WO2001098821A1 - Dispositif acousto-optique programmable - Google Patents

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WO2001098821A1
WO2001098821A1 PCT/FR2001/001796 FR0101796W WO0198821A1 WO 2001098821 A1 WO2001098821 A1 WO 2001098821A1 FR 0101796 W FR0101796 W FR 0101796W WO 0198821 A1 WO0198821 A1 WO 0198821A1
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optical
wave
modulation
acoustic
spectrum
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PCT/FR2001/001796
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Daniel Kaplan
Thomas Oksenhendler
Pierre Tournois
Original Assignee
Fastlite
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/116—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves using an optically anisotropic medium, wherein the incident and the diffracted light waves have different polarizations, e.g. acousto-optic tunable filter [AOTF]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/06—Polarisation independent

Definitions

  • the present invention relates to a programmable acousto-optical device for controlling the amplitude of the spectrum in wavelengths of optical communication systems multiplexed in wavelengths.
  • WDM wavelength multiplexing
  • the light levels transmitted on each of the channels i.e., on each of the wavelengths, are equal. This is, in particular, essential in the case of digital transmissions where the logical levels are defined by light levels.
  • the light sources exhibit slow fluctuations over time
  • the optical fibers do not transmit all wavelengths with the same intensity
  • the modulators exhibit absorption at short wavelengths
  • the communication network is changed over time and finally, fiber amplifiers doped with Erbium do not amplify all the wavelengths of the DM spectrum in the same way.
  • the invention more particularly aims to solve these problems by means of a programmable acousto-optical filter hereinafter called AOPEF for "Acousto Optic Programmable Equalization Filter” for shaping or equalizing the amplitude of the various channels contained in the spectrum of wavelength multiplex optical communication systems.
  • AOPEF programmable acousto-optical filter
  • a programmable acousto-optical device comprising a birefringent elasto-optical medium provided with a transducer capable of generating in the elasto-optical medium an acoustic wave modulated in a determined direction, as well as coupling means in the elasto-optical medium of an input optical wave of unknown polarization, of unknown components H and V projected on the fast and slow axes of the birefringent medium.
  • this device is characterized in that the device comprises a circuit for programming the amplitude, frequency or phase modulation of the acoustic wave and provides three optical output waves: a direct wave of the same polarization as the input optical wave and two diffracted waves of H and N polarization respectively perpendicular to each other, each carrying an amplitude and frequency modulation or in phase of their spectrum which is a function of both the modulation of the input optical wave and the modulation of the acoustic wave, the modulation of the spectrum of the acoustic wave can be programmed so as to compensate for the distortions amplitude or to modify the shape of the spectrum of the different transmission channels of wavelength-division multiplex optical communications systems.
  • the useful output optical beam carrying the result of the shaping or the equalization is the direct beam transmitted without diffraction.
  • the two diffracted output waves of polarization H and V are recombined according to a single output wave of polarization essentially identical to that of the optical input wave.
  • the device according to the invention may include an adaptive circuit comprising a measurement of the optical spectrum at the output of the device or a measurement of the response of the transmission channels and a feedback circuit acting on the programming circuit of the device. in order to equalize or optimize the optical energy in all channels.
  • part of the spectrum of the modulation of the acoustic wave is used for shaping or equalization of the H component of the polarization of the incident optical wave while another part distinct from the spectrum of the modulation. of the acoustic wave is used for shaping or equalizing the V component of the polarization of the incident wave.
  • the direction of propagation of the energy of the acoustic wave may be collinear or quasi-collinear with the direction of propagation of the energy of the input optical wave in their interaction zone.
  • the modulation of the acoustic spectrum may include a phase which varies over time in a random or pseudo-random manner with a correlation time much lower than the acoustic propagation time in the crystal.
  • the acoustic signal, periodic, may have a period equal to the acoustic propagation time in the interaction zone of the crystal.
  • the device according to the invention can be placed downstream of the fiber amplifiers doped with Erbium.
