 1 shows the block diagram of a portion of optical transmission link including the equalizer device of the invention.

Cette liaison comporte une fibre optique 1 qui véhicule un signal WDM à grand nombre de canaux (par exemple 100 ou bien plus). Le signal 1A disponible à la sortie de la fibre 1 comprend des composantes spectrales d'amplitudes différentes, par suite de la traversée de composants optiques à réponses spectrales différentes. Ce signal 1A passe par l'égaliseur 2 de l'invention, décrit en détail ci-dessous, à la sortie duquel on recueille sur une fibre optique 3 un signal 3A égalisé. This link includes an optical fiber 1 which carries a WDM signal with a large number of channels (for example 100 or more). The signal 1A available at the output of fiber 1 comprises spectral components of different amplitudes, as a result of the crossing of optical components with different spectral responses. This signal 1A passes through the equalizer 2 of the invention, described in detail below, at the output of which an equalized signal 3A is collected on an optical fiber 3.

Le dispositif égaliseur 2 comporte un dispositif 4 séparateur de canaux, qui est dans le cas présent un réseau de diffraction, bien connu en soi, recevant le faisceau 1A. Le dispositif 4 étale spatialement, en ligne, le faisceau 1A selon ses différentes composantes spectrales A 1 à An. Ces différentes composantes spectrales sont collimatées par une lentille 5, dont le plan focal objet est confondu avec la face de sortie du dispositif 4, vers un dispositif amplificateur optique 6. The equalizer device 2 comprises a channel separator device 4, which in this case is a diffraction grating, well known in itself, receiving the beam 1A. The device 4 spreads out spatially, in line, the beam 1A according to its different spectral components A 1 to An. These different spectral components are collimated by a lens 5, the object focal plane of which coincides with the exit face of the device 4, towards an optical amplifier device 6.

Le dispositif amplificateur 6, dont deux modes de réalisation sont représentés en figures 2 et 3, est une structure optique de type guide d'ondes optique, comportant essentiellement, sur un substrat, une couche amplificatrice fortement dopée, par exemple à l'Erbium (selon une technique analogue à celle utilisée pour la fabrication des fibres optiques amplificatrices des oscillateurs laser). Cette structure est pompée par diodes laser. Dans les cas présent, l'intensité du faisceau 1A et les caractéristiques de la couche amplificatrice, en particulier sa section, sont telles que cette couche puisse être amenée à la limite de la saturation lorsque l'intensité de l'un quelconque des faisceaux incidents kl à à n est minimale. Le dispositif amplifacateur 6 est suivi d'une lentille de focalisation 7 dans le plan focal image de laquelle est disposé un dispositif de recombinaison 8, qui peut être qualifié de symétrique du dispositif 4, car il recombine les différents

faisceaux dz 1 à Àn en un seul faisceau 3A qui a les mêmes caractéristiques que le faisceau incident 1A (en particulier même modulation W. D. M. ), à la seule différence que les différents canaux de longueurs d'onde À 1 à kn ont tous la même amplitude. The amplifier device 6, two embodiments of which are shown in FIGS. 2 and 3, is an optical structure of the optical waveguide type, essentially comprising, on a substrate, an amplifying layer heavily doped, for example with Erbium ( according to a technique analogous to that used for the manufacture of optical fibers amplifying laser oscillators). This structure is pumped by laser diodes. In the present cases, the intensity of the beam 1A and the characteristics of the amplifying layer, in particular its section, are such that this layer can be brought to the limit of saturation when the intensity of any of the incident beams kl to to n is minimal. The amplifying device 6 is followed by a focusing lens 7 in the image focal plane of which is arranged a recombination device 8, which can be described as symmetrical of the device 4, because it recombines the different

beams dz 1 to Àn in a single beam 3A which has the same characteristics as the incident beam 1A (in particular same WDM modulation), with the only difference that the different wavelength channels At 1 to kn all have the same amplitude .

En effet, pour les canaux dont l'amplitude est minimale à la sortie de la fibre 1, le dispositif 2 les amplifie à la limite de sa saturation à une valeur Asat. Pour ce qui est des canaux dont l'amplitude est supérieure à cette valeur minimale, ils saturent le dispositif 6, et en fin de compte, leur amplitude, à la sortie du dispositif 6 est également pratiquement égale à Asat. Indeed, for the channels whose amplitude is minimal at the output of the fiber 1, the device 2 amplifies them at the limit of its saturation to an Asat value. As for the channels whose amplitude is greater than this minimum value, they saturate the device 6, and ultimately, their amplitude, at the output of the device 6 is also practically equal to Asat.

