FR3001053A1 - Generateur et procede pour la generation d'impulsions optiques a haut taux de repetition - Google Patents

Abstract

Selon un aspect, l'invention concerne un procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition. Le procédé comprend l'émission (101) d'un premier train d'impulsions, périodique, sur fond continu cohérent, le spectre en fréquence du premier train d'impulsions comprenant des raies spectrales avec une raie centrale et des harmoniques ; le procédé comprend en outre le filtrage spectral (102) du premier train d'impulsions (Iin) permettant la suppression de la raie centrale et des autres harmoniques paires du spectre en fréquence du train d'impulsions.

Description

ETAT DE L'ART Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un générateur d'impulsions optiques à haut taux de répétition et un procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition.

Etat de l'art Dans le domaine de l'optique ultra-rapide, la génération d'impulsions optiques ultra- brèves à haute cadence (typiquement supérieure à 10 GHz) demeure un domaine de recherche très actif. En effet, les applications potentielles sont aussi nombreuses que prometteuses : télécommunications à ultra-haut débit, génération d'impulsions micro-ondes à partir de la photonique, peignes de fréquences, sources multi-longueurs d'onde, tests de composants, briques de base pour la mise en forme optique, ou encore échantillonnage optique. Pour répondre à ces différents besoins, plusieurs solutions sont actuellement disponibles. Ces solutions peuvent se classer en premier lieu en deux catégories : les solutions avec cavité optique et celles sans cavité. Les solutions avec cavité sont constituées par des lasers où un milieu à gain est inclus dans une cavité optique. Un tel milieu peut être par exemple, aux longueurs d'onde des télécommunications optiques, une fibre dopée Erbium, un verre dopé ou un semi-conducteur. Les propriétés de la cavité fixent alors le taux de répétition de ce laser. Bien souvent, ce taux de répétition est bien inférieur aux hautes cadences ici recherchées. Il est donc alors nécessaire de procéder à un blocage de mode actif, par exemple par l'inclusion d'un modulateur optique intra-cavité qui sera relié à une horloge externe de référence. L'utilisation pratique de ces composants est souvent limitée à une cadence de 10 GHz (avec une certaine tolérance), même si récemment des modèles allant jusqu'à 40 GHz ont été mis sur le marché.

Les points forts de ces technologies à cavité sont la grande qualité des impulsions généralement obtenues. En effet, le blocage de modes, une fois établi, assure une relation de phase fixe entre les différentes composantes spectrales de l'impulsion. Il est ainsi possible d'obtenir des impulsions en limite de Fourier ne présentant aucun piédestal. Un autre atout est le rapport cyclique élevé (défini comme la durée de l'impulsion sur la période de répétition du train) qu'il est possible d'atteindre avec ces équipements : des rapports cycliques aussi faibles que 1/50 sont réalisables. Les trains générés sont donc totalement compatibles avec un multiplexage temporel où plusieurs trames à 10 GHz par exemple peuvent être entrelacées 1 afin d'augmenter le taux de répétition. Cependant, la difficulté pratique pour réaliser le blocage de mode rend l'utilisation terrain tout à fait aléatoire, surtout considéré le cout élevé de ces composants. Les faibles puissances moyennes de sortie (une vingtaine de mW) sont également une de leur faiblesse. De plus, l'accordabilité du taux de répétition est quasi-nulle (quelques GHz au mieux) essentiellement à cause du principe même de fonctionnement. Tous ces dispositifs doivent en effet se baser sur une électronique complexe d'asservissement afin de maintenir le taux de répétition de la source fixe. La seconde grande famille de solutions techniques englobe des méthodes ne reposant pas sur l'usage de cavité. Le train d'impulsions est alors généré par une modulation de phase ou d'amplitude suivie d'un traitement linéaire et/ou non-linéaire. La solution la plus élémentaire pour générer un train d'impulsions sans cavité consiste à utiliser un modulateur d'intensité : une horloge électrique délivrant un signal périodique au taux de répétition désiré vient alimenter un modulateur électro-optique qui va découper un signal optique issu d'une diode laser continue (sans aucune modulation). La méthode est ici purement linéaire et ne fait pas intervenir de processus de remise en forme non-linéaire. Il s'agit ici de la technique la plus efficace et la moins onéreuse pour générer des trains d'impulsions à des taux de répétition pouvant aller jusqu'à 40 GHz. Néanmoins, une limitation très forte existe sur le rapport de cycle pouvant être atteint : des modulations avec un rapport de cycle de 1/3 ou 1/4 sont réalisables mais des valeurs plus faibles sont hors de portée. C'est cette limitation qui a conduit à considérer des solutions alternatives. La solution linéaire qui a paru la plus opportune est l'utilisation non plus d'une modulation d'intensité, mais d'une modulation de phase. Dans ce cas, dans une première étape, le signal d'horloge est envoyé sur un modulateur de phase qui vient inscrire une dérive de fréquence sur une onde continue. La cascade de plusieurs de ces modulateurs permet d'accroitre la dérive de fréquence inscrite. La seconde étape consiste à compenser au mieux la dérive de phase imprimée pour aboutir à l'apparition d'impulsions clairement séparées les unes des autres et dont le rapport de cycle peut être largement plus faible que 1/4. Cette seconde étape peut se faire grâce à des fibres dont la longueur et la dispersion chromatique ont été soigneusement optimisées ou grâce à des réseaux de Bragg dits chirpés. Cette approche est particulièrement efficace en terme énergétique : alors qu'une modulation d'amplitude conduit à la perte d'une partie importante de l'énergie dans le processus de découpage du profil temporel, la modulation de phase préserve l'énergie initiale (aux pertes intrinsèques des composants près). Néanmoins, cette méthode conduit à des profils d'impulsions qui présentent des rebonds 2 (piédestaux) non négligeables, inconvénient qui peut limiter fortement les applications de ces impulsions. De plus, l'accordabilité du taux de répétition est relativement limitée, tout changement apporté sur la modulation de phase devant être compensé par une modification de l'élément dispersif compensateur.

