FR3149098A1 - Free-space optical beam multiplexing system and associated method - Google Patents

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FR3149098A1
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multiplexing
optical
wavelength
beams
polarization
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Régis Grasser
Marco CASALE
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Bertin Technologies SAS
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Abstract

Système de multiplexage de faisceaux optiques en espace libre et procédé associé L’invention concerne un système de multiplexage (1) en espace libre de faisceaux (10) lumineux polarisés pour la transmission en espace libre d’un faisceau multiplexé (12), comprenant une pluralité de dispositifs optiques de multiplexage (11) sur au moins deux étages (11a), et dans lequel, pour au moins un étage entrelaceur (11b), au moins un dispositif de multiplexage (11) comprend un dispositif entrelaceur (110) comprenant un module optique de combinaison (113) invariant en angle configuré pour combiner des faisceaux entrants (10a, 10b) de polarisation distincte, pour former un faisceau sortant (10c) de polarisation mixte et un module optique de transformation (111) configurés pour modifier la polarisation du faisceau sortant 10c pour former un faisceau multiplexé (12a) de même polarisation. Figure pour l’abrégé : Fig. 5 Free-space optical beam multiplexing system and associated method The invention relates to a free-space multiplexing system (1) for polarized light beams (10) for the free-space transmission of a multiplexed beam (12), comprising a plurality of optical multiplexing devices (11) on at least two stages (11a), and in which, for at least one interleaver stage (11b), at least one multiplexing device (11) comprises an interleaver device (110) comprising an angle-invariant optical combining module (113) configured to combine incoming beams (10a, 10b) of distinct polarization, to form an outgoing beam (10c) of mixed polarization and an optical transformation module (111) configured to modify the polarization of the outgoing beam 10c to form a multiplexed beam (12a) of the same polarization. Abstract: Fig. 5

Description

Système de multiplexage de faisceaux optiques en espace libre et procédé associéFree-space optical beam multiplexing system and associated method

La présente invention concerne le domaine des systèmes de multiplexage de faisceaux optiques en espace libre, pour la transmission d’un espace libre d’un faisceau multiplexé. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des terminaux optiques spatiaux de télécommunication.The present invention relates to the field of free space optical beam multiplexing systems, for the free space transmission of a multiplexed beam. It finds a particularly advantageous application in the field of space optical telecommunications terminals.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Dans le domaine de la télécommunication optique spatiale, il existe des équipements embarqués sur des terminaux optiques spatiaux de télécommunication pour transporter un flux de données vers la Terre ou vers d’autres satellites situés sur la même orbite ou une orbite différente. On distingue notamment l’orbite LEO (de l’anglaislow earth orbit, pour orbite terrestre basse), MEO (de l’anglaismedium earth orbit, pour orbite terrestre moyenne) et GEO (de l’anglaisgeostationary orbit, pour orbite géostationnaire). Dans le cas d’un flux de données envoyé depuis un satellite 3 vers la Terre 30, on parle de signaux descendants, comme l’illustre la flèche F1 sur la , par distinction avec les signaux montants provenant de la Terre 30 (illustrés par la flèche F2).In the field of space optical telecommunications, there is equipment embedded on space optical telecommunications terminals to transport a data stream to Earth or to other satellites located in the same orbit or a different orbit. In particular, we distinguish between LEO orbit (from the English low earth orbit ), MEO orbit (from the English medium earth orbit ) and GEO orbit (from the English geostationary orbit). In the case of a data stream sent from a satellite 3 to Earth 30, we speak of downlink signals, as illustrated by the arrow F1 on the , as distinguished from uplink signals from Earth 30 (illustrated by arrow F2).

Typiquement, le signal d’émission à bord d’un terminal optique spatial est livré par plusieurs séries de fibres, chaque série comprenant plusieurs faisceaux lumineux polarisés comprenant des longueurs d’ondes différentes. Chaque série de fibre peut par exemple transporter les mêmes longueurs d’onde mais avec des états de polarisation différents et des informations codées différentes.Typically, the transmission signal on board a space optical terminal is delivered by several sets of fibers, each set comprising several polarized light beams comprising different wavelengths. Each set of fibers can for example carry the same wavelengths but with different polarization states and different encoded information.

Un système de multiplexage est utilisé afin de combiner les faisceaux en un faisceau multiplexé à transmettre en espace libre par le biais d’un télescope.A multiplexing system is used to combine the beams into a multiplexed beam to be transmitted in free space through a telescope.

La puissance optique transportée par les différents faisceaux ne permet pas l’utilisation de composants fibrées classiques utilisés pour les applications terrestres. En effet, du fait de la puissance requise pour la transmission de ces signaux, les applications spatiales utilisent généralement des faisceaux de dimensions supérieures aux standards terrestres de télécommunication (ces derniers étant typiquement d’environ 300 µm de diamètre).The optical power carried by the different beams does not allow the use of conventional fiber components used for terrestrial applications. Indeed, due to the power required for the transmission of these signals, space applications generally use beams with dimensions larger than terrestrial telecommunications standards (the latter being typically around 300 µm in diameter).

La fonction de multiplexage est donc construite en espace libre. Les techniques actuellement utilisées dans le domaine spatial comprennent des filtres dichroïques. Utilisés avec une incidence de typiquement 45 degrés, les filtres dichroïques réfléchissent une partie du spectre et transmettre le reste. Il est donc ainsi possible de combiner ensemble différentes longueurs d’onde. La illustre à titre d’exemple le multiplexage de six longueurs d’onde λ1à λ6et deux polarisations combinées par un système de multiplexage 1’ comprenant des filtres dichroïques 112.The multiplexing function is therefore built in free space. The techniques currently used in the space domain include dichroic filters. Used with an incidence of typically 45 degrees, dichroic filters reflect part of the spectrum and transmit the rest. It is thus possible to combine different wavelengths together. The illustrates as an example the multiplexing of six wavelengths λ 1 to λ 6 and two polarizations combined by a multiplexing system 1' comprising dichroic filters 112.

Cette technologie se heurte toutefois à plusieurs limites. La illustre à titre d’exemple la réponse spectrale R11 2d’un filtre dichroïque 112. La réponse R11 2du filtre dichroïque comprend une zone de transition Δλ’ autour des longueurs d’onde par exemple λ1, λ2à transmettre ou à réfléchir. Le signal est divisé dans cette zone de transition Δλ’ et la combinaison ne peut être efficace dans cette zone. Outre un espacement Δλ, utilisé pour bien séparer les longueurs d’ondes (par exemple Δλ= 175 GHz pour une bande passante de 84 GHz), il est donc nécessaire de conserver des zones vides dans la bande spectrale pour accommoder cette zone de transition Δλ’. La bande passante disponible est donc fortement réduite.However, this technology faces several limitations. illustrates as an example the spectral response R 11 2 of a dichroic filter 112. The response R 11 2 of the dichroic filter includes a transition zone Δ λ ' around the wavelengths for example λ 1 , λ 2 to be transmitted or reflected. The signal is divided in this transition zone Δ λ ' and the combination cannot be effective in this zone. In addition to a spacing Δ λ , used to separate the wavelengths well (for example Δ λ = 175 GHz for a bandwidth of 84 GHz), it is therefore necessary to keep empty zones in the spectral band to accommodate this transition zone Δ λ '. The available bandwidth is therefore greatly reduced.

De plus, cette zone de transition Δλ’ n’est pas stable en température avec typiquement une sensibilité d’environ 1,5 GHz/°C. Même dans les meilleures conditions, il n’est pas possible de réduire cette zone de transition à moins de 300 GHz en tenant compte des aléas de fabrication, de réglage en position et en angle, et de contraintes thermiques et mécaniques.Moreover, this transition zone Δ λ ' is not temperature stable with typically a sensitivity of about 1.5 GHz/°C. Even under the best conditions, it is not possible to reduce this transition zone to less than 300 GHz taking into account manufacturing, position and angle adjustment, and thermal and mechanical constraints.

Lorsque le nombre de longueurs d’onde à multiplexer augmente, la technologie des filtres dichroïque se heurte à une autre difficulté. L’architecture du système de multiplexage devient de plus en plus complexe et n’est pas modulable dans l’espace. Cette technologie est en outre très sensible dans le positionnement angulaire des filtres. De plus, il faut tenir compte des zones spectrales vides pour gérer les zones de transition des filtres. La bande C (1530-1565nm) par exemple, est rapidement saturée.When the number of wavelengths to be multiplexed increases, dichroic filter technology faces another difficulty. The architecture of the multiplexing system becomes increasingly complex and is not modular in space. This technology is also very sensitive in the angular positioning of the filters. In addition, empty spectral zones must be taken into account to manage the filter transition zones. The C band (1530-1565nm), for example, is quickly saturated.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution améliorée de multiplexage d’au moins quatre faisceaux lumineux pour la transmission d’un faisceau lumineux en espace libre.An object of the present invention is therefore to propose an improved solution for multiplexing at least four light beams for the transmission of a light beam in free space.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and accompanying drawings. It is understood that other advantages may be incorporated.

RESUMESUMMARY

Pour atteindre cet objectif, selon un aspect on prévoit un système de multiplexage en espace libre d’au moins quatre faisceaux lumineux polarisés pour la transmission en espace libre d’un faisceau multiplexé. Ce système est notamment compatible avec la transmission en espace libre d’un faisceau multiplexé de haute puissance. Avantageusement, le système comprend une pluralité de dispositifs optiques de multiplexage agencés selon au moins deux étages successifs pour combiner successivement lesdits faisceaux lumineux polarisés deux à deux.To achieve this objective, according to one aspect, a free-space multiplexing system of at least four polarized light beams is provided for the free-space transmission of a multiplexed beam. This system is in particular compatible with the free-space transmission of a high-power multiplexed beam. Advantageously, the system comprises a plurality of optical multiplexing devices arranged in at least two successive stages for successively combining said polarized light beams two by two.

Pour au moins un étage, dit « étage entrelaceur », au moins un dispositif de multiplexage comprend un dispositif entrelaceur configuré pour recevoir un premier faisceau entrant présentant au moins une première longueur d’onde, et un deuxième faisceau entrant présentant au moins une deuxième longueur d’onde, distincte de l’au moins une première longueur d’onde, le premier faisceau entrant et le deuxième faisceau entrant présentant des polarisations distinctes entre eux, le dispositif entrelaceur comprenant :

  • un module optique de combinaison invariant en angle configuré pour combiner les premier et deuxième faisceaux entrants de façon à former un faisceau sortant de polarisation mixte,
  • un module optique de transformation configuré pour recevoir le faisceau sortant, le module de transformation étant configuré de sorte à modifier la polarisation d’une parmi l’au moins une première longueur d’onde et l’au moins une deuxième longueur d’onde, de façon à former un faisceau multiplexé dans lequel les au moins une première et au moins une deuxième longueurs d’onde présentent la même polarisation.
For at least one stage, called an "interleaver stage", at least one multiplexing device comprises an interleaver device configured to receive a first incoming beam having at least a first wavelength, and a second incoming beam having at least a second wavelength, distinct from the at least one first wavelength, the first incoming beam and the second incoming beam having polarizations distinct from each other, the interleaver device comprising:
  • an angle-invariant optical combining module configured to combine the first and second incoming beams to form a mixed-polarization outgoing beam,
  • an optical transformation module configured to receive the outgoing beam, the transformation module being configured to modify the polarization of one of the at least one first wavelength and the at least one second wavelength, so as to form a multiplexed beam in which the at least one first and at least one second wavelengths have the same polarization.

Ainsi, le système permet de multiplexer par entrelacement, différentes longueurs d’onde à partir de faisceaux de polarisation distinctes. Il n’y a dès lors plus de zone de transition comme pour les solutions existantes basées sur des filtres dichroïques. Il est donc possible de combiner des longueurs d’onde très proches les unes des autres en maximisant la bande passante. Cela est donc particulièrement adapté pour la transmission combinée d’un grand nombre de faisceaux lumineux, et notamment pour le multiplexage d’au moins quatre faisceaux lumineux.The system thus allows different wavelengths to be multiplexed by interlacing from beams of distinct polarization. There is therefore no longer a transition zone as with existing solutions based on dichroic filters. It is therefore possible to combine wavelengths that are very close to each other while maximizing the bandwidth. This is therefore particularly suitable for the combined transmission of a large number of light beams, and in particular for the multiplexing of at least four light beams.