  • Figures 1 and 2 are schematic representations of two variants of a light modulation device by means of an acousto-optical interaction
  • Figure 3 represents to a factor close the curves of the ordinary and extraordinary indices of a birefringent uniaxial crystal
  • FIG. 4 is a diagram representing the relative variation of frequency ⁇ f / f as a function of the angle of incidence ⁇ 0 for different values of ⁇ a between 4 ° and 14 °;
  • Figure 5 shows an example of the S (f) spectrum
  • FIGS. 6A and 6B show the optical assemblies of FIGS. 1 and 2 equipped with input and output collimation systems allowing coupling on optical fibers.
  • the light modulation device involves a birefringent acousto-optical crystal 1 with tellurium dioxide TeO 2 having an elongated parallelepiped shape comprising an inlet face 2, an outlet face 3 and a folded angle 4 adjacent to the entry face 2, the oblique face of which is fitted with a piezoelectric transducer 5.
  • the direction of the acoustic wave vector here makes an angle between 75 ° and 85 ° with the optical axis Oy of the crystal 1 (FIG. 3).
  • a beam of polarized light (vector P) whose components have been represented on the ordinary axis H and on the extraordinary axis V.
  • This light wave propagates in the crystal 1 and exits through the outlet face 3.
  • a semi-reflecting mirror 6 is placed in the axis of the optical input signal (propagation axis ZZ ').
  • This computer 8 controls an RF signal generator 10 applied to the piezoelectric transducer 5.
  • This figure also shows the two optical waves D, D 'diffracted within the crystal 1, one of polarization H' coming from the component V of the input optical wave, the other of polarization V from component H of the input optical wave.
  • a signal resulting from the recombination of the two diffracted waves D, D ′ is applied to it, thanks to a mixing optics (recombination device 12).
  • the recombined signal is then processed in a manner analogous to that of the output signal fraction of the example shown in FIG. 1.
  • the operation of the programmable acousto-optical filter is based on a collinear or quasi-collinear acousto-optical interaction in a birefringent acousto-optical crystal intended to maximize the effective interaction length between an input optical wave E m ( t) and a programmable acoustic wave which spatially reproduces the shape of the electrical signal S (t) applied to the piezoelectric transducer of the component ( Figures 1 and 2).
  • An output diffracted optical wave is generated at a point of crystal 1 only when the phase coherence conditions between the input optical wave and the acoustic wave are fulfilled, as described in the book by A. Yariv and P. Yeh (ibid. Pages 177-189).
  • a birefringent crystal 1 the two components H and V of the input optical wave do not propagate at the same speed: the H component propagates, for example at ordinary speed while the V component propagates at speed extraordinary. It follows that the phase agreement between the acoustic wave and the two components H and V of the optical input wave does not occur for the same acoustic frequency for the two polarizations and that this difference in acoustic frequency ⁇ f can be useful for separately processing the two components H and V of the same optical input wave.
  • the invention more particularly proposes using an acoustic modulation signal, part of the spectrum of which is coupled with the H component of the input optical wave, while another distinct part of this modulation spectrum is coupled with the N component of the input optical wave.
  • FIG. 3 represents, for a uniaxial birefringent crystal, the curves of the ordinary indices (a circle of radius no) and extraordinary (an ellipse of major axis n e
  • v and f being the optical and acoustic frequencies respectively
  • c and v the speeds of phase of light in a vacuum and of the acoustic wave in the direction of propagation
  • n d the index of the extraordinary wave in the diffracted direction.
  • ⁇ 0 and ⁇ a are the angles of the vectors k 0 and K with the axis Ox and if the ratio:
  • ⁇ K is the variation in length of the vector K between the diffraction of the ordinary wave H of angle of incidence ⁇ 0 towards the extraordinary wave V and the diffraction of the extraordinary wave V, with the same angle of incidence ⁇ 0 , towards the ordinary wave H '.
  • ⁇ f / f is the relative variation of the acoustic frequency f associated with the vector K.