Les solutions non-linéaires proposent une approche radicalement différente où les possibilités offertes par l'optique non-linéaire, notamment dans les fibres optiques (effet Kerr lié à la non-linéarité de la silice par exemple), sont exploitées. Ces solutions nécessitent une puissance optique plus importante et sont donc tout à fait adaptées lorsque les applications requièrent des puissances plus élevées. Une première série de solutions non-linéaires exploite ce qui est appelée la compression solitonique. Dès les débuts de l'optique non-linéaire dans les fibres optiques, il a en effet été constaté qu'un profil impulsionnel de forte puissance avait tendance à se comprimer lors de sa propagation dans un milieu non-linéaire à dispersion anormale. Cet effet connu sous le terme de compression solitonique est tout à fait compatible avec des taux de répétition élevés. Dans ces conditions, le profil impulsionnel peut être généré par modulation directe du profil d'intensité d'un laser continu (cf méthode linéaire) ou bien par l'injection simultanée de deux signaux continus légèrement décalés en fréquence (mais au prix d'une stabilisation délicate de l'écart fréquentiel entre les deux longueurs d'ondes des lasers). La compression subie peut alors être significative avec une durée d'impulsions pouvant s'affiner d'un facteur potentiellement bien supérieur à 4. De manière basique, plus la puissance initiale est importante, plus la compression sera importante. Néanmoins, cette compression se fait souvent au détriment de la qualité du profil temporel de l'impulsion avec notamment le développement de piédestaux significatifs qui nuisent fortement aux applications potentielles (voir par exemple L.F.Mollenauer et al., « Extreme picosecond pulse narrowing by means of soliton effect in single-mode optical fibers », Opt. Lett. Vol. 8, No. 5, 1983). L'obtention d'impulsions en limite de Fourier devient dès lors beaucoup plus hasardeuse. Une manière de limiter ces piédestaux est d'utiliser une compression solitonique adiabatique : en modifiant progressivement lors de la propagation l'énergie de l'impulsion ou bien les paramètres du milieu non-linéaire considéré, le soliton va adapter sa forme pour maintenir le profil d'une impulsion parfaite sans piédestaux. Pour cela, technologiquement, deux choix sont possibles. Le premier est d'augmenter progressivement lors de la propagation l'énergie par le biais d'une amplification distribuée. Cette solution assez attrayante nécessite néanmoins l'usage d'une pompe externe pour rendre cette amplification possible. Cela augmente donc le prix et la complexité du montage à mettre en oeuvre. L'autre possibilité est 3 d'utiliser une fibre particulière où la dispersion varie longitudinalement de manière continue, subissant une décroissance progressive. Cette solution passive s'avère efficace mais la difficulté est la faible disponibilité de ces fibres qui requièrent des techniques de fabrication actuellement disponibles dans quelques centres de recherche uniquement. Une alternative pour contourner cette rareté est de mimer le profil de dispersion anormale décroissant par l'emploi d'un grand nombre de segments de fibres avec des propriétés dispersives variées (voir par exemple la demande de brevet publiée US 2010/0284431 au nom de Inoue et al.). On parle ainsi de profils de dispersion en escalier ou en peigne suivant que les valeurs de dispersion choisies sont continument décroissantes ou bien alternées selon des valeurs extrêmes opposées. Si ces techniques apportent une flexibilité appréciable, elles restent délicates à mettre en oeuvre car requérant un grand nombre de soudures qui impactent négativement le budget optique de la solution. La dernière classe de solutions non-linéaires est appelée compression par mélange à 4 ondes multiple. Ce phénomène se produit également au sein d'une fibre à dispersion anormale et se rapproche par certains aspects de la compression solitonique (voir par exemple P. V. Mamyshev, "Dual-wavelength source of high-repetition rate, transform-limited optical pulses," US Patent 223915, 1995). Dans sa configuration la plus classique cette technique emploie deux signaux continus dont l'écart en longueur d'onde correspond au taux de répétition visé. Dans le domaine temporel, cela correspond à une modulation sinusoïdale du signal avant propagation non-linéaire dans une fibre. Les impulsions obtenues sont de grande qualité et ne présentent aucun piédestal. Ce concept a été démontré à différents taux de répétition allant de la vingtaine de GHz à plusieurs THz. Le rapport de cycle obtenu est alors de l'ordre de 1/5 et peut être abaissé jusqu'à 1/12 tout en maintenant une grande qualité optique du train généré. La modulation initiale doit cependant être totale, ce qui nécessite un contrôle fin du point de fonctionnement du modulateur utilisé. Cette contrainte n'est pas propre à cette dernière méthode, elle est partagée par l'ensemble des techniques décrites ci-dessus. Ainsi, comme cela apparaît au vu de l'état de l'art décrit ci-dessus, une première limite de la plupart des technologies connues est liée à la nécessité d'une modulation initiale totale (en phase ou en amplitude) d'une source continue, afin de permettre l'obtention d'impulsions optiques de grande qualité, sans piédestal. Par modulation initiale totale, on entend la formation d'un train d'impulsions initial sans fond continu cohérent, c'est-à-dire pour lequel l'énergie lumineuse est nulle ou quasi-nulle entre deux impulsions. Cette contrainte impose 4 un choix optimisé des différents éléments optiques et électroniques et des réglages très fins, faute de quoi le dispositif perdra son intérêt et sa capacité à être exploité. Une deuxième limite des technologies connues citées ci-dessus, conséquence directe de la première, est la faible accordabilité du taux de répétition de ces sources : l'optimisation n'est en effet possible que sur une gamme très fine de taux de répétition, la marge étant généralement inférieure à 10 %. Un objet de l'invention consiste à s'affranchir de tout ou partie des limites de l'art antérieur et propose un générateur d'impulsions optiques à haut taux de répétition (dizaines à centaines de GHz), présentant une très bonne accordabilité du taux de répétition et des contraintes réduites sur les paramètres des composants par rapport aux solutions existantes. RE SUME DE L'INVENTION Selon un premier aspect, la présente demande concerne un générateur d'impulsions optiques à haut taux de répétition comprenant une source d'émission d'un premier train d'impulsions optiques sur fond continu cohérent, périodique, le spectre en fréquence du premier train d'impulsions comprenant des raies spectrales avec une raie centrale et des harmoniques, et un filtre spectral adapté pour supprimer la raie centrale et les autres harmoniques paires du spectre en fréquence du premier train d'impulsions. Le générateur d'impulsions optiques ainsi décrit n'inclut pas de cavité et par conséquent, ne nécessite pas d'opération de blocage de modes, ce qui lui confère une stabilité accrue. Par ailleurs, le générateur décrit ici prend le contre pied des technologies existantes sans cavité qui imposent des contraintes très strictes sur les composants optiques et leurs réglages pour obtenir des impulsions à haute cadence de grande qualité optique. Ici au contraire, le choix est délibérément fait de générer dans un premier temps un premier train d'impulsions sur fond continu, résultant par exemple d'une modulation en amplitude incomplète d'une onde laser continue, puis d'appliquer un filtrage spectral adapté dont l'effet est non seulement de supprimer le fond continu mais aussi de doubler le taux de répétition par suppression des harmoniques paires du premier train d'impulsions. Le doublement du taux de répétition réalisé au niveau du filtrage permet par ailleurs de réduire les contraintes en bande passante sur l'électronique et également les coûts qui lui sont associés. Selon une variante, la source d'émission du premier train d'impulsions permet l'émission d'un train d'impulsions optiques sur fond continu cohérent dans lequel le fond 5 continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c). Il en résulte un changement de signe sur l'amplitude du train d'impulsions entre le fond continu et les impulsions, ce qui se traduit par une augmentation de l'intensité des impulsions résultantes après filtrage.

La source d'émission du premier train d'impulsions comprend par exemple une source lumineuse d'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité, avec modulation partielle, et un module de compression temporelle non linéaire de l'onde modulée. Une telle source d'émission du premier train d'impulsions permet de générer un premier train d'impulsions dont le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c).