L’étage entrelaceur comprenant un module optique de combinaison invariant en angle, la combinaison des premier et deuxième faisceaux entrants, est faite de façon robuste en termes de positionnement et de stabilité thermique. Notamment pour les applications de haute altitude et pour les terminaux spatiaux, les systèmes de multiplexage sont confrontés à de fortes variations thermiques et de fortes contraintes mécaniques. Grâce à l’invariance en angle, une différence d’orientation du module de combinaison, due à des contraintes thermiques et/ou mécaniques, n’entraine pas de déviation significative de l’orientation du faisceau combiné sortant. La tolérance du système de multiplexage à un défaut de réglage est en outre améliorée, notamment par rapport aux techniques mettant en œuvre uniquement des filtres dichroïques.The interleaver stage comprising an angle-invariant optical combining module, the combination of the first and second incoming beams is made robust in terms of positioning and thermal stability. Particularly for high-altitude applications and for space terminals, multiplexing systems are confronted with strong thermal variations and strong mechanical constraints. Thanks to the angle invariance, a difference in orientation of the combining module, due to thermal and/or mechanical constraints, does not lead to a significant deviation in the orientation of the outgoing combined beam. The tolerance of the multiplexing system to a misadjustment is also improved, particularly compared to techniques using only dichroic filters.

Ceci est particulièrement avantageux pour l’émission en espace libre de signaux de haute puissance, dont la réception est fortement sensible aux phénomènes de décalage angulaire ou encore de « dépointé ». Pour des transmissions sur de longues distances, une bonne précision angulaire est requise pour s’assurer de la bonne réception du faisceau transmis. Ceci est particulièrement le cas notamment pour les applications hautes altitudes et pour le spatial,This is particularly advantageous for the free-space transmission of high-power signals, the reception of which is highly sensitive to angular shift or “depointing” phenomena. For transmissions over long distances, good angular precision is required to ensure good reception of the transmitted beam. This is particularly the case for high-altitude applications and for space,

De façon synergique, le système de multiplexage permet donc un multiplexage fiable et robuste pour un nombre important de faisceaux lumineux à multiplexer, et notamment pour au moins quatre faisceaux lumineux à multiplexer. La bande passante est en outre optimisée.In a synergistic manner, the multiplexing system thus enables reliable and robust multiplexing for a large number of light beams to be multiplexed, and in particular for at least four light beams to be multiplexed. The bandwidth is also optimized.

L’utilisation d’au moins un étage entrelaceur permet en outre de simplifier l’architecture du système de multiplexage en espace libre, pour faciliter son implémentation dans les terminaux de haute altitude, et notamment les terminaux spatiaux.The use of at least one interleaver stage also makes it possible to simplify the architecture of the free space multiplexing system, to facilitate its implementation in high altitude terminals, and in particular space terminals.

Le système de multiplexage est ainsi particulièrement adapté aux liaisons entre les orbites LEO et le sol, MEO et le sol, GEO et le sol, mais aussi entre des satellites sur la même orbite ou des orbites différentes, LEO, MEO ou GEO.The multiplexing system is thus particularly suited to links between LEO orbits and the ground, MEO and the ground, GEO and the ground, but also between satellites in the same orbit or different orbits, LEO, MEO or GEO.

Un deuxième aspect concerne un ensemble d’émission de télescope comprenant le système de multiplexage selon le premier aspect et un télescope. L’ensemble d’émission présente ainsi les effets et avantages du système de multiplexage. Selon un exemple, l’ensemble est configuré pour transmettre en espace libre le faisceau multiplexé en sortie du système de multiplexage jusqu’au télescope. De préférence, le télescope est un télescope de satellite spatial. L’ensemble d’émission est ainsi particulièrement adapté aux liaisons entre les orbites LEO et le sol, MEO et le sol, GEO et le sol, mais aussi entre des satellites sur la même orbite ou des orbites différentes, LEO, MEO ou GEO.A second aspect relates to a telescope transmission assembly comprising the multiplexing system according to the first aspect and a telescope. The transmission assembly thus has the effects and advantages of the multiplexing system. According to one example, the assembly is configured to transmit in free space the multiplexed beam at the output of the multiplexing system to the telescope. Preferably, the telescope is a space satellite telescope. The transmission assembly is thus particularly suitable for links between LEO orbits and the ground, MEO and the ground, GEO and the ground, but also between satellites on the same orbit or different orbits, LEO, MEO or GEO.

Un troisième aspect concerne un procédé de multiplexage en espace libre pour la transmission en espace libre d’un faisceau, comprenant :

  • une prise en charge d’au moins quatre faisceaux lumineux polarisés et en espace libre,
  • le passage desdits faisceaux lumineux dans un système de multiplexage comprenant une pluralité de dispositifs optiques de multiplexage agencés selon au moins deux étages successifs, de façon à combiner successivement lesdits faisceaux lumineux deux à deux, au moins un dispositif de multiplexage d’au moins un étage, dit « étage entrelaceur », comprenant un dispositif entrelaceur comprenant un module optique de transformation et un module optique de combinaison invariant en angle, de sorte que :
    • un premier faisceau entrant, présentant au moins une première longueur d’onde, et un deuxième faisceau entrant, présentant au moins une deuxième longueur d’onde distincte de l’au moins une première longueur d’onde, le premier faisceau entrant et le deuxième faisceau entrant présentant des polarisations distinctes entre eux, sont pris en charge et combinés par le module optique de combinaison, de façon à former un faisceau sortant de polarisation mixte,
    • le faisceau sortant est pris en charge par le module optique de transformation, et la polarisation d’une parmi l’au moins une première longueur d’onde et l’au moins une deuxième longueur d’onde est modifiée par le module de transformation, de façon à former un faisceau multiplexé de polarisation homogène, c’est à dire dans lequel les au moins une première et au moins une deuxième longueurs d’onde présentent la même polarisation.
A third aspect relates to a free space multiplexing method for free space transmission of a beam, comprising:
  • support for at least four polarized and free-space light beams,
  • the passage of said light beams in a multiplexing system comprising a plurality of optical multiplexing devices arranged in at least two successive stages, so as to successively combine said light beams two by two, at least one multiplexing device of at least one stage, called an "interleaver stage", comprising an interleaver device comprising an optical transformation module and an optical combination module invariant in angle, so that:
    • a first incoming beam, having at least a first wavelength, and a second incoming beam, having at least a second wavelength distinct from the at least one first wavelength, the first incoming beam and the second incoming beam having polarizations distinct from each other, are taken over and combined by the optical combining module, so as to form an outgoing beam of mixed polarization,
    • the outgoing beam is supported by the optical transformation module, and the polarization of one of the at least one first wavelength and the at least one second wavelength is modified by the transformation module, so as to form a multiplexed beam of homogeneous polarization, that is to say in which the at least one first and at least one second wavelengths have the same polarization.

Le système de multiplexage du procédé selon cet aspect peut plus particulièrement être le système de multiplexage selon le premier aspect. Du fait des caractéristiques du système de multiplexage, les effets et avantages décrits ci-dessus, on comprend que le procédé de multiplexage permet un multiplexage fiable, robuste pour un nombre important de faisceaux lumineux à multiplexer et notamment pour au moins quatre faisceaux lumineux à multiplexer. La bande passante est en outre optimisée.The multiplexing system of the method according to this aspect may more particularly be the multiplexing system according to the first aspect. Due to the characteristics of the multiplexing system, the effects and advantages described above, it is understood that the multiplexing method allows reliable, robust multiplexing for a large number of light beams to be multiplexed and in particular for at least four light beams to be multiplexed. The bandwidth is further optimized.

Le procédé de multiplexage est ainsi particulièrement adapté aux liaisons entre les orbites LEO et le sol, MEO et le sol, GEO et le sol, mais aussi entre des satellites sur la même orbite ou des orbites différentes, LEO, MEO ou GEO.The multiplexing process is thus particularly suited to links between LEO orbits and the ground, MEO and the ground, GEO and the ground, but also between satellites in the same orbit or different orbits, LEO, MEO or GEO.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of one embodiment thereof which is illustrated by the following accompanying drawings in which:

La représente une vue schématique d’un transport de flux de données entre la Terre et un satellite. There represents a schematic view of a data stream transport between Earth and a satellite.

La représente un schéma d’une technique existante de multiplexage mettant en œuvre des filtres dichroïques. There represents a schematic of an existing multiplexing technique implementing dichroic filters.

La représente un diagramme de réponse en longueur d’onde d’un filtre dichroïque. There represents a wavelength response diagram of a dichroic filter.

La représente une vue général de l’ensemble d’émission comprenant le système de multiplexage, selon un exemple de réalisation. There represents a general view of the transmission assembly comprising the multiplexing system, according to an exemplary embodiment.

La représente schématiquement le principe d’une combinaison de faisceaux lumineux par entrelacement, selon un exemple. There schematically represents the principle of a combination of light beams by interlacing, according to an example.

La représente une réponse en longueur d’onde d’un dispositif entrelaceur selon le principe illustré en . There represents a wavelength response of an interleaving device according to the principle illustrated in .

Les figures 5 à 10 représentent le système de multiplexage selon plusieurs exemples de réalisation. Figures 5 to 10 represent the multiplexing system according to several exemplary embodiments.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives des éléments illustrés sont pas nécessairement représentatives de la réalité.The drawings are given as examples and are not limiting of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily to the scale of practical applications. In particular, the relative dimensions of the elements illustrated are not necessarily representative of reality.

DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles des différents aspects de l’invention qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.Before commencing a detailed review of embodiments of the invention, optional features of the various aspects of the invention which may optionally be used in combination or alternatively are set out below.

Selon un exemple, chaque dispositif de multiplexage d’un étage entrelaceur est un dispositif entrelaceur.In one example, each multiplexing device of an interleaver stage is an interleaver device.

Selon un exemple, le premier module optique de transformation est un module biréfringent. Ainsi, le module optique de transformation est aussi invariant en angle. La robustesse en termes de positionnement et de stabilité thermique du système est ainsi encore améliorée, de même que sa tolérance à un défaut de réglage est améliorée. Selon un exemple le module optique de transformation comprend des cristaux biréfringents.In one example, the first optical transformation module is a birefringent module. Thus, the optical transformation module is also angle invariant. The robustness in terms of positioning and thermal stability of the system is thus further improved, as is its tolerance to a misadjustment. In one example, the optical transformation module comprises birefringent crystals.

Selon un exemple, le module de combinaison invariant en angle comprend une première surface et une deuxième surface parallèle entre elles, la première surface étant configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant et la deuxième surface étant configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant issu de la réflexion sur la première surface, et laisser passer le deuxième faisceau entrant de façon à les combiner. Le parallélisme entre les deux surfaces du module de combinaison permet d’obtenir une invariance en angle. Cela permet de reporter le besoin en précision à la fabrication du module de combinaison pour l’obtention des surfaces parallèles, plutôt qu’à la mise en place du module de combinaison comme ce serait le cas pour un module non invariant en angle. Selon un exemple, le module de combinaison est un rhomboèdre optique.In one example, the angle-invariant combining module includes a first surface and a second surface parallel to each other, the first surface configured to reflect the first incoming beam and the second surface configured to reflect the first incoming beam from the reflection on the first surface, and pass the second incoming beam so as to combine them. The parallelism between the two surfaces of the combining module makes it possible to obtain angle invariance. This makes it possible to defer the need for precision to the manufacture of the combining module for obtaining the parallel surfaces, rather than to the implementation of the combining module as would be the case for a non-angle-invariant module. In one example, the combining module is an optical rhombohedron.