  • v x and v y being the acoustic propagation speeds of the transverse wave respectively along the axes Ox and Oy.
  • the AOPEF In the operation of the AOPEF according to the invention and in the approximation where the diffracted output waves are of low intensity compared to the intensity of the input optical wave, the AOPEF convolves between the amplitude of the optical input signal E m (t) and a signal S (t / ⁇ ) derived from the electrical signal S (t) applied to the piezoelectric transducer of the component, as described in the article by P.
  • Tournaments "Acousto-optic programmable dispersive filter for adaptive compensation of group delay time dispersion in laser Systems” published in Optics Communications on August 1, 1997, p 245-249 and in the article by F. Nerluise et al. "Amplitude and phase control of ultrashortroues by use of an acousto-optic programmable dispersive filter:actue compression and shaping" published in Optics Letters on April 15, 2000, p 575-577, namely:
  • FIG. 5 shows an example of a spectrum S (f) comprising a component 1 S ⁇ (f) and a component 2 S 2 (f) which are disjoint and translate relative to one another by the quantity ⁇ f defined more high.
  • S (t) the same modulation is applied to the two components H and N of the optical input wave.
  • a large number of crystals can be used, such as ⁇ iobate of Lithium, Molybdate of Calcium and tellurium dioxide TeO 2 .
  • This latter material leads to a particularly high acousto-optical efficiency for a collinear or quasi-collinear interaction according to the "Poynting" vectors of the optical and acoustic beams, in the case of the slow transverse acoustic wave. It will therefore be preferably used to carry out the invention.
  • FIGS. 1 and 2 having to be coupled to fibers Fe, Fs at the input and the output of the devices, collimation systems COi, C0 2 having their collimation axis combined (FIG. 6A) or not ( collimation C0 3 , C0, Figure 6B) will allow this coupling.
  • the collimation system C0 is placed at the output of the recombination device 12.
  • the passband ⁇ f H of the electrical signal to be applied to the transducer is:
  • the acoustic power density P to be applied to the transducer for a diffraction efficiency of 100% is given by:

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Abstract

Le dispositif selon l'invention comprend, d'une part, un milieu élasto-optique biréfringent (1) muni d'un transducteur (5) générant dans le milieu (1) une onde acoustique modulée selon une direction déterminée, et des moyens de couplage dans le milieu (1) d'une onde optique d'entrée de la polarisation inconnue et, d'autre part, un circuit de programmation de la modulation (amplitude-phase-fréquence) de l'onde acoustique. Ce dispositif fournit une onde directe et deux ondes diffractées de polarisation H, V perpendiculaires portant chacune une modulation fonction de la modulation de l'onde optique d'entrée et de la modulation de l'onde acoustique.

Description

DISPOSITIF ACOUSTO-OPTIQUE PROGRAMMABLE
La présente invention concerne un dispositif acousto-optique programmable pour le contrôle de l'amplitude du spectre en longueurs d'onde des systèmes de communications optiques multiplexes en longueurs d'onde.
D'une manière générale, on sait que certains systèmes de communication optiques utilisent la technique du multiplexage en longueurs d'onde appelée WDM pour " avelength Division Multiplexing". Selon cette technique, les informations destinées à un abonné ou plus généralement à un canal de transmission sont portées par une longueur d'onde particulière, et un grand nombre de canaux, c'est-à-dire de longueurs d'onde, sont utilisables simultanément.
Habituellement, il est souhaitable que les niveaux de lumière transmis sur chacun des canaux, c'est-à-dire sur chacune des longueurs d'onde, soient égaux. Ceci est, en particulier, indispensable dans le cas de transmissions numériques où les niveaux logiques sont définis par des niveaux de lumière.
Or, les sources lumineuses présentent des fluctuations lentes au cours du temps, les fibres optiques ne transmettent pas toutes les longueurs d'onde avec la même intensité, les modulateurs présentent de l'absorption aux courtes longueurs d'onde, le réseau de communication est modifié au cours du temps et enfin les amplificateurs à fibres dopées à l'Erbium n'amplifient pas toutes les longueurs d'onde du spectre DM de la même manière.