Selon un exemple, la source lumineuse d'émission d'une onde modulée en intensité comprend une source laser continue permettant l'émission d'une onde lumineuse continue et un modulateur électro-optique permettant une modulation en intensité avec modulation partielle de l'onde lumineuse continue. Par exemple, une horloge électrique à fréquence variable contrôle la fréquence de modulation du modulateur, et donc celle de l'onde modulée en intensité. Le taux de répétition en sortie du générateur peut ainsi être réglé par la fréquence de l'horloge électrique. Selon un autre exemple, la source lumineuse d'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité comprend deux sources laser continues stabilisées en fréquence émettant chacune une onde lumineuse continue, le battement des deux ondes lumineuses permettant de former une onde lumineuse modulée en intensité avec modulation partielle. Le réglage de la différence de fréquence entre les sources peut permettre de contrôler la fréquence de l'onde modulée en intensité. Le module de compression non linéaire comprend par exemple un guide d'onde à compression non linéaire, par exemple un guide d'onde en silicium à dispersion anormale ou guide d'onde en chalcogénure à dispersion anormale, ou selon un autre exemple, une fibre optique non linéaire à dispersion anormale. Selon une variante, la source d'émission du premier train d'impulsions sur fond continu comprend un amplificateur optique permettant d'ajuster la puissance lumineuse de l'onde modulée en intensité avec modulation partielle, agencé en entrée du module de compression linéaire. Dans le cas par exemple de l'utilisation d'une fibre non linéaire à dispersion anormale, l'ajustement de la puissance lumineuse en entrée de fibre permet d'ajuster le profil temporel du premier train d'impulsions sur fond continu. 6 Selon une variante, la source d'émission du premier train d'impulsions sur fond continu comprend un modulateur de phase en amont du module de compression non linéaire. Le modulateur de phase peut permettre, par exemple dans le cas de l'utilisation d'une fibre non linéaire à dispersion anormale, d'éliminer l'effet de rétrodiffusion Brillouin.

Selon une variante, les paramètres du module de compression non linéaire sont ajustés pour la génération de solitons sur fond continu. Dans le cas par exemple de l'utilisation d'une fibre non linéaire à dispersion anormale, les paramètres comprennent par exemple la longueur de la fibre non linéaire à dispersion anormale, sa non linéarité ou sa dispersion. Selon une variante, le filtre spectral comprend un résonateur Fabry-Pérot. L'utilisation de filtres très fins tels que les résonateurs Pérot-Fabry permet en plus d'éliminer optiquement les sur-modulations liées à l'utilisation d'un modulateur de phase pour s'affranchir de la rétrodiffusion Brillouin. Selon une variante, le filtre spectral comprend un interféromètre permettant la mise en interférence de deux trains d'impulsions optiques obtenus par séparation du premier train d'impulsions, les deux trains d'impulsions optiques présentant un décalage temporel d'une demi-période et un déphasage de 7C (modulo 27c). L'interféromètre est par exemple un interféromètre à deux ondes, les deux trains d'impulsions étant séparés spatialement puis recombinés, par exemple un interféromètre de type Mach-Zehnder ou Michelson. Un tel interféromètre, simple de mise en oeuvre et disponible commercialement sur le marché, permet d'accéder à la fonction de filtrage recherché. Alternativement, les deux trains d'impulsions peuvent par exemple être séparés dans une fibre à maintien de polarisation en adaptant leur polarisation à l'entrée de fibre, puis recombinés en sortie de fibre. La longueur de la fibre à maintien de polarisation permet alors de déterminer le décalage temporel et le déphasage.

Selon un deuxième aspect, la présente demande concerne un procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition comprenant l'émission d'un premier train d'impulsions, périodique, sur fond continu cohérent, le spectre en fréquence du premier train d'impulsions comprenant des raies spectrales avec une raie centrale et des harmoniques et le filtrage spectral du premier train d'impulsions permettant la suppression de la raie centrale et des autres harmoniques paires du spectre en fréquence du train d'impulsions. Selon une variante, le filtrage spectral comprend l'interférence de deux trains d'impulsions optiques obtenus par séparation du premier train d'impulsions en un deuxième train d'impulsions et un troisième train d'impulsions, les deuxième et troisième trains 7 d'impulsions optiques présentant un décalage d'une demi-période temporelle et un déphasage de 7C (modulo 27c). Selon une variante, l'émission du premier train d'impulsions optiques comprend l'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité avec modulation partielle et la compression temporelle non linéaire de l'onde lumineuse modulée pour générer un premier train d'impulsions optiques sur fond continu, le signe de l'amplitude du fond continu étant opposé au signe de l'amplitude des impulsions. Selon une variante, le procédé comprend le réglage de la période du premier train d'impulsions.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes : Figure 1, un diagramme illustrant les étapes d'un exemple de procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition selon la présente description; Figure 2, un schéma montrant un exemple de réalisation d'un générateur d'impulsions à haut taux de répétition selon la présente description ; Figures 3A et 3B, des schémas illustrant l'effet du filtrage spectral d'un premier train d'impulsions dans deux exemples de réalisation selon la présente description; Figures 4A à 4D, des schémas illustrant respectivement en intensité et en amplitude, l'effet du filtrage sur le profil temporel d'un premier train d'impulsions sur fond continu (figures 4A, 4B) et d'un train de solitons sur fond continu (figures 4C, 4D) ; Figure 5, un schéma montrant un exemple de réalisation d'un générateur d'impulsions haute cadence selon la présente description comprenant une source d'émission d'un train de solitons sur fond continu ; Figures 6A à 6F, des courbes expérimentales montrant les profils temporels et spectraux de train d'impulsions à haut taux de répétition obtenus au moyen d'un exemple de réalisation d'un générateur d'impulsions à haut taux de répétition selon la figure 5, pour différentes valeurs du taux de répétition du premier train d'impulsions ; 8 Figures 7A et 7B des courbes expérimentales montrant en détail les profils temporels et spectraux représentés sur les figures 6C et 6D ; Figures 8A à 8F, des courbes expérimentales montrant les profils temporels et spectraux de train d'impulsions à haut taux de répétition obtenus au moyen d'un autre exemple de réalisation d'un générateur d'impulsions à haut taux de répétition selon la figure 5, pour différentes valeurs du taux de répétition du premier train d'impulsions. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures lA et 2 montrent respectivement un diagramme illustrant les étapes d'un exemple de procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition selon la présente description et un schéma montrant un exemple de réalisation d'un générateur d'impulsions à haut taux de répétition selon la présente description. Les figures lA et 1B montrent dans le domaine temporel des exemples respectivement d'un premier train d'impulsions et d'un train d'impulsions à haut taux de répétition résultant du filtrage du premier train d'impulsions. Les figures 3A et 3B présentent des schémas illustrant dans le domaine fréquentiel l'effet du filtrage spectral sur un premier train d'impulsions dans deux exemples de réalisation selon la présente description. Le procédé illustré sur la figure 1 comprend une étape d'émission 101 d'un premier train d'impulsions optiques, périodique, sur fond continu cohérent. La figure 1B illustre l'intensité lumineuse en fonction du temps d'un exemple de premier train d'impulsions 110, périodique, dont la période est référencée Tmod. Un train d'impulsions optiques au sens de la présente description comprend au moins une dizaine d'impulsions. Un fond continu 111 cohérent avec les impulsions 110 est présent dans le train d'impulsions comme cela est illustré sur la figure 1B. Par fond continu du train d'impulsions, on entend dans la présente description la présence d'énergie qui réside entre deux impulsions successives du train optique. Entre deux impulsions N et N+1, l'intensité lumineuse ne redescend pas à une valeur nulle. Un fond continu existe au sens de la présente description dès que l'intensité lumineuse mesurée entre deux impulsions voisines est supérieure à 2.5% de la puissance crête des impulsions. Cela correspond à un taux d'extinction, défini ici comme le rapport entre l'intensité maximum Imax des impulsions et l'intensité prise au milieu de deux impulsions successives I, de 16 dB.