Selon un exemple, les dispositifs optiques de multiplexage sont configurés pour agir sur des faisceaux de diamètre de l’ordre du millimètre, et plus particulièrement des faisceaux de diamètre compris entre 0,5 mm et 20 mm.According to one example, the optical multiplexing devices are configured to act on beams with a diameter of the order of a millimeter, and more particularly beams with a diameter of between 0.5 mm and 20 mm.

Selon un exemple, le faisceau optique en sortie du système de multiplexage est un faisceau de haute puissance. Selon un exemple, le faisceau optique en sortie du système de multiplexage présente une puissance comprise entre 1 W et 1000 W, de préférence entre 5 W et 1000 W.According to one example, the optical beam output from the multiplexing system is a high-power beam. According to one example, the optical beam output from the multiplexing system has a power of between 1 W and 1000 W, preferably between 5 W and 1000 W.

Selon un exemple, le système de multiplexage comprend au moins deux, et de préférence au moins trois, étages entrelaceurs successifs. Les effets et avantages de l’étage entrelaceur précédemment décrit sont ainsi obtenus pour la pluralité de faisceaux combinés par entrelacement par ces étages. Le système est ainsi encore amélioré pour le multiplexage d’un nombre important de faisceaux lumineux.According to one example, the multiplexing system comprises at least two, and preferably at least three, successive interleaver stages. The effects and advantages of the interleaver stage described above are thus obtained for the plurality of beams combined by interleaving by these stages. The system is thus further improved for the multiplexing of a large number of light beams.

Selon un exemple, le système de multiplexage comprend un étage en amont de l’au moins un étage entrelaceur, de préférence en amont des au moins deux, et plus préférentiellement au moins trois, étages entrelaceurs, comprenant des dispositifs de multiplexage comprenant, de préférence chacun, un filtre dichroïque configuré pour combiner deux faisceaux lumineux présentant une longueur d’onde distincte entre eux.According to one example, the multiplexing system comprises a stage upstream of the at least one interleaver stage, preferably upstream of the at least two, and more preferably at least three, interleaver stages, comprising multiplexing devices comprising, preferably each, a dichroic filter configured to combine two light beams having a distinct wavelength between them.

De préférence, lorsque l’étage en amont de l’au moins un étage entrelaceur comprend des filtres dichroïques, les deux faisceaux combinés par le filtre dichroïque présente une même polarisation. Les longueurs d’onde combinées dans cet étage correspondent au premier niveau de multiplexage. Les longueurs d’onde considérées sont à ce niveau séparées de plusieurs canaux. De préférence, les longueurs d’onde combinées par un filtre dichroïque sont séparées par une fréquence d’au moins 500 GHz. Il est ainsi possible d’utiliser des filtres dichroïques malgré leurs inconvénients ci-dessus. De préférence, chaque faisceau présente une unique longueur d’onde en entrée du filtre dichroïque. La réalisation du filtre dichroïque est ainsi simplifiée.Preferably, when the stage upstream of the at least one interleaver stage comprises dichroic filters, the two beams combined by the dichroic filter have the same polarization. The wavelengths combined in this stage correspond to the first multiplexing level. The wavelengths considered are at this level separated by several channels. Preferably, the wavelengths combined by a dichroic filter are separated by a frequency of at least 500 GHz. It is thus possible to use dichroic filters despite their drawbacks above. Preferably, each beam has a single wavelength at the input of the dichroic filter. The production of the dichroic filter is thus simplified.

Selon un exemple, les étages successifs de dispositifs de multiplexage sont disposés au moins en partie dans un même plan.According to one example, the successive stages of multiplexing devices are arranged at least partly in the same plane.

Selon un exemple, les étages successifs de dispositifs de multiplexage sont disposés dans un même plan. De préférence, l’ensemble des dispositifs de multiplexage des étages successifs sont disposés dans un même plan. Le système présente ainsi une architecture à plat qui peut être facilement incorporable dans un terminal spatial.According to one example, the successive stages of multiplexing devices are arranged in the same plane. Preferably, all of the multiplexing devices of the successive stages are arranged in the same plane. The system thus has a flat architecture that can be easily incorporated into a space terminal.

Selon un exemple, pour au moins un étage, les dispositifs de multiplexage sont disposés dans des plans distincts, par exemple au moins deux dispositifs de multiplexage sont superposés. Le système présente ainsi un agencement sur plusieurs niveaux des étages d’entrelacement. Son encombrement peut donc être réduit. On comprend donc que l’architecture du système de multiplexage peut être modulée en fonction des contraintes de place disponible, ce qui est souvent demandé pour des terminaux spatiaux. De préférence, pour au moins un étage, les dispositifs de multiplexage sont au moins en partie, et de préférence tous, disposés dans des plans distincts. Par exemple, tous les dispositifs de multiplexage de cet étage sont superposés.According to one example, for at least one stage, the multiplexing devices are arranged in separate planes, for example at least two multiplexing devices are superimposed. The system thus has an arrangement on several levels of the interleaving stages. Its size can therefore be reduced. It is therefore understood that the architecture of the multiplexing system can be modulated according to the constraints of available space, which is often required for space terminals. Preferably, for at least one stage, the multiplexing devices are at least partly, and preferably all, arranged in separate planes. For example, all the multiplexing devices of this stage are superimposed.

Selon un exemple, au moins le premier étage, ou de façon équivalente le ou les étages le plus en amont, est (sont) disposé(s) selon un plan d’extension principale distinct du plan d’extension principale des étages ultérieurs, de manière à limiter l’encombrement. Ce nombre d’étages en amont peut être inférieur ou égal à 3. Ceci est particulièrement adapté pour le multiplexage d’un grand nombre de faisceaux, et notamment à partir de 20 faisceaux à combiner.According to one example, at least the first stage, or equivalently the most upstream stage(s), is (are) arranged according to a main extension plane distinct from the main extension plane of the subsequent stages, so as to limit the space requirement. This number of upstream stages may be less than or equal to 3. This is particularly suitable for multiplexing a large number of beams, and in particular from 20 beams to be combined.

Selon un exemple, le système de multiplexage comprend des modules collimateurs configurés pour émettre en espace libre les au moins quatre faisceaux lumineux polarisés à multiplexer, les modules collimateurs comprenant des organes de réglage configurés pour ajuster la position et l’orientation des au moins quatre faisceaux lumineux. Le réglage de la position et de l’orientation des faisceaux lumineux peut être effectué au niveau du module collimateur. En synergie avec l’invariance en angle au moins du module de combinaison, et de préférence aussi des modules de transformation, le trajet optique des faisceaux reste robuste aux contraintes thermiques ou mécaniques sur le système de multiplexage et les performances optiques du multiplexage ne sont pas affectées.According to one example, the multiplexing system comprises collimator modules configured to emit in free space the at least four polarized light beams to be multiplexed, the collimator modules comprising adjustment members configured to adjust the position and orientation of the at least four light beams. The adjustment of the position and orientation of the light beams can be carried out at the collimator module. In synergy with the angle invariance at least of the combination module, and preferably also of the transformation modules, the optical path of the beams remains robust to thermal or mechanical constraints on the multiplexing system and the optical performances of the multiplexing are not affected.

Selon un exemple, le système de multiplexage comprenant des modules collimateurs configurés pour émettre en espace libre les au moins quatre faisceaux lumineux polarisés, et le procédé comprend en outre un ajustement de la position et/ou de l’orientation des au moins quatre faisceaux lumineux polarisés à multiplexer au niveau des modules collimateurs.According to one example, the multiplexing system comprises collimator modules configured to emit into free space the at least four polarized light beams, and the method further comprises adjusting the position and/or orientation of the at least four polarized light beams to be multiplexed at the collimator modules.

Selon un exemple, le faisceau multiplexé en sortie du système de multiplexage est transféré en espace libre à un télescope pour son émission.In one example, the multiplexed beam at the output of the multiplexing system is transferred in free space to a telescope for transmission.

Selon un exemple, le télescope est un télescope de satellite spatial.In one example, the telescope is a space satellite telescope.

Selon un exemple, la puissance d’au moins un faisceau, et de préférence de chaque faisceau, en amont des dispositifs optiques de multiplexage est comprise entre 5 W et 50 W.According to one example, the power of at least one beam, and preferably of each beam, upstream of the optical multiplexing devices is between 5 W and 50 W.

Selon un exemple, la puissance du faisceau en sortie du système de multiplexage est comprise entre 20 W et 1000 W.In one example, the beam power output from the multiplexing system is between 20 W and 1000 W.

Dans la suite de la description, le terme « sur » ne signifie pas nécessairement « directement sur ». Ainsi, lorsque l’on indique qu’une pièce ou qu’un organe A est en appui « sur » une pièce ou un organe B, cela ne signifie pas que les pièces ou organes A et B soient nécessairement en contact direct avec l’autre. Ces pièces ou organes A et B peuvent être soit en contact direct soit être en appui l’une sur l’autre par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces.In the remainder of the description, the term “on” does not necessarily mean “directly on”. Thus, when it is indicated that a part or member A is supported “on” a part or member B, this does not mean that the parts or members A and B are necessarily in direct contact with each other. These parts or members A and B may either be in direct contact or be supported on each other by means of one or more other parts.

Dans la présente demande de brevet, lorsque l’on indique que deux pièces sont distinctes, cela signifie que ces pièces sont séparées. Elles peuvent être :

  • positionnées à distances l’une de l’autre, et/ou
  • mobiles l’une par rapport à l’autre et/ou
  • solidaires l’une de l’autre en étant fixées par des éléments rapportés, cette fixation étant démontable ou non.
Une pièce unitaire monobloc ne peut donc pas être constituée de deux pièces distinctes.In this patent application, when two parts are indicated as distinct, this means that these parts are separate. They can be:
  • positioned at distances from each other, and/or
  • mobile relative to each other and/or
  • integral with each other by being fixed by added elements, this fixing being removable or not.
A single piece cannot therefore be made up of two separate pieces.

Dans la présente demande de brevet, le terme « solidaire » utilisé pour qualifier la liaison entre deux pièces signifie que les deux pièces sont liées/fixées l’une par rapport à l’autre, selon tous les degrés de liberté, sauf s’il est explicitement spécifié différemment. Par exemple, s’il est indiqué que deux pièces sont solidaires en translation selon une direction x, cela signifie que les pièces peuvent être mobiles l’une par rapport à l’autre, possiblement selon plusieurs degrés de liberté, à l’exclusion de la liberté en translation selon la direction x. Autrement dit, si on déplace une pièce selon la direction x, l’autre pièce effectue le même déplacement.In the present patent application, the term "solidary" used to qualify the connection between two parts means that the two parts are connected/fixed relative to each other, according to all degrees of freedom, unless explicitly specified otherwise. For example, if it is indicated that two parts are solidary in translation in a direction x, this means that the parts can be movable relative to each other, possibly according to several degrees of freedom, excluding the freedom in translation in the direction x. In other words, if one part is moved in the direction x, the other part performs the same movement.

Dans la description détaillée qui suit, il pourra être fait usage de termes tels que « horizontal », « vertical », « longitudinal », « transversal », « supérieur », « inférieur », « haut », « bas », « amont », « aval ». Ces termes doivent être interprétés de façon relative en relation avec la position normale du système de multiplexage et la propagation des faisceaux lumineux dans ce système. Par exemple, un élément en « amont » est un élément du système placé avant un autre élément dit « aval » en suivant le sens de propagation des faisceaux lumineux dans le système. On considère que le sens de propagation des faisceaux lumineux dans le système de multiplexage part du côté de la pluralité de faisceaux à multiplexer et va en direction du faisceau multiplexé en sortie.In the following detailed description, use may be made of terms such as "horizontal", "vertical", "longitudinal", "transverse", "upper", "lower", "top", "bottom", "upstream", "downstream". These terms must be interpreted relatively in relation to the normal position of the multiplexing system and the propagation of the light beams in this system. For example, an "upstream" element is an element of the system placed before another so-called "downstream" element following the direction of propagation of the light beams in the system. It is considered that the direction of propagation of the light beams in the multiplexing system starts from the side of the plurality of beams to be multiplexed and goes towards the multiplexed beam at the output.