Le problème qui reste donc à résoudre est l'égalisation programmable de l'intensité lumineuse pour tous les canaux, en particulier en aval des amplificateurs à fibres. Plusieurs techniques d'égalisation adaptatives électroniques et optiques ont été proposées. Toutes sont assez complexes, sensibles à la polarisation de l'onde optique d'entrée et assez peu performantes soit en termes de bande passante et de pertes d'insertion, soit en termes de dynamique et de qualité de l'égalisation.
L'invention a plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes grâce à un filtre acousto-optique programmable appelé ci-après AOPEF pour « Acousto Optic Programmable Equalization Filter » pour mettre en forme ou égaliser l' amplitude des divers canaux contenus dans le spectre des systèmes de communication optiques multiplexes en longueurs d'onde.
Elle propose à cet effet, d'une manière générale, un dispositif acousto-optique programmable comprenant un milieu élasto-optique biréfringent muni d'un transducteur capable de générer dans le milieu élasto-optique une onde acoustique modulée selon une direction déterminée, ainsi que des moyens de couplage dans le milieu élasto-optique d'une onde optique d'entrée de polarisation inconnue, de composantes inconnues H et V projetées sur les axes rapide et lent du milieu biréfringent.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que le dispositif comporte un circuit de programmation de la modulation en amplitude et en fréquence ou en phase de l'onde acoustique et fournit trois ondes optiques de sortie : une onde directe de même polarisation que l'onde optique d'entrée et deux ondes diffractées de polarisation H et N respectivement perpendiculaires l'une à l'autre, portant chacune une modulation en amplitude et en fréquence ou en phase de leur spectre qui est une fonction à la fois de la modulation de l'onde optique d'entrée et de la modulation de l'onde acoustique, la modulation du spectre de l'onde acoustique pourra être programmée de manière à compenser les distorsions d'amplitude ou à modifier la forme du spectre des différents canaux de transmission des systèmes de communications optiques multiplexes en longueur d'onde.
Selon une première variante de l'invention, lé faisceau optique de sortie utile portant le résultat de la mise en forme ou de l'égalisation est le faisceau direct transmis non diffracté.
Selon une deuxième variante de l'invention, les deux ondes de sortie diffractées de polarisation H et V sont recombinées suivant une onde de sortie unique de polarisation essentiellement identique à celle de l'onde optique d'entrée.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention pourra comporter un circuit adaptatif comprenant une mesure du spectre optique à la sortie du dispositif ou une mesure de la réponse des canaux de transmission et un circuit de contre- réaction agissant sur le circuit de programmation du dispositif afin d'égaliser ou d'optimiser l'énergie optique dans tous canaux.
Avantageusement, une partie du spectre de la modulation de l'onde acoustique sert à la mise en forme ou à l'égalisation de la composante H de la polarisation de l'onde optique incidente tandis qu'une autre partie distincte du spectre de la modulation de l'onde acoustique sert à la mise en forme ou l'égalisation de la composante V de la polarisation de l'onde incidente.
La direction de propagation de l'énergie de l'onde acoustique pourra être colinéaire ou quasi-colinéaire avec la direction de propagation de l'énergie de l'onde optique d'entrée dans leur zone d'interaction. La modulation du spectre acoustique pourra comporter une phase qui varie au cours du temps de manière aléatoire ou pseudo-aléatoire avec un temps de corrélation très inférieur au temps de propagation acoustique dans le cristal.
Le signal acoustique, périodique, pourra présenter une période égale au temps de propagation acoustique dans la zone d'interaction du cristal.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention pourra être placé en aval des amplificateurs à fibres dopées à l'Erbium.