Précisons que le fond continu considéré dans la présente description est de nature cohérente, c'est-à-dire présentant une relation de phase fixe avec les impulsions. Notamment, il ne résulte 9 pas par exemple d'une accumulation de bruit incohérent tel que résultant de processus spontanés (comme par exemple le bruit issu d'un amplificateur). Dans le domaine fréquentiel, un train d'impulsions périodique sur fond continu présente un spectre dont des exemples (301, 304) sont illustrés sur les figures 3A et 3B. Ils présentent un ensemble de raies L, espacées d'une fréquence coo et comprenant des harmoniques paires (Lo, L2, L_2, L2k où k entier relatif positif, négatif ou nul) dont la raie centrale Lo, et des harmoniques impaires (Li, L-1, L2k-pi, où k entier relatif positif, négatif ou nul). Le procédé tel qu'illustré dans l'exemple de la figure 1 A comprend par ailleurs le filtrage spectral du premier train d'impulsions afin de supprimer la raie centrale et les autres harmoniques paires du premier train d'impulsions. Les spectres résultant sont par exemple illustrés sur les figures 3A et 3B (spectres 303 et 306). Il en résulte un train d'impulsions dont l'intensité en fonction du temps est illustrée selon un exemple sur la figure 1C. Les impulsions 120 sont « nettoyées » de tout fond continu et la fréquence du train d'impulsions est multipliée par deux.

Nous décrivons plus en détails ci-dessous l'effet du filtrage sur le premier train d'impulsions optiques. On note tv(T) l'enveloppe du champ optique du premier train d'impulsions optiques exprimé dans le domaine temporel (ici, la fréquence de porteuse optique est omise), et ÿr(0) son expression dans le domaine fréquentiel, donnée par : tif(0) = tv(T) e''T dT (1) Les quantités directement mesurables en optique sont les profils d'intensité temporel et spectral, donnés par ly(T)12 et W(0)12 respectivement. Rappelons qu'un signal périodique ayant un taux (ou fréquence) de répétition R =- avec Tmod la période du train d'impulsions Tmod de profil individuel tvmd(T) peut s'écrire : Tmod r T tif( T) = tif,,d(T)* W -T (2) avec w correspond à un peigne de Dirac et le produit de convolution. Étant données les propriétés de la transformée de Fourier, le train périodique dans le domaine spectral s'exprime donc comme le simple produit du spectre initial par un peigne de Dirac avec des pics régulièrement espacés de o., : v7(0) = (0) w co (3) COmod 10 -c avec o. 2 , = = 2 r R . Le spectre correspondant au train est donc le spectre d'une impulsion T., individuelle (0) qui est échantillonné tous les 0mod . Le spectre est donc un spectre de raies régulièrement espacées d'une fréquence o., . Nous appellerons fréquences d'harmonique paire les fréquences 02, telles que 0)2k 2 k el)mod avec k un nombre entier (qui peut être positif, négatif ou nul). L'élimination des composantes spectrales correspondant aux harmoniques paires (02k résulte dans l'élimination du fond continu et, simultanément, dans le doublement du taux de répétition. Seules les composantes impaires co2k +1 subsisteront. Dans ce contexte, le filtre F le plus étroit possible qui peut être appliqué se réduit à : F(co) = w ( (4) CL) - CL)mod 2 n'mod ce qui conduit au signal v7fi,(0) = v7,',(0) w CL) - CL)mod (5) 2 n'mod L'exemple d'un tel filtre F est illustré sur la figure 3A par le spectre 302, le spectre du train d'impulsions résultant étant illustré par le spectre 303.

Le traitement de filtrage proposé est ainsi linéaire et ne dépend donc pas de la puissance du signal en jeu. Par ailleurs, de par la nature même du processus utilisé, le taux de répétition du train généré est multiplié par un facteur 2. Ceci représente un avantage car il permet de partir d'un signal d'horloge électronique à une fréquence f, d'accéder à un signal à un taux de répétition optique de 2 f Cela réduit donc les contraintes en bande passante sur l'électronique de la source d'émission du premier train d'impulsions et ainsi les coûts liés. Le procédé pour la génération d'un train d'impulsions optiques à haut taux de répétition selon la présente description peut être mis en oeuvre au moyen d'un générateur d'impulsions optiques 20 tel que décrit sur la figure 2 et comprenant une source lumineuse 21 pour l'émission d'un premier train d'impulsions optiques, périodique, sur fond continu cohérent, tel que décrit précédemment, et un filtre spectral 22 adapté pour supprimer la raie centrale et les autres harmoniques paires du spectre en fréquence du premier train d'impulsions. La source lumineuse 21 pour l'émission du premier train d'impulsions optiques peut être réalisée simplement par une modulation en intensité d'une onde laser continue, la modulation étant partielle c'est-à-dire présentant un contraste strictement inférieur à 1. Dans ce cas, le premier train d'impulsions comprend un fond continu en phase avec les impulsions. 11 Avantageusement, comme cela est décrit sur la figure 2, la source lumineuse 21 pour l'émission du premier train d'impulsions optiques peut comprendre une source d'émission 210 d'une onde lumineuse modulée en intensité, avec modulation partielle, et un module de compression non linéaire 212 de l'onde modulée. Cette dernière variante permet notamment d'obtenir un premier train d'impulsions optiques sur fond continu cohérent dans lequel le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c), comme cela sera décrit plus en détails par la suite. Expérimentalement, le filtre spectral 22 peut être de nature très différente. Un tel filtre spectral peut par exemple être un résonateur de Fabry-Pérot, un réseau de Bragg fibré ou bien 10 un filtre spectral programmable tel qu'il est récemment apparu sur le marché (comme par exemple le waveshaper® commercialisé par la société FINISAR®). Selon une variante, le filtre spectral est réalisé au moyen d'un interféromètre à deux ondes (de type Mach-Zehnder ou Michelson) tel qu'illustré sur la figure 2. L'interféromètre à deux ondes utilisé dans la présente description comprend plus précisément un dispositif de 15 séparation 223 du premier train d'impulsions Iin en un deuxième train d'impulsions Im2 et en un troisième train d'impulsions to3 sur chacun des bras de l'interféromètre, la puissance optique dans chaque bras étant répartie également pour optimiser le phénomène d'interférence. Le dispositif de séparation 223 est par exemple une lame semi-réfléchissante ou un coupleur fibré. Le troisième train d'impulsions Im3 subit un décalage temporel d'une 20 demi-période puis un déphasage 7C (modulo 27c). Il est ensuite recombiné avec le deuxième train d'impulsions Im2 au moyen de miroirs de renvoi 226, 227 et d'un combineur 224, par exemple une lame semi-réfléchissante ou un coupleur fibré. Le décalage temporel est par exemple réalisé au moyen d'une ligne à retard optique 225 comprenant par exemple un miroir coin de cube monté sur une platine 220 et permettant de régler le délai optique entre un bras 25 dit « retardé » de l'interféromètre et un bras dit « de référence » à la moitié de la période Tmod du train d'impulsions. Sur le bras retardé de l'interféromètre, un saut de phase 7C (modulo 27c) est appliqué au troisième train d'impulsions dont l'ajustement est réalisé par exemple au moyen d'un élément piézo-électrique 221. Alternativement, dans un exemple de réalisation tout fibré, le décalage temporel et le déphasage entre les deuxième et troisième trains 30 d'impulsions peut être réalisé par ajustement d'une distance de propagation en espace libre entre deux fibres sur un des bras de l'interféromètre, ou au moyen d'une fibre que l'on étire sur un des deux bras de l'interféromètre pour ajuster le chemin optique. 12 Selon une variante, l'interféromètre peut comprendre une fibre à maintien de polarisation entre un polariseur d'entrée et un polariseur de sortie. Le polariseur d'entrée permet d'ajuster la polarisation du premier train d'impulsions, par exemple selon un axe à 45° des axes privilégiés de la fibre à maintien de polarisation. La différence de chemin optique entre les composantes se propageant selon les deux axes privilégiés de la fibre permet de former le décalage temporel et le déphasage recherché. Le polariseur de sortie sert alors de combineur. L'ajustement de la longueur de la fibre à maintien de polarisation permet de régler le décalage temporel et le déphasage. Mathématiquement, l'interférence entre les deux trains d'impulsions présentant un décalage temporel d'une demi-période et un déphasage de 7C (modulo 27c) se traduit par : Y" fin (T) = 1 2 - f(T)+y/ T -T. °d e tq 2 (T)+ (T) *s T 1 iv~n(T)- 2 Tmod 2 e od entraîne le Physiquement, l'opération de convolution par un Dirac *6 T -Tm 2 doublement du taux de répétition. Spectralement, en prenant les propriétés de la transformée du Fourier, nous obtenons : tif(co) 1 + exp - r Tm'd (8) 2 - 2 La forme du filtre spectral induit est alors: 2 ( F(co) = -1 (1 + exp ri ro Tmod +0 _ 1 1 + exp i co 4 2 -4 1+ exp ri ro Tmod Tmod + + exp 2 2 ( r r -i 0 Tmod +0 2 ! ,, ,, /- 1+ cos 27r co +0 - 20 mod I +1 1 2 1 4 Tmod ± 1 exp (9) Le filtre correspond donc à une forme sinusoïdale variant entre une transmission totale 20 et une transmission nulle. La fréquence du maximum et du minimum de ce filtre sera dictée par la phase (1). Pour une phase 1:1) = 7C, le train initial et le train décalé seront en opposition de phase et la fonction de transfert du filtre sera : F(co) = 1 2 1- cos 27r 2comod CO (10) Le filtre correspond donc à une forme sinusoïdale pour laquelle les fréquences du 25 maximum et du minimum de ce filtre correspondent alors respectivement aux fréquences des harmoniques impaires et paires du signal initial. Un exemple d'un tel filtre est illustré sur la 13 courbe 305, figure 3B. Il est donc tout à fait compatible avec les caractéristiques recherchées pour le filtre spectral 22 et l'on peut observer que le spectre 306 du train d'impulsions résultant est identique au spectre 303 du train d'impulsions obtenu avec un filtre du type de celui montré sur la courbe 302.