On utilisera également un repère dont la direction longitudinale ou arrière/avant correspond à l’axe x, la direction transversale ou droite/gauche correspond à l’axe y et la direction verticale ou bas/haut correspond à l’axe z.We will also use a reference whose longitudinal or back/front direction corresponds to the x axis, the transverse or right/left direction corresponds to the y axis and the vertical or down/up direction corresponds to the z axis.

Dans le domaine des télécommunications, les communications optiques en espace libre (en anglaisFree Space Opticsou FSO) constituent des communications faisant appel à la propagation de la lumière en espace libre, afin de transmettre des données entre deux points distants. Cette technologie présente un intérêt lorsqu'une connexion physique par le biais de câble ou de fibre optique est inadaptée, par exemple pour de la transmission entre basse et très haute altitude, et les transmissions spatiales. « Espace libre » désigne tout médium spatial d'acheminement du signal tels que l’air, l’espace intersidéral, le vide, par opposition à un médium de transport matériel, tels la fibre optique ou les lignes de transmission filaires ou coaxiales.In the field of telecommunications, Free Space Optics (FSO) are communications that use the propagation of light in free space to transmit data between two distant points. This technology is of interest when a physical connection via cable or optical fiber is unsuitable, for example for transmission between low and very high altitudes, and space transmissions. "Free space" means any spatial signal delivery medium such as air, outer space, vacuum, as opposed to a physical transport medium, such as optical fiber or wire or coaxial transmission lines.

Le système de multiplexage 1, l’ensemble d’émission 2 et le procédé de multiplexage sont maintenant décrits selon plusieurs exemples de réalisations.The multiplexing system 1, the transmission assembly 2 and the multiplexing method are now described according to several exemplary embodiments.

Comme l’illustre par exemple la , le système multiplexage 1 est configuré pour multiplexer au moins quatre faisceaux lumineux polarisés en un faisceau 12 multiplexé pour sa transmission en espace libre.As illustrated for example by the , the multiplexing system 1 is configured to multiplex at least four polarized light beams into a multiplexed beam 12 for its transmission in free space.

L’ensemble d’émission 2 comprend le système de multiplexage 1 et un télescope 20. Le système 1 peut être plus particulièrement placé entre des sources fibrées, par exemple des sources laser, transportant le flux de données à envoyer, et le télescope 20. L’ensemble d’émission 2 peut comprendre les sources fibrées des faisceaux 10. Le système 1 peut comprendre les sources fibrées. Chaque faisceau peut être issu d’une source fibrée, il peut donc y avoir au moins quatre sources fibrées.The transmission assembly 2 comprises the multiplexing system 1 and a telescope 20. The system 1 may be more particularly placed between fiber sources, for example laser sources, carrying the data stream to be sent, and the telescope 20. The transmission assembly 2 may comprise the fiber sources of the beams 10. The system 1 may comprise the fiber sources. Each beam may come from a fiber source, so there may be at least four fiber sources.

Les différents aspects de l’invention sont adaptés aux applications spatiales, et notamment aux liaisons entre les orbites LEO et le sol, MEO et le sol, GEO et le sol, mais aussi entre des satellites sur la même orbite ou des orbites différentes, LEO, MEO ou GEO. La transmission entre basse et haute altitude, ci-après désignée transmission haute altitude, est également une application envisagée. A titre d’exemple, les orbites les plus basses sont à 400km d'altitude (LEO). Les plus hautes sont à 36000km (GEO). Les distances inter-satellite pour les liaison dite ISL (Inter-Satellite Link) sont typiquement de 100km à 500km. Les différents aspects de l’invention sont particulièrement adaptés pour la transmission longue distance d’un faisceau en espace libre, par exemple sur une distance comprise entre 100km et 36 000km. Notons que pour une transmission entre basse et haute altitude, la distance pour la transmission du faisceau peut être comprise entre 20 km et 50 km, entre une vallée et une montagne par exemple. La puissance du faisceau émis 12 est toutefois généralement plus faible que pour des applications spatiales. Le télescope 20 de l’ensemble d’émission 2 peut donc être un télescope de satellite ou un télescope d’une station sol. Les différents aspects de l’invention sont plus particulièrement destinés à l’émission de signaux multiplexés, plutôt qu’à la réception de signaux multiplexés. En effet, les problématiques de haute puissance de faisceau sont plutôt liées à l’émission d’un signal multiplexé à transmettre sur de longues distances, comme décrit ci-après. En réception, la puissance reçue étant plus faible, les solutions existantes fibrées peuvent être utilisées.The various aspects of the invention are suitable for space applications, and in particular for links between LEO orbits and the ground, MEO and the ground, GEO and the ground, but also between satellites on the same orbit or different orbits, LEO, MEO or GEO. Transmission between low and high altitude, hereinafter referred to as high altitude transmission, is also an application envisaged. For example, the lowest orbits are at an altitude of 400 km (LEO). The highest are at 36,000 km (GEO). The inter-satellite distances for so-called ISL (Inter-Satellite Link) links are typically 100 km to 500 km. The various aspects of the invention are particularly suitable for long-distance transmission of a beam in free space, for example over a distance of between 100 km and 36,000 km. Note that for a transmission between low and high altitude, the distance for the transmission of the beam can be between 20 km and 50 km, between a valley and a mountain for example. The power of the emitted beam 12 is however generally lower than for space applications. The telescope 20 of the transmission assembly 2 can therefore be a satellite telescope or a telescope of a ground station. The different aspects of the invention are more particularly intended for the transmission of multiplexed signals, rather than the reception of multiplexed signals. Indeed, the problems of high beam power are rather linked to the transmission of a multiplexed signal to be transmitted over long distances, as described below. In reception, the received power being lower, existing fiber solutions can be used.

Pour les applications de transmission spatiale et transmission haute altitude, plusieurs sources fibrées émettent des faisceaux 10 lumineux polarisés en espace libre. Ces faisceaux 10 sont multiplexés et transmis en espace libre au télescope 20. Du fait du multiplexage d’une pluralité de faisceaux 10, et de la distance à parcourir avant réception du faisceau multiplexé 12, les faisceaux 10 et plus particulièrement le faisceau multiplexé 12 présentent une haute puissance optique. La puissance optique des faisceaux 10 à multiplexer, en amont du système de multiplexage 1, est par exemple supérieure ou égale à 5 W, de préférence comprise entre 5 W et 50 W. La puissance optique du faisceau multiplexé 12, en sortie du système de multiplexage 1, est par exemple supérieure ou égale à 20 W, de préférence comprise entre 20 W et 1000 W. Compte tenu de la puissance à transporter, les faisceaux 10 présentent un diamètre supérieur au diamètre généralement utilisé pour les applications terrestres (typiquement de l’ordre de 200 µm à 300 µm de diamètre). Par exemple, les faisceaux 10 et le faisceau multiplexé 12 peuvent présenter un diamètre de l’ordre du millimètre, par exemple entre 0,5 mm et 20 mm. Les dispositifs de multiplexage 11 du système 1, et notamment les éléments optiques les composant, peuvent donc présenter des dimensions telles qu’ils sont aptes à être traversés ou aptes à agir sur des faisceaux lumineux de ce diamètre.For space transmission and high altitude transmission applications, several fiber sources emit polarized light beams 10 in free space. These beams 10 are multiplexed and transmitted in free space to the telescope 20. Due to the multiplexing of a plurality of beams 10, and the distance to be traveled before receiving the multiplexed beam 12, the beams 10 and more particularly the multiplexed beam 12 have high optical power. The optical power of the beams 10 to be multiplexed, upstream of the multiplexing system 1, is for example greater than or equal to 5 W, preferably between 5 W and 50 W. The optical power of the multiplexed beam 12, at the output of the multiplexing system 1, is for example greater than or equal to 20 W, preferably between 20 W and 1000 W. Given the power to be transported, the beams 10 have a diameter greater than the diameter generally used for terrestrial applications (typically of the order of 200 µm to 300 µm in diameter). For example, the beams 10 and the multiplexed beam 12 may have a diameter of the order of a millimeter, for example between 0.5 mm and 20 mm. The multiplexing devices 11 of the system 1, and in particular the optical elements composing them, can therefore have dimensions such that they are capable of being crossed or capable of acting on light beams of this diameter.

La puissance optique transportée par les différents faisceaux ne permet pas l’utilisation de composants fibrés classiques, par exemple ceux utilisés dans les applications de télécommunication terrestre. Le multiplexage et la transmission du faisceau multiplexé 12 sont donc construits en espace libre.The optical power carried by the different beams does not allow the use of conventional fiber components, for example those used in terrestrial telecommunications applications. The multiplexing and transmission of the multiplexed beam 12 are therefore constructed in free space.

Le système 1 peut notamment être configuré pour combiner successivement deux à deux ces faisceaux 10. Pour cela, le système 1 comprend une pluralité des dispositifs optiques de multiplexage 11. Ces dispositifs de multiplexage 11 sont agencés en une pluralité d’étages 11a, 11b permettant le multiplexage successif de ces faisceaux 10. Parmi les étages du système 1, le système 1 comprend au moins un étage entrelaceur 11b, comprenant au moins un dispositif entrelaceur 110 configurés pour combiner deux faisceaux 10a, 10b par entrelacement.The system 1 can in particular be configured to successively combine these beams 10 in pairs. For this, the system 1 comprises a plurality of optical multiplexing devices 11. These multiplexing devices 11 are arranged in a plurality of stages 11a, 11b allowing the successive multiplexing of these beams 10. Among the stages of the system 1, the system 1 comprises at least one interleaver stage 11b, comprising at least one interleaver device 110 configured to combine two beams 10a, 10b by interleaving.

Le principe du multiplexage par entrelacement tout d’abord décrit en référence aux figures 4A et 4B, selon une solution existante utilisée pour des applications terrestres pour des faisceaux de faible puissance, avec des diamètres classiques d’environ 300 µm. Un dispositif d’entrelacement 110 peut comprendre un module optique de transformation 111 et un module de combinaison 113’. Deux faisceaux entrants 10a, 10b, comprenant par exemple plusieurs longueurs d’onde, appelée série de longueur d’onde, sont pris en charge par le module optique de transformation 111. Les longueurs d’onde sont différentes entre les deux faisceaux 10a, 10b. Dans cet exemple, les deux faisceaux 10 présentent la même polarisation. Le module de transformation 111 est configuré pour modifier la polarisation d’un parmi les deux faisceaux entrants 10a, 10b pour former deux faisceaux sortants 10c, 10d de polarisation distincte entre eux. Pour cela, le module de transformation 111 peut par exemple générer une loi en lame d’onde pour une série de longueurs d’onde et en lame demi-onde pour l’autre. En sortie, les faisceaux sortants 10c, 10d peuvent donc avoir des polarisations croisées. Il est alors possible de les combiner par le module de combinaison 113’. Le combineur 113’, généralement un cristal, est toutefois peu adapté aux faisceaux de haute puissance, car il faut un cristal très long pour gérer des faisceaux de diamètre importants. Le cristal ayant la dimension adéquate serait difficile à approvisionner, d’un coût élevé et présenterait une absorption des faisceaux le traversant rédhibitoire.The principle of multiplexing by interleaving first described with reference to FIGS. 4A and 4B, according to an existing solution used for terrestrial applications for low-power beams, with conventional diameters of approximately 300 µm. An interleaving device 110 may comprise an optical transformation module 111 and a combination module 113'. Two incoming beams 10a, 10b, comprising for example several wavelengths, called a wavelength series, are supported by the optical transformation module 111. The wavelengths are different between the two beams 10a, 10b. In this example, the two beams 10 have the same polarization. The transformation module 111 is configured to modify the polarization of one of the two incoming beams 10a, 10b to form two outgoing beams 10c, 10d of distinct polarization between them. For this, the transformation module 111 can for example generate a wave plate law for one series of wavelengths and a half-wave plate law for the other. At the output, the outgoing beams 10c, 10d can therefore have crossed polarizations. It is then possible to combine them by the combination module 113'. The combiner 113', generally a crystal, is however poorly suited to high-power beams, because a very long crystal is required to manage beams of large diameter. The crystal having the appropriate dimension would be difficult to supply, expensive and would have prohibitive absorption of the beams passing through it.