Le principe ainsi que des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques de deux variantes d'un dispositif de modulation de lumière au moyen d'une interaction acousto-optique ;
La figure 3 représente à un facteur près les courbes des indices ordinaire et extraordinaire d'un cristal uniaxe biréfringent ;
La figure 4 est un diagramme représentant la variation relative de fréquence Δf/f en fonction de l'angle d'incidence θ0 pour différentes valeurs de θa comprises entre 4° et 14° ;
La figure 5 montre un exemple de spectre S(f) ;
Les figures 6A et 6B montrent les montages optiques des figures 1 et 2 équipés de systèmes de collimation d'entrée et de sortie permettant un couplage sur des fibres optiques. Dans les exemples représentés sur les figures 1 et 2, le dispositif de modulation de lumière fait intervenir un cristal acousto-optique biréfringent 1 au dioxyde de Tellure TeO2 présentant une forme parallélépipédique allongée comprenant une face d'entrée 2, une face de sortie 3 et un angle abattu 4 adjacent à la face d'entrée 2 dont la face oblique est équipée d'un transducteur piézo-électrique 5.
La direction du vecteur d'onde acoustique fait ici un angle compris entre 75° et 85° avec l'axe optique Oy du cristal 1 (figure 3).
Sur la face d'entrée 2 du cristal est appliqué un faisceau de lumière polarisée (vecteur P) dont on a représenté les composantes sur l'axe ordinaire H et sur l'axe extraordinaire V.
Cette onde lumineuse se propage dans le cristal 1 et ressort par la face de sortie 3.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, à la sortie du cristal 1, un miroir semi-réfléchissant 6 est disposé dans l'axe du signal optique d'entrée (axe de propagation ZZ'). Ce miroir semi-réfléchissant 6, orienté à 45° par rapport audit axe, transmet une fraction du signal de sortie (signal direct transmis) sur un analyseur de spectre optique 7 couplé à un calculateur 8 qui reçoit également des informations d'un analyseur de la réponse des canaux de transmission 9. Ce calculateur 8 pilote un générateur de signaux RF 10 appliqués au transducteur piézo-électrique 5.
Sur cette figure, on a également représenté les deux ondes optiques D, D' diffractées au sein du cristal 1, l'une de polarisation H' provenant de la composante V de l'onde optique d'entrée, l'autre de polarisation V provenant de la composant H de l'onde optique d'entrée. Dans l'exemple représenté figure 2, au lieu de transmettre à l'analyseur 7 une fraction du signal direct transmis de sortie, on applique à celui-ci un signal résultant de la recombinaison des deux ondes diffractées D, D', grâce à une optique mélangeuse (dispositif de recombinaison 12). Le signal recombiné est alors traité d'une façon analogue à celle de la fraction de signal de sortie de l'exemple représenté figure 1.
Il convient de rappeler tout d'abord qu'une modulation de la lumière au moyen d'une interaction acousto-optique est aujourd'hui employée dans de nombreuses applications telles que les modulateurs et les déflecteurs de lumière, les filtres réglables et les analyseurs de spectre, comme cela est décrit dans les chapitres 9 et 10 du livre "Optical waves in crystals" de A. Yariv et P. Yeh (Eds : John Wiley & Sons Inc. 1984).
Le fonctionnement du filtre acousto-optique programmable (AOPEF) est basé sur une interaction acousto-optique colinéaire ou quasi-colinéaire dans un cristal acousto-optique biréfringent destinée à maximiser la longueur d'interaction effective entre une onde optique d'entrée Em(t) et une onde acoustique programmable qui reproduit spatialement la forme du signal électrique S(t) appliqué au transducteur piézo-électrique du composant (figures 1 et 2).
Une onde optique diffractée de sortie n'est générée en un point du cristal 1 que lorsque les conditions de cohérence de phase entre l'onde optique d'entrée et l'onde acoustique sont réalisées, comme cela est décrit dans le livre de A. Yariv et P. Yeh ( ibid. pages 177-189).