Il en résulte qu'à la sortie de dispositif amplificateur 6, l'amplitude de tous les canaux est pratiquement égale à Asat. As a result, at the output of amplifier device 6, the amplitude of all the channels is practically equal to Asat.

On a schématiquement représenté en figure 2 un mode de réalisation du dispositif amplificateur 6 à canaux d'amplification séparés. Ce dispositif 6 comporte un substrat 9, en forme de parallélépipède rectangle, sur la face supérieure duquel sont formées des bandes 10 à section rectangulaire, toutes parallèles entre elles formant guides d'ondes. Le substrat 9 est par exemple en niobate de lithium ou en silice, dont la couche supérieure est fortement dopée à l'Erbium par exemple. Les guides 10 sont gravés dans cette couche supérieure fortement dopée. Bien entendu, le dispositif 6 est placé, dans l'architecture 2 de la figure 1, de façon que les guides 10 soient parallèles à l'axe optique de la lentille 5, et que les faisceaux À 1 à Àn passent chacun par l'axe du guide 10 correspondant. Il est FIG. 2 schematically shows an embodiment of the amplifier device 6 with separate amplification channels. This device 6 comprises a substrate 9, in the form of a rectangular parallelepiped, on the upper face of which strips 10 of rectangular section are formed, all parallel to each other forming waveguides. The substrate 9 is for example made of lithium niobate or silica, the upper layer of which is heavily doped with Erbium for example. The guides 10 are etched in this highly doped upper layer. Of course, the device 6 is placed, in the architecture 2 of FIG. 1, so that the guides 10 are parallel to the optical axis of the lens 5, and so that the beams A 1 to Àn each pass through the axis of the corresponding guide 10. It is

également bien entendu que le nombre de guides 10 est égal ou supérieur au nombre de canaux compris dans le faisceau arrivant par la fibre 1, c'est-àdire très fortement supérieur à celui des bandes représentées sur la figure 2. also of course that the number of guides 10 is equal to or greater than the number of channels included in the bundle arriving by the fiber 1, that is to say very much greater than that of the bands shown in FIG. 2.

Un matériau 11, tel que de la silice, remplit les espaces compris entre les guides 10. De façon bien connue en soi, des diodes laser de pompage sont disposées au-dessus des guides 10, et une électrode commune est disposée sous le substrat 9. A material 11, such as silica, fills the spaces between the guides 10. In a manner well known in itself, pumping laser diodes are arranged above the guides 10, and a common electrode is disposed under the substrate 9 .

Le dispositif amplificateur 6A, représenté en figure 3, comporte sur un substrat 9A une couche continue 10A ayant la même composition que les guides d'ondes 10. Ce dispositif 6A est complété, de la même façon que le dispositif 6, par des diodes laser de pompage et une électrode commune. Du fait que la couche fortement dopée est continue, les différents canaux A 1 à An n'ont pas besoin d'être dirigés aussi précisement que dans le cas du

dispositif 6. Il suffit que ces canaux soient alignés le long de l'axe 12 de la face d'entrée de la couche 10A. The amplifier device 6A, shown in FIG. 3, comprises on a substrate 9A a continuous layer 10A having the same composition as the waveguides 10. This device 6A is supplemented, in the same way as the device 6, by laser diodes pump and a common electrode. Since the heavily doped layer is continuous, the different channels A 1 to An do not need to be directed as precisely as in the case of the

device 6. It suffices that these channels are aligned along the axis 12 of the entry face of the layer 10A.

Selon une variante, non représentée, on peut remplacer le dispositif de recombinaison 8 par un miroir renvoyant les faisceaux provenant de la lentille 7 vers le dispositif séparateur 4 par-dessus ou par-dessous le dispositif amplificateur 6 ou 6A. Bien entendu, le dispositif 4 est alors modifié pour pouvoir séparer et recombiner à la fois les faisceaux correspondants. According to a variant, not shown, the recombination device 8 can be replaced by a mirror returning the beams coming from the lens 7 to the separator device 4 above or below the amplifier device 6 or 6A. Of course, the device 4 is then modified in order to be able to separate and recombine both the corresponding beams.

Claims

CLAIMS 1. Electro-optical channel equalization device in a multi-channel optical link, receiving an incident multi-channel beam with wavelength multiplexing (1A), characterized in that it comprises a channel separator device (4), followed by a saturable amplifier device (6) and a channel recombination device. (8).

2. Device according to claim 1, characterized in that the separating device is a diffraction grating spatially spreading the incident multichannel beam according to the different wavelengths of these channels.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier device comprises, on a substrate (9), waveguides (10) of highly doped material, brought into saturation limit by the incident beam having the lower amplitude.

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier device comprises, on a substrate (10A), a continuous layer of highly doped material brought into saturation limit by the incident beam having the lowest amplitude.