La illustre à titre d’exemple la réponse en longueurs d’onde du dispositif d’entrelacement illustré en . Contrairement aux solutions existantes mettant en œuvre des filtres dichroïques, avec un dispositif d’entrelacement 110 on n’observe plus de zone de transition. L’entrelacement permet donc de combiner des longueurs d’onde très proches les unes des autres en optimisant la bande passante.There illustrates as an example the wavelength response of the interleaving device shown in . Unlike existing solutions using dichroic filters, with a 110 interlacing device there is no longer a transition zone. Interlacing therefore makes it possible to combine wavelengths that are very close to each other while optimizing the bandwidth.

Le principe de fonctionnement du système de multiplexage 1 est tout d’abord décrit en référence à la . Le système 1 peut comprendre au moins deux étages 11b, 11c, au moins un étage étant un étage entrelaceur 11b.The operating principle of the multiplexing system 1 is first described with reference to the . The system 1 may comprise at least two stages 11b, 11c, at least one stage being an interleaver stage 11b.

L’étage entrelaceur 11b comprend au moins un dispositif entrelaceur 110, par exemple illustré en par le cadre en pointillés. Le dispositif entrelaceur 110 est configuré pour recevoir un premier faisceau entrant 10a et un deuxième faisceau entrant 10b. Le premier faisceau entrant 10a peut présenter au moins une première longueur d’onde λ1, et le deuxième faisceau entrant 10b peut présenter au moins une deuxième longueur d’onde λ2, distincte de l’au moins une première longueur d’onde λ1. Chaque faisceau 10a, 10b peut porter une série de longueurs d’onde, les séries de longueurs d’onde étant distinctes entre les deux faisceaux 10a, 10b. Dans la suite, le terme « longueur d’onde » peut désigner une longueur d’onde unique ou une série de longueurs d’onde. Les faisceaux entrants 10a, 10b présentent en outre une polarisation distincte en entrée du dispositif entrelaceur 110. Le terme « polarisation distincte » signifie que les états de polarisation entre deux faisceaux sont différents.The interleaving stage 11b comprises at least one interleaving device 110, for example illustrated in by the dotted frame. The interleaver device 110 is configured to receive a first incoming beam 10a and a second incoming beam 10b. The first incoming beam 10a may have at least one first wavelength λ 1 , and the second incoming beam 10b may have at least one second wavelength λ 2 , distinct from the at least one first wavelength λ 1 . Each beam 10a, 10b may carry a series of wavelengths, the series of wavelengths being distinct between the two beams 10a, 10b. In the following, the term “wavelength” may designate a single wavelength or a series of wavelengths. The incoming beams 10a, 10b further have a distinct polarization at the input of the interleaver device 110. The term “distinct polarization” means that the polarization states between two beams are different.

Le dispositif entrelaceur 110 est configuré pour combiner les faisceaux entrant 10a, 10b pour former un faisceau combiné 10c, présentant une polarisation différente selon les longueurs d’onde qu’il porte. La polarisation du faisceau sortant 10c est donc mixte, puisque les longueurs d’onde issues du premier faisceau 10a présentent un état de polarisation, et les longueurs d’onde issues du deuxième faisceau 10b présentent un état distinct de polarisation. Le dispositif entrelaceur 110 est ensuite configuré pour modifier le faisceau 10c de sorte que les différentes longueurs présentent la même polarisation.The interleaver device 110 is configured to combine the incoming beams 10a, 10b to form a combined beam 10c, having a different polarization depending on the wavelengths it carries. The polarization of the outgoing beam 10c is therefore mixed, since the wavelengths from the first beam 10a have a polarization state, and the wavelengths from the second beam 10b have a distinct polarization state. The interleaver device 110 is then configured to modify the beam 10c so that the different lengths have the same polarization.

Pour cela, le dispositif entrelaceur 110 comprend un module optique de combinaison 113 invariant en angle. Les faisceaux entrants 10a, 10b de polarisation distincte sont combinés par le module optique de combinaison 113 pour former le faisceau combiné 10c sortant du module de combinaison 113.For this purpose, the interleaving device 110 comprises an angle-invariant optical combination module 113. The incoming beams 10a, 10b of distinct polarization are combined by the optical combination module 113 to form the combined beam 10c exiting the combination module 113.

Le dispositif entrelaceur 110 comprend en outre un module optique de transformation 111. Le module de transformation 111 est configuré pour recevoir le faisceau 10c issu du module de combinaison 113. Le module de transformation 111 est configuré pour modifier la polarisation de la première longueur d’onde λ1 ou de la deuxième longueur d’onde λ2du faisceau 10c, pour former un faisceau 12a présentant une même polarisation pour les longueurs d’onde qu’il porte.The interleaving device 110 further comprises an optical transformation module 111. The transformation module 111 is configured to receive the beam 10c from the combination module 113. The transformation module 111 is configured to modify the polarization of the first wavelength λ1 or the second wavelength λ2of beam 10c, to form a beam 12a having the same polarization for the wavelengths it carries.

Par exemple, comme illustré en , le premier faisceau entrant 10a peut présenter des longueurs d’onde λ1impaires. Le deuxième faisceau entrant 10b peut présenter des longueurs d’onde λ2paires, et une polarisation distincte du premier faisceau 10a. Ces faisceaux 10a, 10b sont alors combinés par le module de combinaison 113 en conservant leur polarisation pour former le faisceau 10c. Lors de son passage dans le module de transformation 111, la polarisation des longueurs d’onde paire ou impaire du faisceau 10c peut être modifiée pour obtenir le faisceau 12a. Les longueurs d’ondes λ1, λ2du faisceau 12a présentent alors la même polarisation.For example, as illustrated in , the first incoming beam 10a may have wavelengths λ1odd. The second incoming beam 10b may have wavelengths λ2pairs, and a distinct polarization of the first beam 10a. These beams 10a, 10b are then combined by the combination module 113 while retaining their polarization to form the beam 10c. During its passage through the transformation module 111, the polarization of the even or odd wavelengths of the beam 10c can be modified to obtain the beam 12a. The wavelengths λ1, λ2of beam 12a then have the same polarization.

Le module de combinaison 113 est invariant en angle. Un changement d’orientation ou une torsion n’entraînera pas de déviation significative des faisceaux lumineux. Cela peut notamment survenir en cas de contraintes thermiques et/ou mécaniques sur le système de multiplexage. Ces contraintes sont en effet courantes pour les applications spatiales et de haute altitude. Par exemple, une différence d’ensoleillement peut entraîner de fortes variations thermiques sur le système de multiplexage 1, pouvant affecter sa stabilité. L’invariance en angle au moins du module de combinaison 113 permet de minimiser ces phénomènes. En outre, l’impact d’un défaut de réglage en position du module de combinaison est limité.The combination module 113 is angle invariant. A change in orientation or a twist will not cause a significant deviation of the light beams. This can occur in particular in the event of thermal and/or mechanical constraints on the multiplexing system. These constraints are indeed common for space and high-altitude applications. For example, a difference in sunlight can cause significant thermal variations on the multiplexing system 1, which can affect its stability. The angle invariance at least of the combination module 113 makes it possible to minimize these phenomena. In addition, the impact of a position adjustment fault of the combination module is limited.

Afin d’obtenir une invariance en angle, l’homme du métier est à même d’identifier quels éléments optiques utiliser. Par exemple, comme illustré en , le module de combinaison 113 présente une première surface 1130 et une deuxième surface 1131 parallèles entre elles. La première surface 1130 peut plus particulièrement être disposée sur le trajet optique du faisceau entrant 10a. La deuxième surface 1131 peut plus particulièrement être disposée sur le trajet optique du faisceau entrant 10b. La première surface 1130 peut être configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant 10aet la deuxième surface 1131 peut être configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant 10a issu de la réflexion sur la première surface 1130. La deuxième surface 1131 peut être configurée pour laisser passer le deuxième faisceau entrant 10b.In order to achieve angle invariance, the skilled person is able to identify which optical elements to use. For example, as illustrated in , the combination module 113 has a first surface 1130 and a second surface 1131 parallel to each other. The first surface 1130 can more particularly be arranged on the optical path of the incoming beam 10a. The second surface 1131 can more particularly be arranged on the optical path of the incoming beam 10b. The first surface 1130 can be configured to reflect the first incoming beam 10a and the second surface 1131 can be configured to reflect the first incoming beam 10a resulting from the reflection on the first surface 1130. The second surface 1131 can be configured to let the second incoming beam 10b pass.

Les surfaces 1130, 1131 du module de combinaison 113 peuvent réfléchir ou transmettre un faisceau selon son état de polarisation. Les faisceaux 10a, 10b présentant des polarisations distinctes, le premier faisceau 10a peut-être réfléchi sur les surfaces 1130, 1131, tandis que le deuxième faisceau 10b est transmis par la deuxième surface 1131. Selon un exemple préféré, c'est la polarisation TE (ou polarisation s) qui est réfléchie sur les surfaces 1130, 1131 et la polarisation TM (ou polarisation p) qui est transmise par la surface 1131. Le traitement optique des surfaces 1130, 1131 est plus performant dans cette configuration. Notons qu’on peut tout de même prévoir que c'est la polarisation TE (ou polarisation s) qui est transmise par la surface 1131 et la polarisation TM (ou polarisation p) qui est qui est réfléchie sur les surfaces 1130, 1131.The surfaces 1130, 1131 of the combination module 113 can reflect or transmit a beam depending on its polarization state. The beams 10a, 10b having distinct polarizations, the first beam 10a can be reflected on the surfaces 1130, 1131, while the second beam 10b is transmitted by the second surface 1131. According to a preferred example, it is the TE polarization (or s polarization) which is reflected on the surfaces 1130, 1131 and the TM polarization (or p polarization) which is transmitted by the surface 1131. The optical treatment of the surfaces 1130, 1131 is more efficient in this configuration. Note that we can still predict that it is the TE polarization (or s polarization) which is transmitted by the surface 1131 and the TM polarization (or p polarization) which is reflected on the surfaces 1130, 1131.

Par la réflexion successive du faisceau entrant 10a sur les surfaces 1130 et 1131, ce faisceau se retrouve placé sur le même trajet optique que le faisceau entrant 10b. Les faisceaux 10a, 10b sont ainsi combinés par un élément optique invariant en angle. Selon un exemple particulier, le module de combinaison est un rhomboèdre optique.By the successive reflection of the incoming beam 10a on the surfaces 1130 and 1131, this beam is placed on the same optical path as the incoming beam 10b. The beams 10a, 10b are thus combined by an angle-invariant optical element. According to a particular example, the combination module is an optical rhombohedron.

De préférence, le module optique de transformation 111 est un module biréfringent. Chaque module peut par exemple comprendre un cristal biréfringent. Ainsi, le module optique de transformation est aussi invariant d’angle. La robustesse du système est ainsi encore améliorée aux contraintes susvisées, de même que sa tolérance à un défaut de réglage est améliorée. Ceci facilite encore la manipulation de faisceaux de grandes dimensions dont la sensibilité angulaire est particulièrement forte, comme vu précédemment.Preferably, the optical transformation module 111 is a birefringent module. Each module may for example comprise a birefringent crystal. Thus, the optical transformation module is also angle invariant. The robustness of the system is thus further improved to the abovementioned constraints, as well as its tolerance to a setting defect is improved. This further facilitates the handling of large beams whose angular sensitivity is particularly high, as seen previously.

Lors du montage du système, les modules biréfringents 111 sont de préférence orientés pour ajuster l’épaisseur traversée par le faisceau. Cette épaisseur peut faire varier la position de la réponse spectrale. Afin d’aligner précisément la réponse des modules biréfringents sur la grille de longueur d’onde souhaitée, il est possible de modifier l’orientation des modules biréfringents, par exemple par le biais d’organes de réglages non représentés sur les figures. Cette opération est simple et permet un alignement rapide du système 1.When assembling the system, the birefringent modules 111 are preferably oriented to adjust the thickness crossed by the beam. This thickness can vary the position of the spectral response. In order to precisely align the response of the birefringent modules on the desired wavelength grid, it is possible to modify the orientation of the birefringent modules, for example by means of adjustment members not shown in the figures. This operation is simple and allows rapid alignment of the system 1.