Lorsque la polarisation de l'onde optique d'entrée est inconnue, comme cela est souvent le cas dans les fibres de transmission des systèmes de communication WDM, deux ondes optiques de sortie sont diffractées, l'une de polarisation H' provient de la composante V de l'onde optique d'entrée, l'autre de polarisation V provient de la composante H de l'onde optique d'entrée.
Dans un cristal biréfringent 1 les deux composantes H et V de l'onde optique d'entrée ne se propagent pas à la même vitesse : la composante H se propage, par exemple à la vitesse ordinaire tandis que la composante V se propage à la vitesse extraordinaire. Il s'ensuit que l'accord de phase entre l'onde acoustique et les deux composantes H et V de l'onde optique d'entrée ne se produit pas pour la même fréquence acoustique pour les deux polarisations et que cet écart de fréquence acoustique Δf peut être utile pour traiter séparément les deux composantes H et V d'une même onde optique d'entrée.
L'invention propose plus particulièrement d'utiliser un signal de modulation acoustique dont une partie du spectre est couplée avec la composante H de l'onde optique d'entrée, tandis qu'une autre partie distincte de ce spectre de modulation est couplée avec la composante N de l'onde optique d'entrée.
Le fonctionnement du dispositif sera mieux compris en se référant à la figure 3 qui représente, pour un cristal uniaxe biréfringent, les courbes des indices ordinaire (un cercle de rayon no) et extraordinaire (une ellipse de grand axe ne
et de petit axe n0), multipliés par , dans un plan contenant l'axe optique c c du cristal (axe Oy de la figure 3).
L'accord de phase entre une onde incidente H ordinaire de vecteur d'onde k0.
et de module l&J ≈ — , une onde acoustique de vecteur d'onde K et de c ι 2πf module \K\ = — — et une onde optique diffractée extraordinaire de vecteur v
d'onde kd et de module , v et f étant
Figure imgf000009_0001
respectivement les fréquences optique et acoustique, c et v les vitesses de phase de la lumière dans le vide et de l'onde acoustique dans la direction de propagation et nd l'indice de l'onde extraordinaire dans la direction diffractée.
Si θ0 et θa sont les angles des vecteurs k0 et K avec l'axe Ox et si le rapport :
Λ_É — oi - — est petit devant 1, on peut démontrer mathématiquement que :
^ = ^ = — cos2 θ0 tan(θ0 - θa)[2tanθ0 - tan(θ0 - θa)] f K n0
ΔK est la variation de longueur du vecteur K entre la diffraction de l'onde ordinaire H d'angle d'incidence θ0 vers l'onde extraordinaire V et la diffraction de l'onde extraordinaire V, de même angle d'incidence θ0, vers l'onde ordinaire H'. Δf/f est la variation relative de la fréquence acoustique f associée au vecteur K .
Sur la figure 4, dans le cas d'un cristal de dioxyde de Tellure et pour une onde acoustique transversale de polarisation perpendiculaire au plan de la figure, on a tracé la variation relative de fréquence Δf/f en fonction de θ0 pour diverses valeurs de θa comprises entre 4° et 14°.
Par ailleurs, sur cette même figure, on a également tracé Δf/f en fonction de θ0 lorsque les vecteurs de "Poynting" de l'onde optique d'entrée et de l'onde acoustique sont alignés, c'est à dire lorsque la condition :
Figure imgf000010_0001
est réalisée, vx et vy étant les vitesses de propagation acoustique de l'onde transversale respectivement suivant les axes Ox et Oy.
Cette condition supplémentaire permet de maximiser le rendement de l'interaction acousto-optique. On peut alors remarquer sur la figure 4 que pour une interaction en faisceau colinéaire ou quasi-colinéaire dans le dioxyde de Tellure, la valeur maximale de Δf/f est obtenue pour : θ0 = 65° et θa = 10° et vaut environ : 4,6%, soit exprimé en longueurs d'ondes optiques, en tenant compte de Δλ/λ=Δf/f : Δλ=70 nm autour de λ=l,55 μm.