Nous avons ainsi montré l'action effectuée dans le domaine temporel sur le premier train d'impulsions par l'interféromètre à deux ondes décrit précédemment. La présence d'un saut de phase maitrisé de 7C (modulo 27c) permet ainsi d'annuler de manière interférentielle le fond continu. Autrement dit, l'interférence destructive entre les fonds continus du train initial et de sa réplique permet d'éliminer le fond continu préjudiciable.

Dans un exemple préféré de l'invention, la source d'émission 21 du premier train d'impulsions permet l'émission d'un train d'impulsions optiques sur fond continu cohérent dans lequel le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c). Les figures 4C et 4D illustrent de façon qualitative l'effet du filtrage sur un premier train d'impulsions de ce type tandis que les figures 4A et 4B montrent l'effet du filtrage sur un premier train d'impulsions dans lequel le fond continu est en phase avec les impulsions. Plus précisément, les courbes 401 et 404 (figures 4A et 4B respectivement) montrent l'évolution temporelle en intensité et en amplitude d'un exemple d'un premier train d'impulsions comprenant un fond continu en phase avec les impulsions. On observe notamment sur la courbe 404 que l'amplitude du fond continu est de même signe que celui des impulsions. Les courbes 402 et 405 (en pointillé sur les figures 4A et 4B respectivement) montrent l'évolution temporelle en intensité et en amplitude d'un deuxième train d'impulsion, obtenu par réplication, décalage d'une demi période temporelle et déphasage de 7C (modulo 27c) du premier train d'impulsion, par exemple grâce à un interféromètre tel que décrit précédemment. Les courbes 402 et 405 montrant le deuxième train d'impulsions sont comparées aux courbes 401 et 404 montrant le premier train d'impulsion. Les courbes 403 et 406 montrent enfin l'évolution temporelle en intensité et en amplitude d'un train d'impulsions résultant de la combinaison des premier et deuxième trains d'impulsions, en sortie de l'interféromètre, (figures 4A et 4B respectivement). On observe sur le train d'impulsions résultant une élimination du fond continu obtenue grâce à l'interférence destructive entre les fonds continus du train initial et de sa réplique. La courbe en intensité (403) fait apparaître cependant une diminution de l'intensité des impulsions du train résultant par rapport au premier train d'impulsions lié à la soustraction du fond. 14 Cet effet peut être inversé si le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c), comme cela est illustré sur les figures 4C et 4D. Les courbes 407 et 410 (figures 4C et 4D respectivement) montrent l'évolution temporelle en intensité et en amplitude d'un exemple d'un premier train d'impulsions comprenant un fond continu déphasé de 7C (modulo 2n) par rapport aux impulsions. Dans cet exemple, l'amplitude du fond continu (courbe 410) est de signe opposé à celui des impulsions. Les courbes 408 et 412 (en pointillé sur les figures 4C et 4D respectivement) montrent l'évolution temporelle en intensité et en amplitude du deuxième train d'impulsion, obtenu comme précédemment par réplication, décalage d'une demi période temporelle et déphasage de 7C (modulo 27c) du premier train d'impulsion. Les courbes 409 et 413 montrent l'évolution temporelle en intensité et en amplitude du train d'impulsions résultant de la combinaison des premier et deuxième trains d'impulsions (figures 4C et 4D respectivement). Comme précédemment, on observe sur le train d'impulsions résultant une élimination du fond continu obtenue grâce à l'interférence destructive entre les fonds continus du train initial et de sa réplique. Mais cette fois-ci, on observe que le changement de signe sur l'amplitude du train d'impulsions entre le fond continu et les impulsions se traduit par une augmentation de l'intensité des impulsions résultantes après filtrage. Ainsi, la solution décrite dans la présente demande fonctionne a priori avec des impulsions sur fond continu quelconques, c'est à dire dès qu'un train d'impulsions présente une énergie non nulle entre deux impulsions voisines (soit >2.5% de la puissance crête). Néanmoins, ses bénéfices les plus importants sont tirés de sa combinaison non-triviale avec un train d'impulsions optiques sur fond continu dans lequel le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C (modulo 27c), et plus particulièrement, avec un train de solitons sur fond continu qui constitue alors le premier train d'impulsions.