En alternative à des modules biréfringents, il peut être envisagés d’utiliser d’autres types de modules de transformation 111, tels que des modules de type Michelson-Gires-Tournoi ou Mach-Zehnder-Gires-Tournois. Toutefois ces modules peuvent s’avérer plus complexes à mettre en œuvre dans le système 1 et/ou ne pas présenter une invariance en angle.As an alternative to birefringent modules, it may be possible to use other types of transformation modules 111, such as Michelson-Gires-Tournoi or Mach-Zehnder-Gires-Tournois type modules. However, these modules may prove more complex to implement in system 1 and/or not exhibit angle invariance.

Pour un même étage 11b, le système 1 peut comprendre plusieurs dispositifs de multiplexage 11 et notamment plusieurs dispositifs entrelaceurs 110. Comme l’illustre la , un deuxième dispositif entrelaceur 110 peut être configuré pour multiplexer deux faisceaux 10a, 10b de longueurs d’onde λ3, λ4, comme expliqué ci-dessus.For the same stage 11b, the system 1 can comprise several multiplexing devices 11 and in particular several interleaving devices 110. As illustrated in , a second interleaver device 110 can be configured to multiplex two beams 10a, 10b of wavelengths λ 3 , λ 4 , as explained above.

Le système de multiplexage 1 peut comprendre en outre un étage 11c comprenant un module optique de combinaison 113 comme décrit précédemment, par exemple un rhomboèdre optique. Pour cela, deux dispositifs entrelaceurs 110 d’un étage 11b peuvent être configurés pour former deux faisceaux 12a de polarisation distinctes entre eux. Notamment, les modules optiques de transformation 111 peuvent être configurés relativement l’un à l’autre pour former un faisceau 12a présentant une polarisation, et un faisceau 12a présentant une deuxième polarisation. Pour cela, soit les modules de transformations peuvent être distincts l’un de l’autre, comme décrit ultérieurement, ou les longueurs d’ondes du faisceaux 10c peuvent donner des états de polarisation différents. Par exemple, dans la , les longueurs d’onde impaires vont donner un premier état de polarisation suite au passage dans le module de transformation 111 d’un premier dispositif 110, et les longueurs d’ondes paires vont donner un deuxième état de polarisation suite au passage dans le module de transformation 111 d’un deuxième dispositif 110, identique au module de transformation 111 du premier dispositif 110. Dans ce mode de réalisation, et lorsque les modules de transformation 111 sont des modules biréfringents. Tous les éléments optiques du système 1 peuvent être invariants en angle.The multiplexing system 1 may further comprise a stage 11c comprising an optical combination module 113 as described above, for example an optical rhombohedron. For this, two interleaving devices 110 of a stage 11b may be configured to form two beams 12a of polarization distinct from each other. In particular, the optical transformation modules 111 may be configured relative to each other to form a beam 12a having one polarization, and a beam 12a having a second polarization. For this, either the transformation modules may be distinct from each other, as described later, or the wavelengths of the beams 10c may give different polarization states. For example, in the , the odd wavelengths will give a first polarization state following passage through the transformation module 111 of a first device 110, and the even wavelengths will give a second polarization state following passage through the transformation module 111 of a second device 110, identical to the transformation module 111 of the first device 110. In this embodiment, and when the transformation modules 111 are birefringent modules. All the optical elements of the system 1 can be angle invariant.

Le système de multiplexage 1 permet donc le multiplexage d’un nombre important de faisceaux lumineux 10 (et en particulier au moins quatre faisceaux 10) par rapport aux solutions existantes et ce de façon robuste et fiable en maximisant la bande passante.The multiplexing system 1 therefore allows the multiplexing of a significant number of light beams 10 (and in particular at least four beams 10) compared to existing solutions and this in a robust and reliable manner by maximizing the bandwidth.

Le système multiplexage 1 peut comprendre une pluralité d’étages 11b, voire 11c, successifs pour combiner deux à deux des faisceaux 10. Le nombre de faisceaux pouvant être multiplexés par le système de multiplexage 1 n’est pas limité à un nombre donné de faisceaux 10. Selon le nombre d’étages 11a, 11b, 11c et le nombre de dispositifs de multiplexage 11 par étage, on comprend que l’architecture du système de multiplexage 1 peut être adaptée. Par exemple, dans un étage, 2N faisceaux peuvent être combinés en N faisceaux par N dispositifs de multiplexage 11. Le système de multiplexage 1 peut comprendre N étages. De préférence et comme il sera décrit plus en détail ultérieurement le système peut comprendre au moins trois, et de préférence au moins quatre, et plus préférentiellement au moins cinq étages. Parmi ces étages au moins deux et de préférence au moins trois étages sont des étages entrelaceurs 11b, de préférence successifs.The multiplexing system 1 may comprise a plurality of successive stages 11b, or even 11c, for combining beams 10 in pairs. The number of beams that can be multiplexed by the multiplexing system 1 is not limited to a given number of beams 10. Depending on the number of stages 11a, 11b, 11c and the number of multiplexing devices 11 per stage, it is understood that the architecture of the multiplexing system 1 may be adapted. For example, in a stage, 2N beams may be combined into N beams by N multiplexing devices 11. The multiplexing system 1 may comprise N stages. Preferably and as will be described in more detail later, the system may comprise at least three, and preferably at least four, and more preferably at least five stages. Among these stages, at least two and preferably at least three stages are interleaver stages 11b, preferably successive.

Comme illustré par la , au moins un étage 11a situé en amont du ou des étages entrelaceur(s) 11b peut comprendre des dispositifs de multiplexage 11 comprenant un filtre dichroïque 112. Ce dispositif de multiplexage 11 peut être configuré pour combiner deux faisceaux 10a’, 10b’ pour former un faisceau unique 12a’. Ce faisceau 12a’ peut ensuite être un faisceau entrant 10a ou 10b dans un dispositif de multiplexage 11 subséquent, et plus particulièrement un dispositif entrelaceur 110.As illustrated by the , at least one stage 11a located upstream of the interleaver stage(s) 11b may comprise multiplexing devices 11 comprising a dichroic filter 112. This multiplexing device 11 may be configured to combine two beams 10a', 10b' to form a single beam 12a'. This beam 12a' may then be an incoming beam 10a or 10b in a subsequent multiplexing device 11, and more particularly an interleaver device 110.

Un filtre dichroïque 112 peut être configuré pour combiner deux faisceaux lumineux, ces deux faisceaux présentant une longueur d’onde distincte entre eux et de préférence la même polarisation. La illustre à titre d’exemple un premier étage 11a comprenant des filtres dichroïques 112. De préférence, lorsque l’étage 11a comprend des filtres dichroïques, les deux faisceaux combinés par le filtre dichroïque 112 présentent chacun une unique longueur d’onde. Il est en effet plus simple de concevoir des filtres dichroïques présentant un domaine de longueur d’onde réfléchie sur le filtre 112 et un domaine de longueur d’onde transmis par le filtre 112. Cet exemple est particulièrement adapté lorsque chaque fibre source n'apporte qu'une seule longueur d'onde.A dichroic filter 112 may be configured to combine two light beams, the two beams having a distinct wavelength from each other and preferably the same polarization. illustrates as an example a first stage 11a comprising dichroic filters 112. Preferably, when the stage 11a comprises dichroic filters, the two beams combined by the dichroic filter 112 each have a single wavelength. It is indeed simpler to design dichroic filters having a wavelength domain reflected on the filter 112 and a wavelength domain transmitted by the filter 112. This example is particularly suitable when each source fiber provides only a single wavelength.

De préférence, les longueurs d’onde des faisceaux sont alors distantes d’au moins 500 GHz, afin d’accommoder la zone de transition du filtre dichroïque 112. Pour un étage amont, et notamment pour un premier étage du système 1, les longueurs d’onde à combiner sont encore éloignées. Il est donc possible d’utiliser des filtres dichroïques sans être impacté par les contraintes associées.Preferably, the wavelengths of the beams are then at least 500 GHz apart, in order to accommodate the transition zone of the dichroic filter 112. For an upstream stage, and in particular for a first stage of the system 1, the wavelengths to be combined are still far apart. It is therefore possible to use dichroic filters without being impacted by the associated constraints.

L’étage 11c en aval peut être un étage entrelaceur, comprenant un dispositif entrelaceur doté d’un module de combinaison et d’un module de transformation 111, comme illustré dans les figures 6 et 7. Le module de combinaison 111 en sortie du système 1 peut plus particulièrement être configuré pour redresser la polarisation du faisceau 10c en sortie du module de combinaison 113. Ce module de transformation 111 peut être un module biréfringent comme décrit précédemment. En effet, le module de combinaison 113 combinant des faisceaux de polarisations distinctes, le faisceau 10c présente deux états de polarisation. De préférence, le module de transformation 111 est disposé en sortie du dernier module de combinaison 113 en aval du système 1, comme illustré par la . Le module de transformation 111 peut donc recevoir le faisceau 10 c pour former un faisceau multiplexé 12 de polarisation homogène.The downstream stage 11c may be an interleaver stage, comprising an interleaver device provided with a combination module and a transformation module 111, as illustrated in FIGS. 6 and 7. The combination module 111 at the output of the system 1 may more particularly be configured to rectify the polarization of the beam 10c at the output of the combination module 113. This transformation module 111 may be a birefringent module as described above. Indeed, the combination module 113 combining beams of distinct polarizations, the beam 10c has two polarization states. Preferably, the transformation module 111 is arranged at the output of the last combination module 113 downstream of the system 1, as illustrated by FIG. The transformation module 111 can therefore receive the beam 10 c to form a multiplexed beam 12 of homogeneous polarization.

Le système 1 peut comprendre plusieurs étages entrelaceurs 11b, et ce de façon combinée ou non aux variantes décrites précédemment. La illustre à titre d’exemple un système 1 comprenant deux étages entrelaceur 11b, avec un étage 11c en aval comprenant un module de combinaison 113. De préférence, chaque dispositif de multiplexage 11 d’un étage entrelaceur 11b est un dispositif entrelaceur 110.The system 1 may comprise several interleaving stages 11b, in a manner combined or not with the variants described above. illustrates as an example a system 1 comprising two interleaver stages 11b, with a downstream stage 11c comprising a combining module 113. Preferably, each multiplexing device 11 of an interleaver stage 11b is an interleaver device 110.

Au vu des figures, on comprend que le faisceau multiplexé 12a en sortie d’un dispositif entrelaceur 110 peut former le faisceau entrant 10a ou 10b pour un dispositif entrelaceur 110 subséquent. Le signal en sortie du dernier dispositif de multiplexage 11 en aval du système 1 peut former le faisceau multiplexé 12.From the figures, it is understood that the multiplexed beam 12a at the output of an interleaver device 110 can form the incoming beam 10a or 10b for a subsequent interleaver device 110. The signal at the output of the last multiplexing device 11 downstream of the system 1 can form the multiplexed beam 12.

Comme par exemple illustré par la , le signal d’émission peut être fourni en espace libre au système 1 par une ou plusieurs séries de fibres optiques, par exemple par le biais de modules collimateurs 13 (illustrés par exemple en ). Comme illustré par exemple en , chaque série peut transporter les mêmes longueurs d’onde, par exemple λ1à λ4, avec des états de polarisation différents entre les séries, par exemple une polarisation s et une polarisation p. Au sein de chaque série, chaque fibre peut transporter un faisceau présentant une ou plusieurs longueurs d’onde, par exemple deux longueurs d’onde.As for example illustrated by the , the emission signal may be supplied in free space to the system 1 by one or more series of optical fibers, for example by means of collimator modules 13 (illustrated for example in ). As illustrated for example in , each series can carry the same wavelengths, for example λ 1 to λ 4 , with different polarization states between the series, for example s-polarization and p-polarization. Within each series, each fiber can carry a beam having one or more wavelengths, for example two wavelengths.