Dans le fonctionnement de l'AOPEF selon l'invention et dans l'approximation où les ondes diffractées de sortie sont d'intensité faible devant l'intensité de l'onde d'optique d'entrée, l'AOPEF réalise une convolution entre l'amplitude du signal optique d'entrée Em(t) et un signal S(t/α) dérivé du signal électrique S(t) appliqué au transducteur piézo-électrique du composant, comme cela est décrit dans l'article de P. Tournois "Acousto-optic programmable dispersive filter for adaptive compensation of group delay time dispersion in laser Systems" paru dans Optics Communications le 1 Août 1997, p 245-249 et dans l'article de F. Nerluise et al. "Amplitude and phase control of ultrashort puises by use of an acousto-optic programmable dispersive filter : puise compression and shaping" paru dans Optics Letters le 15 avril 2000, p 575-577, soit :
Ed aclée(t) = Ein(t)®S(/a)
Dans le domaine des fréquences, cette convolution s'écrit : Edtfrac y) = Ein (v) • S(f), avec :
Ed v actée{v) = E»(v) • S = E»(v) • Sι(a -v) E» ctéiv) = E[(vyS2 î) = E ySι
Sι(f) et S2(f) sont deux fonctions sans recouvrement, dont l'une est obtenue à partir de l'autre par translation le long de l'axe des fréquences, α est un facteur d'échelle égal au rapport de la vitesse v du son à la vitesse c de la lumière, multiplié par la différence δn des indices ordinaire et extraordinaire pris sur l'axe de propagation choisi dans le cristal biréfringent du composant f δn- v α = — = v c La très faible valeur de α, de l'ordre 10" permet de contrôler des signaux optiques de quelques centaines de THz avec des signaux électriques de quelques dizaines de MHz.
Sur la figure 5, on montre un exemple de spectre S(f) comportant une composante 1 Sι(f) et une composante 2 S2(f) disjointes et translatées l'une par rapport à l'autre de la quantité Δf définie plus haut. Pour ce type de signal S(t) une même modulation est appliquée aux deux composantes H et N de l'onde optique d'entrée.
Un grand nombre de cristaux peuvent être utilisés, tel le Νiobate de Lithium, le Molybdate de Calcium et le dioxyde de Tellure TeO2. Ce dernier matériau conduit à un rendement acousto-optique particulièrement grand pour une interaction colinéaire ou quasi-colinéaire suivant les vecteurs de "Poynting" des faisceaux optiques et acoustique, dans le cas de l'onde acoustique transverse lente. Il sera donc utilisé préférentiellement pour réaliser l'invention.
Dans l'application à l'égalisation de l'amplitude des canaux de communication optiques objet de l'invention :
- lorsque le signal utilisé en sortie du composant est le signal direct transmis non diffracté (figure 1), le signal acoustique appliqué à l'AOPEF doit être continu et ne porter qu'une information d'amplitude spectrale | S(f) | telle que (dans l'approximation de la convolution) :
Figure imgf000012_0001
- lorsque le signal utilisé en sortie du composant est une recombinaison des signaux diffractés H' et V (figure 2), le signal acoustique appliqué à l'AOPEF doit être continu et ne porter qu'une information d'amplitude spectrale | S(f) I telle que :
- |E„M(v)L„bω = |Ein( )Ms( )f = Cste
Le signal électrique S(t) le mieux adapté est donc
- soit un signal dont le spectre comporte une phase qui varie au cours du temps de manière aléatoire ou pseudo-aléatoire avec un temps de corrélation très inférieur au temps de propagation acoustique dans le cristal, - soit un signal périodique de période rigoureusement égale au temps de propagation acoustique dans la zone d'interaction du cristal.
Dans le cas où le coefficient de transmission de l'onde optique d'entrée vers les ondes diffractées est élevé et où l'approximation de la convolution ne s'applique pas, le signal acoustique est plus compliqué, mais un système de bouclage adaptatif à contre réaction, utilisant un algorithme de convergence approprié, permet d'atteindre l'égalisation comme cela est décrit dans l'article de W. Yang et al. "Real time adaptative amplitude feedback in an AOM based ultra short puise shaping System", paru dans IEÈE Photonics Technology Letters volume 11, N° 12, Décembre 1999, pages 1665-1667.