Un premier train d'impulsions tel que décrit par les courbes en intensité 407 et en amplitude 408 peut être obtenu par différents moyens connus de l'homme du métier. Selon une variante, un train d'impulsions de ce type peut résulter de la compression non-linéaire qui peut être observée lors de la propagation dans une fibre à dispersion anormale à condition de ne pas partir d'une modulation initiale totale de la condition initiale. Ce choix élimine par ailleurs une contrainte majeure sur les dispositifs de génération d'impulsions. Volontairement, nous considérons donc une modulation partielle qui va mener après compression temporelle à l'existence d'un fond continu. 15 Un cas particulier d'un tel train d'impulsions est connu sous le nom de solitons sur fond continu. Les solitons sur fond continu ont par exemple été décrits dans l'article de B. Kibler et al., « Observation of Kuznetsov-Ma soliton dynamics in optical fibre », Scientific Reports, 2, 463 (2012). Mathématiquement parlant, les solitons sur fond continu sont des solutions mathématiques de l'équation de SchrOdinger non-linéaire, équation qui régit la propagation d'une onde lumineuse dans la fibre optique. Dans le cadre de la présente description, on s'intéresse notamment aux trains de solitons temporels sur fond continu, par exemple les breathers d' Akhmediev. Nous décrivons plus en détails ci-dessous l'effet du filtrage décrit dans la présente demande sur un train de solitons sur fond continu, dans un exemple particulier. L'exemple de validation théorique donnée ci-dessous est fait à titre illustratif sur un exemple particulier d'un train de solitons sur fond continu de type « breather ». Soulignons ici que cet exemple traité analytiquement n'est en rien exclusif et limitatif et n'est donné qu'à titre de vérification du concept.

Pour cette illustration, une onde du type breather d'Akhmediev, l'une des solutions de l'équation de SchrOdinger non-linéaire qui décrit usuellement la propagation d'une impulsion dans une fibre optique à dispersion anormale, est considérée. Son expression analytique est la suivante (le terme de phase propagative a ici été volontairement omis car n'ayant aucune influence dans le résultat) : +Nicicos(c)mod T) cos(a)m', T) - cosh Ni, vf Z et T sont le champ électrique complexe dans l'approximation de l'enveloppe lentement variable, la distance de propagation dans la fibre optique (avec référence z = o correspondant au point de compression maximale) et le temps de propagation ramené à un référentiel co-propagatif. Po et o., sont respectivement la puissance de l'onde continue 25 initiale et la pulsation de modulation appliquée à cette onde (on associe à o., la période temporelle Tmod). a , b et LNL sont des paramètres normalisés reliés aux paramètres de la fibre utilisée : 2 a =1- (e)mod 2 162 b - , = \I8 a (1-2a) et co \ (e)c ) P 2 P0/1/321. 0 0.5. oc4 y a varie entre et 1 et 7 sont les paramètres dispersif et non-linéaire de la fibre. La solution analytique (11) paraît v(T,z)=.117, b +ibsinh b LNL LNL (1- 4a) cosh r b z 16 difficile à reproduire expérimentalement, mais il a été démontré à plusieurs reprises qu'une modulation sinusoïdale permet de s'approcher de manière satisfaisante de ce type de solution. On s'intéresse plus particulièrement dans notre cas au point de compression maximale où la puissance crête est maximale et la largeur temporelle est minimale. Avec les conventions utilisées dans l'équation (11), ce point correspond à z = o où l'expression du champ peut alors se simplifier en : (1- 4a) + NIE cos (co dT) , 0) = P, V 2a cos (ldmod T) -1 Le maximum d'intensité est atteint en T = 0 (1- 4a) + Vra ina' = V(0,0) = PO NiTa -1 La valeur maximale que peut atteindre ce champ est obtenue lorsque a -+ 0.5 et ce cas limite est appelé Soliton de Peregrine. Cette impulsion repose sur un fond continu dont la valeur peut être estimée à T= Tmod= 2 6)mod ;r = Nira - (1- 4a) (14) ,u NITa +1 Un tel fond continu rend habituellement le train périodique généré totalement inexploitable pour des sources à haut taux de répétition (ce qui explique pourquoi le soliton de Peregrine n'a jamais été exploré dans la perspective de cette application). Comme cela apparaît au vu de l'équation (14), lorsque a varie entre 0 et 0.5, le fond continu est de signe négatif. Autrement dit, il existe un déphasage de 7z- entre la partie centrale et le fond continu. Nous montrons dans la suite du calcul que nous pouvons supprimer ce fond continu sans nuire de façon significative à la puissance crête des impulsions.