Pour orienter les faisceaux 10, du fait de l’invariance angulaire de tout ou partie des éléments optiques du système 1, cette fonction peut être réalisée par les modules collimateurs 13. Pour cela, les modules collimateurs peuvent comprendre des organes de réglage 130. Dans la , ces organes 130 sont représentés schématiquement pour un seul collimateur 13, afin de simplifier la figure. Les organes de réglage 130 sont configurés pour ajuster les paramètres géométriques des faisceaux 10 en entrée du système 1. Cet ajustement des paramètres géométriques des faisceaux 10 permet de compenser d’éventuels défauts dans les différents composants optiques du système. Les tolérances de fabrication sont ainsi plus facilement accommodées par le système 1.To orient the beams 10, due to the angular invariance of all or part of the optical elements of the system 1, this function can be performed by the collimator modules 13. For this, the collimator modules can comprise adjustment members 130. In the , these members 130 are schematically represented for a single collimator 13, in order to simplify the figure. The adjustment members 130 are configured to adjust the geometric parameters of the beams 10 at the input of the system 1. This adjustment of the geometric parameters of the beams 10 makes it possible to compensate for possible defects in the various optical components of the system. The manufacturing tolerances are thus more easily accommodated by the system 1.

Comme illustré par la , le système peut comprendre un premier bras 100, de façon équivalente une première partie, configuré pour combiner successivement les faisceaux issus de la première série de fibres, et un deuxième bras 101 configuré pour combiner successivement les faisceaux issus de la deuxième série de fibres. Les bras 100, 1001 peuvent être miroirs l’un de l’autre. Par exemple, les polarisations des faisceaux 10a λ1des bras 100 et 101 sont identiques, ainsi que pour les autres longueurs d’onde λ2à λ4. As illustrated by the , the system may comprise a first arm 100, equivalently a first part, configured to successively combine the beams from the first series of fibers, and a second arm 101 configured to successively combine the beams from the second series of fibers. The arms 100, 1001 may be mirrors of each other. For example, the polarizations of the beams 10a λ 1 of the arms 100 and 101 are identical, as well as for the other wavelengths λ 2 to λ 4.

Un étage entrelaceur 11c peut combiner en aval les faisceaux multiplexés 12a issus de chaque bras 100, 101. Dans l’exemple illustré, on cherche à combiner les deux trains de longueurs d'onde identiques par la polarisation. Cela implique que les modules de transformations 111 de l’étage 11b précédents sont configurés pour sortir un état de polarisation différent entre les deux faisceaux 12a. Le dernier étage 11c ne comprend alors pas de module de transformation 111. En effet, le faisceau 12 multiplexé formé ici comprend deux fois chacune des longueurs d’onde, dans des états de polarisation différents. Il est donc inutile de redresser la polarisation puisque qu’on souhaite obtenir un faisceau multiplexé 12 de polarisation non homogène.An interleaver stage 11c can combine downstream the multiplexed beams 12a from each arm 100, 101. In the example illustrated, the aim is to combine the two trains of identical wavelengths by polarization. This implies that the transformation modules 111 of the preceding stage 11b are configured to output a different polarization state between the two beams 12a. The last stage 11c then does not include a transformation module 111. Indeed, the multiplexed beam 12 formed here includes each of the wavelengths twice, in different polarization states. It is therefore useless to rectify the polarization since the aim is to obtain a multiplexed beam 12 of non-homogeneous polarization.

L’architecture des dispositifs entrelaceurs 110 et l’invariance en angle au moins du module de combinaison 113 permettent un agencement modulable de ces dispositifs pour adapter l’architecture du système 1 selon les besoins. Ceci est particulièrement intéressant pour les applications spatiales, pour lesquelles des contraintes de place peuvent être fortes dans les dispositifs embarqués à bord des terminaux spatiaux.The architecture of the interleaving devices 110 and the angle invariance at least of the combination module 113 allow a modular arrangement of these devices to adapt the architecture of the system 1 according to the needs. This is particularly interesting for space applications, for which space constraints can be strong in the devices embedded on board space terminals.

Plusieurs architectures sont maintenant décrites en référence figurent 8B à 10. Ces architectures sont décrites à titre d’exemple et sont combinables aux variantes décrites précédemment. En outre, d’autres architectures peuvent être envisagées, par exemple selon les contraintes d’encombrement et/ou de nombre de faisceaux 10 à multiplexer. Dans ces figures, les différences de polarisation entre les faisceaux ne sont pas représentées pour simplifier les figures.Several architectures are now described in reference figures 8B to 10. These architectures are described as examples and can be combined with the variants described previously. In addition, other architectures can be envisaged, for example depending on the constraints of size and/or number of beams 10 to be multiplexed. In these figures, the differences in polarization between the beams are not shown to simplify the figures.

Comme illustré par exemple dans la , les étages 11b, 11c successifs de dispositifs de multiplexage 11 peuvent être disposés au moins en partie dans un même plan P1.As illustrated for example in the , the successive stages 11b, 11c of multiplexing devices 11 can be arranged at least partly in the same plane P1.

De préférence, selon un mode de réalisation, l’ensemble des dispositifs de multiplexage des étages successifs sont disposés dans un même plan P1. Le système 1 présent alors un encombrement réduit dans la dimension verticale z. Le système 1 présente une architecture à plat qui peut être facilement incorporable dans un terminal spatial.Preferably, according to one embodiment, all of the multiplexing devices of the successive stages are arranged in the same plane P1. The system 1 then has a reduced footprint in the vertical dimension z. The system 1 has a flat architecture which can be easily incorporated into a space terminal.

Selon un autre exemple, pour au moins un étage 11b, les dispositifs de multiplexage peuvent être disposés dans des plans d’extension principaux distincts P1, P2. On considère comme plan d’extension principale, pour un dispositif de multiplexage 11, le plan que forment les faisceaux en se propageant et se combinant dans ce dispositif. Comme par exemple illustré par la , le premier bras 100 peut être disposé dans le plan P1 et le deuxième bras 101 peut être disposé dans le plan P2 parallèle à P1, ces plans étant par exemple disposés horizontalement. Le module entrelaceur 110, combinant les faisceaux issus de ces deux bras 100, 101, peut être disposé selon un plan P3 perpendiculaire au plan P1 et P2, par exemple verticalement.According to another example, for at least one stage 11b, the multiplexing devices can be arranged in distinct main extension planes P1, P2. The main extension plane for a multiplexing device 11 is considered to be the plane formed by the beams as they propagate and combine in this device. As illustrated for example by the , the first arm 100 can be arranged in the plane P1 and the second arm 101 can be arranged in the plane P2 parallel to P1, these planes being for example arranged horizontally. The interleaver module 110, combining the beams from these two arms 100, 101, can be arranged according to a plane P3 perpendicular to the plane P1 and P2, for example vertically.

Selon le nombre de faisceaux 10 à multiplexer, cette architecture peut être adaptée. La illustre par exemple une architecture à quatre niveaux dans laquelle les dispositifs de multiplexage 11 sont disposés selon quatre plans parallèles P1 à P4. Les faisceaux 10 sont ensuite combinés par deux étages 11b, 11c placés selon un plan perpendiculaire P5.Depending on the number of 10 beams to be multiplexed, this architecture can be adapted. illustrates for example a four-level architecture in which the multiplexing devices 11 are arranged in four parallel planes P1 to P4. The beams 10 are then combined by two stages 11b, 11c placed in a perpendicular plane P5.

On comprend donc que l’encombrement du système 1 selon l’une et/ou l’autre ou chaque direction x, y, z peut être adapté selon les besoins.We therefore understand that the size of system 1 according to one and/or the other or each direction x, y, z can be adapted according to needs.

Les modules de transformation 111 et/ou les modules de combinaison 113 peuvent être disposés selon les contraintes d’encombrement du système 1, par exemple ils peuvent être juxtaposés, de façon solidaire ou non.The transformation modules 111 and/or the combination modules 113 can be arranged according to the space constraints of the system 1, for example they can be juxtaposed, in a solid manner or not.

L’architecture du système 1 peut en outre être adaptée selon le nombre de faisceaux à multiplexer. À titre d’exemple, la illustre un système 1 configuré pour multiplexer deux fois seize faisceaux 10 avec deux polarisations. Dans cet exemple, chaque faisceau ne transporte qu’une seule longueur d’onde. Il y a donc un total de 32 entrées. Le système comprend un étage 11a comprenant des rhomboèdres optiques et quatre étages entrelaceurs 11b. Le fait que les composants optiques soient ici tous invariants en angle simplifie la construction du système par rapport aux solutions existantes.The architecture of system 1 can further be adapted according to the number of beams to be multiplexed. For example, the illustrates a system 1 configured to multiplex twice sixteen beams 10 with two polarizations. In this example, each beam carries only one wavelength. There are therefore a total of 32 inputs. The system comprises a stage 11a comprising optical rhombohedrons and four interleaver stages 11b. The fact that the optical components are here all angle invariant simplifies the construction of the system compared to existing solutions.

Dans cet exemple, le système 1 comprend 32 modules collimateurs 13, un par faisceau émis. Dans cet exemple, le premier étage 11b est vertical alors que les autres sont horizontaux. Cela permet de placer les 32 modules collimateurs sur deux niveaux et ainsi, limiter l’encombrement selon la direction y.In this example, system 1 comprises 32 collimator modules 13, one per emitted beam. In this example, the first stage 11b is vertical while the others are horizontal. This makes it possible to place the 32 collimator modules on two levels and thus limit the space requirement in the y direction.

Selon exemple non illustré, les modules de combinaison 113 peuvent comprendre des organes de réglage permettant d’ajuster leur position. Du fait de la réflexion sur les surfaces 1130 et 1131 comprend qu’un déplacement d’un module de combinaison permet un ajustement en position du faisceau. Un changement d’orientation du module de combinaison 113, comme vu précédemment, ne les modifie cependant pas l’orientation du faisceau.According to an example not illustrated, the combination modules 113 may comprise adjustment members allowing their position to be adjusted. Due to the reflection on the surfaces 1130 and 1131, a movement of a combination module allows an adjustment in the position of the beam. A change in orientation of the combination module 113, as seen previously, does not however modify the orientation of the beam.

De préférence, les éléments optiques au moins des dispositifs entrelaceur 110, et de préférence de tous les dispositifs de multiplexage 11, sont à base de matériaux cristallins. De préférence, les matériaux cristallins sont choisis de sorte que leur comportement thermique se compense entre eux lorsqu’ils sont soumis à une variation thermique. L’utilisation des matériaux cristallins permet en effet de combiner des matériaux dont les comportements thermiques se compensent afin que l’assemblage soit athermal.Preferably, the optical elements at least of the interleaver devices 110, and preferably of all the multiplexing devices 11, are based on crystalline materials. Preferably, the crystalline materials are chosen so that their thermal behavior compensates for each other when they are subjected to a thermal variation. The use of crystalline materials makes it possible to combine materials whose thermal behaviors compensate for each other so that the assembly is athermal.

Selon exemple, les éléments optiques au moins des dispositifs entrelaceur 110, et de préférence de tous les dispositifs de multiplexage 11, sont à base de matériaux résistants aux radiations solaires. Au vu des connaissances disponibles sur les matériaux résistants aux radiations solaires et/ou présentant des propriétés adéquates aux applications spatiales, l’homme du métier est à même de choisir quels matériaux utiliser dans le système 1. Le module de combinaison 113 peut être par exemple en verre.For example, the optical elements of at least the interleaver devices 110, and preferably of all the multiplexing devices 11, are based on materials resistant to solar radiation. In view of the available knowledge on materials resistant to solar radiation and/or having properties suitable for space applications, the person skilled in the art is able to choose which materials to use in the system 1. The combination module 113 may for example be made of glass.

À la lecture de la description qui précède, le système de multiplexage 1 et/ou l’ensemble d’émission 2 peuvent donc être utilisés dans un procédé de multiplexage en espace libre de faisceaux 10 lumineux polarisés. Le procédé peut comprendre toute étape résultant de la mise en œuvre des caractéristiques du système 1 tel que décrite précédemment.On reading the above description, the multiplexing system 1 and/or the transmission assembly 2 can therefore be used in a method of free-space multiplexing of polarized light beams 10. The method can comprise any step resulting from the implementation of the characteristics of the system 1 as described above.

Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que l’invention propose une solution améliorée de multiplexage d’au moins quatre faisceaux lumineux pour de la transmission d’un faisceau lumineux en espace libre.In view of the foregoing description, it is clear that the invention provides an improved solution for multiplexing at least four light beams for the transmission of a light beam in free space.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention. La présente invention ne se limite pas aux exemples précédemment décrits. Bien d’autres variantes de réalisation sont possibles, par exemple par combinaison de caractéristiques précédemment décrites, sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, selon l’état de polarisation des faisceaux en entrée et leur longueur d’onde, l’homme du métier peut adapter l’architecture du système 1 décrite. Notons que d’autres éléments peuvent être ajoutés au système 1, par exemple des photodiodes ou des puits à lumière pour gérer des fuites lumineuses. En outre, les caractéristiques décrites relativement à un aspect de l’invention peuvent être combinées à un autre aspect de l’invention.
The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all embodiments covered by the invention. The present invention is not limited to the examples previously described. Many other variant embodiments are possible, for example by combining features previously described, without departing from the scope of the invention. For example, depending on the polarization state of the input beams and their wavelength, a person skilled in the art can adapt the architecture of the system 1 described. Note that other elements can be added to the system 1, for example photodiodes or light wells to manage light leaks. Furthermore, the features described in relation to one aspect of the invention can be combined with another aspect of the invention.

Claims (15)

Système de multiplexage (1) en espace libre d’au moins quatre faisceaux (10) lumineux polarisés pour la transmission en espace libre d’un faisceau multiplexé (12), caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de dispositifs optiques de multiplexage (11) agencés selon au moins deux étages (11a, 11c, 11c) successifs pour combiner successivement deux à deux lesdits faisceaux lumineux (10) polarisés, et dans lequel, pour au moins un étage, dit « étage entrelaceur (11b) », au moins un dispositif de multiplexage (11) comprend un dispositif entrelaceur (110) configuré pour recevoir un premier faisceau entrant (10a) présentant au moins une première longueur d’onde (λ1), et un deuxième faisceau entrant (10b) présentant au moins une deuxième longueur d’onde (λ2), distincte de l’au moins une première longueur d’onde (λ1), le premier faisceau entrant (10a) et le deuxième faisceau entrant (10b) présentant des polarisations distinctes entre eux, le dispositif entrelaceur (110) comprenant :
  • un module optique de combinaison (113) invariant en angle configuré pour combiner les premier (10a) et deuxième (10b) faisceaux entrants de façon à former un faisceau sortant (10c) de polarisation mixte,
  • un module optique de transformation (111) configuré pour recevoir le faisceau sortant (10c), le module de transformation étant configuré de sorte à modifier la polarisation d’une parmi l’au moins une première longueur d’onde (λ1) et l’au moins une deuxième longueur d’onde (λ2), de façon à former un faisceau multiplexé (12a) dans lequel les au moins une première et au moins une deuxième longueurs d’onde (λ1, λ2) présentent la même polarisation.
Free space multiplexing system (1) of at least four polarized light beams (10) for the free space transmission of a multiplexed beam (12), characterized in that it comprises a plurality of optical multiplexing devices (11) arranged in at least two successive stages (11a, 11c, 11c) to successively combine two by two said polarized light beams (10), and in which, for at least one stage, called "interleaver stage (11b)", at least one multiplexing device (11) comprises an interleaver device (110) configured to receive a first incoming beam (10a) having at least a first wavelength (λ1), and a second incoming beam (10b) having at least a second wavelength (λ2), distinct from the at least one first wavelength (λ1), the first incoming beam (10a) and the second incoming beam (10b) having distinct polarizations between them, the interleaving device (110) comprising:
  • an angle-invariant optical combining module (113) configured to combine the first (10a) and second (10b) incoming beams to form an outgoing beam (10c) of mixed polarization,
  • an optical transformation module (111) configured to receive the outgoing beam (10c), the transformation module being configured to modify the polarization of one of the at least one first wavelength (λ 1 ) and the at least one second wavelength (λ 2 ), so as to form a multiplexed beam (12a) in which the at least one first and at least one second wavelengths (λ 1 , λ 2 ) have the same polarization.
Système (1) selon la revendication précédente, dans lequel le module optique (111) de transformation est un module biréfringent.System (1) according to the preceding claim, in which the optical transformation module (111) is a birefringent module. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de combinaison (113) invariant en angle comprend une première surface (1130) et une deuxième surface (1131) parallèles entre elles, la première surface (1130) étant configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant (10a) et la deuxième surface (1131) étant configurée pour réfléchir le premier faisceau entrant (10a) issu de la réflexion sur la première surface (1130), et laisser passer le deuxième faisceau entrant (10b) de façon à les combiner.System (1) according to any one of the preceding claims, wherein the angle-invariant combining module (113) comprises a first surface (1130) and a second surface (1131) parallel to each other, the first surface (1130) being configured to reflect the first incoming beam (10a) and the second surface (1131) being configured to reflect the first incoming beam (10a) resulting from the reflection on the first surface (1130), and to let the second incoming beam (10b) pass so as to combine them. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs optiques de multiplexage (11) sont configurés pour des faisceaux (10) lumineux de diamètre de l’ordre du millimètre, par exemple des faisceaux de diamètre compris entre 0,5 mm et 20 mm.System (1) according to any one of the preceding claims, in which the optical multiplexing devices (11) are configured for light beams (10) with a diameter of the order of a millimeter, for example beams with a diameter of between 0.5 mm and 20 mm. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux, et de préférence au moins trois, étages entrelaceurs (11b) successifs.System (1) according to any one of the preceding claims, comprising at least two, and preferably at least three, successive interleaving stages (11b). Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un étage (11a) en amont de l’au moins un étage entrelaceur (11b), comprenant des dispositifs de multiplexage (11) comprenant un filtre dichroïque (112) configuré pour combiner deux faisceaux lumineux présentant une longueur d’onde distincte entre eux, et présentant la même polarisation.System (1) according to any one of the preceding claims, comprising a stage (11a) upstream of the at least one interleaver stage (11b), comprising multiplexing devices (11) comprising a dichroic filter (112) configured to combine two light beams having a distinct wavelength between them, and having the same polarization. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étages (11a, 11b, 11c) successifs de dispositifs de multiplexage (11) sont disposés dans un même plan (P1).System (1) according to any one of the preceding claims, in which the successive stages (11a, 11b, 11c) of multiplexing devices (11) are arranged in the same plane (P1). Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, pour au moins un étage (11a, 11b), les dispositifs de multiplexage (11) sont disposés dans des plans distincts (P1, P2), par exemple au moins deux dispositifs de multiplexage (11) sont superposés.System (1) according to any one of claims 1 to 6, in which, for at least one stage (11a, 11b), the multiplexing devices (11) are arranged in separate planes (P1, P2), for example at least two multiplexing devices (11) are superimposed. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des modules collimateurs (13) configurés pour émettre en espace libre les au moins quatre faisceaux (10) lumineux polarisés à multiplexer, les modules collimateurs (13) comprenant des organes de réglage (130) configurés pour ajuster la position et l’orientation des au moins quatre faisceaux (10) lumineux.System (1) according to any one of the preceding claims, comprising collimator modules (13) configured to emit in free space the at least four polarized light beams (10) to be multiplexed, the collimator modules (13) comprising adjustment members (130) configured to adjust the position and orientation of the at least four light beams (10). Ensemble d’émission de télescope (2) comprenant le système de multiplexage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un télescope (20).Telescope transmission assembly (2) comprising the multiplexing system (1) according to any one of the preceding claims and a telescope (20). Ensemble d’émission de télescope (2) selon la revendication précédente, configuré pour transmettre en espace libre le faisceau multiplexé (12) en sortie du système de multiplexage (1) jusqu’au télescope (20).Telescope transmission assembly (2) according to the preceding claim, configured to transmit in free space the multiplexed beam (12) at the output of the multiplexing system (1) to the telescope (20). Ensemble d’émission de télescope (2) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le télescope (20) est un télescope de satellite spatial (3).A telescope transmitting assembly (2) according to any one of the two preceding claims, wherein the telescope (20) is a space satellite telescope (3). Procédé de multiplexage en espace libre pour la transmission en espace libre d’un faisceau, comprenant :
  • une prise en charge d’au moins quatre faisceaux lumineux (10) polarisés et en espace libre,
  • le passage desdits faisceaux lumineux (10) dans un système de multiplexage (1) comprenant une pluralité de dispositifs optiques de multiplexage (11) agencés selon au moins deux étages (11a, 11b) successifs, de façon à combiner successivement lesdits faisceaux lumineux (10) deux à deux, au moins un dispositif de multiplexage (11) d’au moins un étage, dit « étage entrelaceur (11b) », comprenant un dispositif entrelaceur (110) comprenant un module optique de transformation (111), et un module optique de combinaison (113) invariant en angle, de sorte que :
un premier faisceau entrant (10a), présentant au moins une première longueur d’onde (λ1), et un deuxième faisceau entrant (10b), présentant au moins une deuxième longueur d’onde (λ2) distincte de l’au moins une première longueur d’onde (λ1), le premier faisceau entrant (10a) et le deuxième faisceau entrant (10b) présentant des polarisations distinctes entre eux, sont pris en charge et combinés par le module optique de combinaison (113), de façon à former un faisceau sortant (10c) de polarisation mixte,
le faisceau sortant (10c) est pris en charge par le module optique de transformation (111), et la polarisation d’une parmi l’au moins une première longueur d’onde (λ1) et l’au moins une deuxième longueur d’onde (λ2) est modifiée par le module de transformation (111), de façon à former un faisceau multiplexé (12a) dans lequel les au moins une première et au moins une deuxième longueurs d’onde (λ1, λ2) présentent la même polarisation.Free space multiplexing method for free space transmission of a beam, comprising:
  • support for at least four (10) polarized and free-space light beams,
  • the passage of said light beams (10) in a multiplexing system (1) comprising a plurality of optical multiplexing devices (11) arranged in at least two successive stages (11a, 11b), so as to successively combine said light beams (10) two by two, at least one multiplexing device (11) of at least one stage, called "interleaver stage (11b)", comprising an interleaver device (110) comprising an optical transformation module (111), and an optical combination module (113) invariant in angle, so that:
a first incoming beam (10a), having at least a first wavelength (λ1), and a second incoming beam (10b), having at least a second wavelength (λ2) distinct from the at least one first wavelength (λ1), the first incoming beam (10a) and the second incoming beam (10b) having polarizations distinct from each other, are taken over and combined by the optical combination module (113), so as to form an outgoing beam (10c) of mixed polarization,
the outgoing beam (10c) is supported by the optical transformation module (111), and the polarization of one of the at least one first wavelength (λ1) and the at least one second wavelength (λ2) is modified by the transformation module (111), so as to form a multiplexed beam (12a) in which the at least one first and at least one second wavelengths (λ1, λ2) have the same polarization. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, le système de multiplexage (1) comprenant des modules collimateurs (13) configurés pour émettre en espace libre les au moins quatre faisceaux lumineux (10) polarisés, le procédé comprend en outre un ajustement, au niveau des collimateurs (13), de la position et/ou de l’orientation des au moins quatre faisceaux lumineux (10) polarisés à multiplexer.Method according to the preceding claim, in which, the multiplexing system (1) comprising collimator modules (13) configured to emit in free space the at least four polarized light beams (10), the method further comprises an adjustment, at the collimators (13), of the position and/or the orientation of the at least four polarized light beams (10) to be multiplexed. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le faisceau multiplexé (12) en sortie du système de multiplexage (1) est transféré en espace libre à un télescope (20) pour son émission.Method according to any one of the two preceding claims, in which the multiplexed beam (12) at the output of the multiplexing system (1) is transferred in free space to a telescope (20) for its emission.
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