Plus précisément, l'utilisation d'un interféromètre tel que décrit précédemment par exemple, permet d'ajouter à ce champ le même champ IF' décalé temporellement de2 et déphasé de 7z- (soit d'un signe opposé au champ initial). Ce champ IF' s'exprime donc : (12) (13) 17 T vv (1- 4a) + 2acos co mod T +ne'd 2 ii T T + mod 1 2 1- 4a -SI cos (c o T) cos (com', T) + 1 (T ,0) = - Po cos / CL)mod (15) Le champ total est alors : (1- 4a) + NIE cos (co T) F (1- 4a) - Vra cos (co mod T) y,. (T, 0) = yi(T ,0)+ yf'(T ,0) = v130 mod + po (16) ../r.ci cos (N, T) -1 ,/r.ci cos (N, T) + 1 Soit, en prenant en compte le fait que Po =1F'''. (on prend en compte l'effet de 2 l'interféromètre) : VT(T ,0) - 2 (1- 4a) + Vra cos (cmod T) (1- 4a) - Vra cos (co mod T) Nir.a cos (co mod T) -1 ± Nira cos(comod T) + 1 (17) Après quelques opérations mathématiques sommaires, on aboutit à l'expression simplifiée suivante : 1FT ,0) = 1- 2a cos2 (corn., T) 4 (1- 2a) Nra cos (com, T) D'où un profil d'intensité : P (T ,0) - P"' 1+4a2cos4(ompdT) - 4acos2 (rom°, T) Le minimum d'intensité est obtenu pour T = 4 2 co., 16 a (1-2a)2 cos2 P nun = P, - 0 1+ 4a2 cos4 - 4a cos2 Il n'y a donc plus de fond continu, nous vérifions bien l'efficacité de la méthode pour annuler le fond continu qui compromettait toute application. Le maximum du profil d'intensité est atteint en T = o et sa puissance crête est donnée par la relation simple suivante : 16 a (1-2a)2 16 a (1-2a)2 (21) P'mx-P - P 16 a 1+4a2 -4a '''' (1-2a)2 P,', On constate de manière intéressante que la puissance crête n'a pas été divisée par 2 comme on aurait pu s'y attendre à partir de la division du champ initial dans le dispositif. Ainsi, à titre d'illustration, en considérant le cas limite a -+ 0 5 , nous passons d'une puissance 16 a (1-2a)2 cos2 (ro., T) (18) (19) (20) 18 crête de 9 P avant passage dans le dispositif à une puissance crête de 8 Psi soit bien mieux que ce qu'il aurait pu être naïvement espéré (4.5 Pj). La figure 5 illustre un exemple particulier de réalisation d'un générateur d'impulsions optiques 50 à haut taux de répétition comprenant une source d'émission 21 d'impulsions optiques sur fond continu cohérent dans lequel le fond continu présente par rapport aux impulsions un déphasage de 7C. Plus précisément, la source d'émission 21 dans l'exemple de la figure 5 peut être réglée selon un exemple pour la génération d'un train de solitons sur fond continu. Selon cet exemple, le générateur décrit ici comprend une source laser continue 510, par exemple une diode laser continue émettant par exemple à une longueur d'onde télécom, par exemple à 1555 nm. L'onde laser continue émise par la diode laser 510 est mise en forme pour former une onde modulée en intensité avec modulation partielle. Pour cela, un modulateur électro-optique d'intensité 511 permet de découper une onde sinusoïdale à partir de l'onde initialement continue. Le point de fonctionnement du modulateur est réglé au moyen de la tension de bias et de l'amplitude de modulation électrique de telle sorte à ce que la modulation en intensité ne soit pas complète (contraste strictement inférieur à 1) si bien qu'un fond continu est présent. La fréquence de modulation de ce modulateur est donnée par un synthétiseur radiofréquence ou horloge électrique 515. Elle est réglée à la moitié du taux de répétition du train d'impulsions recherché en sortie du générateur. Selon une variante, l'onde modulée en intensité avec modulation partielle peut être obtenue par battement de deux ondes continues émises par deux sources laser continues stabilisées en fréquence entre elles. La fréquence de modulation est alors fixée par l'écart fréquentielle entre les deux sources. L'onde modulée partiellement est ensuite envoyée vers un module de compression non linéaire (212, figure 2) qui peut être réalisé par exemple par un guide d'onde à compression non linéaire. Dans cet exemple, une fibre non linéaire à dispersion anormale 514 est mise en oeuvre pour assurer la compression temporelle de l'onde modulée en sortie du modulateur d'intensité 511 et former le premier train d'impulsions sur fond continu. Une fibre conventionnelle dans le domaine des télécommunications optiques peut être utilisée, par exemple une fibre de type G.652 selon le standard ITU. Dans le montage présenté ici, une fibre SMF-28® de la société Corning® est utilisée ; sa dispersion est anormale (D = 17 ps/km/nm à 1550 nm, pour une pente de la dispersion de 0.6 ps/km/nm2) et son coefficient de non-linéarité est modéré (1.1 /W/km). Les pertes sont également modérées, de l'ordre de 0.2 dB/km. Concernant les longueurs de fibre mises en jeu, différentes longueurs de fibre ont été utilisées pour tester les performances du générateur: l'une de 8 km et l'autre de 2.1 km. 19 Avantageusement, un amplificateur optique 513, par exemple un amplificateur à fibre dopée Erbium est agencé en amont de la fibre non linéaire 514 pour amplifier l'onde modulée en sortie du modulateur d'intensité 511 et atteindre un niveau de puissance compatible avec le phénomène de compression temporelle. Les niveaux typiques de puissance pour la démonstration expérimentale réalisée avec la fibre SMF-28 sont compris entre 23 dBm et 30 dBm (puissance moyenne). Le niveau de puissance injectée dans la fibre pourra servir de variable pour optimiser la qualité de la compression à longueur de fibre fixée et obtenir, en fonction de la longueur de la fibre, des solitons sur fond continu. Un modulateur de phase 516 peut également être prévu entre la source laser continue 210 et la fibre non linéaire, en amont ou en aval du modulateur d'intensité 511. Il fonctionne à une fréquence d'une centaine de MHz et vise à l'élimination de la rétrodiffusion Brillouin qui pourrait survenir dans la fibre optique non linéaire. Le modulateur de phase 516 pourrait être remplacé par d'autres solutions connues. En sortie de la fibre, un filtre 22 permet le filtrage du train de solitons sur fond continu pour supprimer la raie centrale et les autres harmoniques paires du spectre, comme cela a été décrit précédemment. Un interféromètre est par exemple utilisé pour séparer, décaler temporellement, imposer une phase de 7C (modulo 27c) et recombiner les trains d'impulsions. Cette opération peut être réalisée grâce à un interféromètre commercial (par exemple un interféromètre Kylia®). Comme décrit en référence à la figure 2, une ligne à retard optique permet de régler le délai optique entre un bras retardé et un bras de référence de l'interféromètre à la moitié de la période du train d'impulsions. Un contrôle fin de la phase par élément piézo-électrique permet des déplacements beaucoup plus fins et donc de jouer finement sur la phase optique entre les deux bras : il est alors possible de régler précisément la phase souhaitée. Un train d'impulsions optiques à la fréquence souhaitée et ne présentant plus de piédestaux est alors obtenu.

Dans le montage présenté sur la figure 5, en aval du générateur d'impulsions optiques 50, les profils d'intensité spectraux et temporels du train d'impulsions optiques résultant ont été enregistrés à des fins de validation expérimentale grâce à un oscilloscope optique haute résolution (dispositif PSO® d'EXFO® de bande passante suffisante pour résoudre parfaitement des impulsions picosecondes) et un analyseur de spectre optique (YOKOGAWA®, résolution 0.015 nm). Les figures 6 à 8 présentent les résultats expérimentaux obtenus pour des fibres optiques non linéaires SMF-28 de longueurs 2,1 km et 8 km, à différents taux de répétition. Différents taux de répétition d'intérêt pour les télécommunications optiques notamment ont été testés 20 (25, 28, 40, 50, 56 et 80 GHz) à des fins de validation expérimentale mais le principe présenté fonctionne pour n'importe quel taux de répétition dans cette plage et n'est en rien réduit aux valeurs discrètes qui sont présentées ici. Pour chaque taux de répétition testé, un réajustement de l'interféromètre est effectué, de même qu'un ajustement de la puissance injectée pour une compression optimale (la puissance est choisie comme celle donnant les impulsions les plus brèves). Une première série de mesures a été réalisée au sein d'une fibre SMF-28 de 2,1 km. Notons que le choix de cette fibre n'a pas fait l'objet d'une optimisation fine, le seul paramètre d'ajustement étant avant tout la puissance injectée. Les résultats enregistrés à 28, 50 et 80 GHz sont résumés sur les figures 6A à 6F (correspondant à des fréquences de l'horloge électrique de 14, 25 et 40 GHz). Les figures 6A, 6C, 6E montrent les profils temporels du premier train d'impulsions (602) et du train d'impulsions en sortie de l'interféromètre (603) respectivement aux trois fréquences d'horloge testées (14, 25 et 40 GHz). Les figures 6B, 6D, 6F montrent les spectres du premier train d'impulsions (604) et du train d'impulsions en sortie de l'interféromètre (605) respectivement pour ces trois fréquences d'horloge. Sur les figures 6C et 6E sont également représentés les profils temporels 601 en sortie du modulateur électro-optique, avant compression temporelle. Les profils temporels confirment tout d'abord que la modulation sinusoïdale injectée dans la fibre SMF-28 se comprime de manière tout à fait considérable. La forme obtenue correspond ici à un soliton sur fond continu avec une base qui contient environ 10 % de l'énergie initiale et qui rend impossible toute exploitation directe de ce train. Après passage dans l'interféromètre, le taux de répétition optique est doublé et le fond continu est efficacement éliminé. L'amélioration obtenue est notable et le train d'impulsions devient tout à fait exploitable. Notons que des résultats acceptables sont obtenus sur une plage de taux de répétition variant de plus d'un facteur 2, accordabilité irréalisable par les autres méthodes de l'art antérieur décrites précédemment. A titre d'illustration, les figures 7A et 7B montrent plus en détails les profil temporels et les spectres du train d'impulsions 701 en sortie du modulateur électro-optique, du premier train d'impulsions 702 en sortie de la fibre non linéaire, et du train d'impulsions en sortie de l'interféromètre 703, obtenus avec un taux de répétition de 50 GHz (correspondant aux figures 6C, 6D). Nous obtenons un train d'impulsions d'une durée de 2.9 ps à mi-hauteur de haute qualité, ce qui conduit à un rapport de cycle de 0.15. Ce rapport de cycle est tout à fait comparable (voir meilleur) que celui obtenu avec les méthodes non-linéaires basées sur le 21 mélange à quatre ondes (typiquement 0.2), à la différence notable qu'ici la modulation sinusoïdale électrique est à une fréquence deux fois plus faible. Notons que le niveau de rapport de cycle obtenu autorise un multiplexage supplémentaire temporel en sortie du générateur d'impulsions pour atteindre des taux de répétition de 100 5 GHz. Les spectres enregistrés confirment par ailleurs l'analyse décrite dans la section précédente. Notamment, l'effet de l'interféromètre conduit à une extinction supérieure à 20 dB de la composante centrale (fond continu) ainsi que d'une composante sur 2. Ce niveau d'extinction est compatible avec la documentation technique du composant utilisé.

10 Une seconde série d'expériences basée sur la même fibre mais d'une longueur différente a été menée. Les figures 8A, 8C, 8E montrent les profils temporels du train d'impulsions 801 en sortie du modulateur électro-optique, du premier train d'impulsions 802 et du train d'impulsions en sortie de l'interféromètre 803 respectivement aux trois fréquences d'horloge électrique testées 12,5, 14 et 20 GHz. Les figures 8B, 8D, 8F montrent les spectres du premier 15 train d'impulsions 804 et du train d'impulsions en sortie de l'interféromètre 805 respectivement pour ces trois fréquences d'horloge. L'utilisation d'une fibre plus longue (ici 8 km de SMF) est adaptée à des taux de répétition plus faibles. Les résultats obtenus pour des taux de répétition du générateur d'impulsion de 25, 28 et 40 GHz sont représentés sur les figures 8A à 8F et confirment toutes les conclusions qui avaient été pu déjà être tirées dans la 20 première série d'expériences. Ces deux séries de tests valident totalement la faisabilité du générateur d'impulsions optiques à haut taux de répétition décrit dans la présente demande et de ses performances. Elles valident également la grande accordabilité du taux de répétition des sources, le taux de répétition pouvant quasiment être ajusté d'un facteur 2, performance non réalisable avec les 25 techniques usuelles décrites précédemment dans l'état de l'art. Bien que décrite à travers un certain nombre d'exemples de réalisation détaillés, le générateur d'impulsions optiques à haut taux de répétition et le procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition décrits dans le présente demande comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à 30 l'homme de l'art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention, telle que définie par les revendications qui suivent. 22

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Générateur d'impulsions optiques (20) à haut taux de répétition comprenant : - une source lumineuse (21) pour l'émission d'un premier train d'impulsions optiques, périodique, sur fond continu cohérent, le spectre en fréquence du premier train d'impulsions comprenant des raies spectrales avec une raie centrale et des harmoniques ; - un filtre spectral (22) adapté pour supprimer la raie centrale et les autres harmoniques paires du spectre en fréquence du premier train d'impulsions.
2. 2. Générateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel le filtre spectral comprend : - un interféromètre (22) permettant la mise en interférence de deux trains d'impulsions optiques obtenus par séparation du premier train d'impulsions optiques, les deux trains d'impulsions optiques présentant un décalage temporel d'une demi-période et un déphasage de 7C (modulo 27c).
3. 3. Générateur d'impulsions optiques selon la revendication 2, dans lequel l'interféromètre (22) est un interféromètre à deux ondes, les deux trains d'impulsions étant séparés spatialement sur chacun des bras de l'interféromètre.
4. 4. Générateur d'impulsions optiques selon la revendication 1, dans lequel le filtre spectral comprend : - un résonateur de Fabry-Pérot.
5. 5. Générateur d'impulsions optiques selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source d'émission du premier train d'impulsions optiques sur fond continu comprend : - une source d'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité avec modulation partielle ; - un module de compression temporelle non linéaire permettant de générer, à partir de l'onde lumineuse modulée, le premier train d'impulsions optiques sur fond continu. 23
6. 6. Générateur d'impulsions optiques selon la revendication 5, dans lequel la source d'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité comprend : - une source laser continue (510) pour l'émission d'une onde lumineuse continue ; - un modulateur électro-optique (511) permettant une modulation en intensité avec modulation partielle de l'onde d'émission continue pour générer l'onde lumineuse modulée;
7. 7. Générateur d'impulsions optiques selon la revendication 5, dans lequel la source d'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité partiellement comprend : - deux sources laser continues stabilisées en fréquence entre elles émettant chacune une onde lumineuse continue, le battement des deux ondes lumineuses permettant de former l'onde lumineuse modulée.
8. 8. Générateur d'impulsions optiques selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le module de compression non linéaire comprend une fibre optique non linéaire à dispersion anormale.
9. 9. Générateur d'impulsions optiques selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la source d'émission du premier train d'impulsions optiques sur fond continu comprend en outre : - un amplificateur optique (513) de l'onde lumineuse modulée.
10. 10. Générateur d'impulsions optiques selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel le module de compression non linéaire permet de générer à partir de l'onde lumineuse modulée un train de solitons sur fond continu.
11. 11. Procédé pour la génération d'impulsions optiques à haut taux de répétition comprenant : - l'émission (101) d'un premier train d'impulsions, périodique, sur fond continu cohérent, le spectre en fréquence du premier train d'impulsions comprenant des raies spectrales avec une raie centrale et des harmoniques ; - le filtrage spectral (102) du premier train d'impulsions (Ln) permettant la suppression de la raie centrale et des autres harmoniques paires du spectre en fréquence du train d'impulsions. 24. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le filtrage spectral comprend : - l'interférence de deux trains d'impulsions optiques obtenus par séparation du premier train d'impulsions (Ili) en un deuxième train d'impulsions (I) et un troisième train d'impulsions (Iin3), les deuxième et troisième trains d'impulsions optiques présentant un décalage d'une demi-période temporelle et un déphasage de 7C (modulo 27c). 13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel l'émission du premier train d'impulsions comprend : - l'émission d'une onde lumineuse modulée en intensité avec modulation partielle; - la compression temporelle non linéaire de l'onde lumineuse modulée pour générer un premier train d'impulsions optiques sur fond continu, le signe de l'amplitude du fond continu étant opposé au signe de l'amplitude des impulsions. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13 comprenant le réglage de la période du premier train d'impulsions optiques. 25