Les dispositifs des figures 1 et 2 devant être couplés à des fibres Fe, Fs à l'entrée et à la sortie des dispositifs, des systèmes de collimation COi, C02 ayant leur axe de collimation confondus (figure 6A) ou non (systèmes de collimation C03, C0 , figure 6B) permettront ce couplage.
Dans le cas de la solution représentée figure 6B, le système de collimation C0 est placé en sortie du dispositif de recombinaison 12. Enfin à titre d'exemples numériques, pour une longueur d'onde λ = 1,55 μm, c'est-à-dire une fréquence optique v=193,5 THz et pour la coupe du cristal de Teθ2 qui rend colinéaire la propagation du signal optique d'entrée et la propagation de l'énergie acoustique, pour laquelle α=l,4 10"7, la fréquence centrale acoustique à appliquer au transducteur est : f = α-v = 27MHz
Si la bande passante à égaliser est Δλ=70nm, la bande passante ΔfH du signal électrique à appliquer au transducteur est :
AfH = — -f = l,2MHz
Λ pour la composante H du vecteur de polarisation de l'onde optique d'entrée et Δfv pour la composante V, soit au total Δf = 2,4 MHz puisque les deux spectres de modulation Si et S2 sont disjoints.
Si L est la longueur d'interaction colinéaire dans le cristal, c'est-à-dire approximativement la longueur du cristal, le nombre des points de programmation spectrale indépendants N destiné à moduler le signal S(t) dans la bande d'égalisation est donné, pour cette coupe du TeO2par :
J_ Δλ L ~ 20 * λ λ soit N=14,5 points par cm de longueur de cristal pour chacune des polarisations H et N.
La densité de puissance acoustique P à appliquer au transducteur pour une efficacité de diffraction de 100% est donnée par :
P = 7,5-104 -r en W/mm2.
Soit environ 0,5 W/mm2 pour Δλ = 70 nm et L = 1 cm.

Claims

Revendications
1. Dispositif acousto-optique programmable comprenant un milieu élasto-optique biréfringent (1) muni d'un transducteur (5) capable de générer dans le milieu élasto-optique (1) une onde acoustique modulée selon une direction déterminée, ainsi que des moyens de couplage dans le milieu élasto- optique (1) d'une onde optique d'entrée de polarisation inconnue, de composantes inconnues H et V projetées sur les axes rapide et lent du milieu biréfringent, caractérisé en ce que le dispositif comporte un circuit de programmation (8, 10) de la modulation en amplitude et en fréquence ou en phase de l'onde acoustique et fournit trois ondes optiques de sortie : une onde directe de même polarisation que l'onde optique d'entrée et deux ondes diffractées de polarisation H et V respectivement perpendiculaires l'une à l'autre, portant chacune une modulation en amplitude et en fréquence ou en phase de leur spectre qui est une fonction à la fois de la modulation de l'onde optique d'entrée et de la modulation de l'onde acoustique.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modulation du spectre de l'onde acoustique est programmée de manière à compenser les distorsions d'amplitude ou à modifier la forme du spectre des différents canaux de transmission des systèmes de communications optiques multiplexes en longueur d'onde.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau optique de sortie utile portant le résultat de la mise en forme ou de l'égalisation est le faisceau direct transmis non diffracté.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux ondes de sortie diffractées de polarisation H et N sont recombinées (dispositif de recombinaison 12) suivant une onde de sortie unique de polarisation essentiellement identique à celle de l'onde optique d'entrée.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit adaptatif comprenant une mesure du spectre optique (analyseur 12) à la sortie du dispositif ou une mesure de la réponse des canaux de transmission (analyseur 9) et un circuit de contre- réaction agissant sur le circuit de programmation (8, 10) du dispositif afin d'égaliser ou d'optimiser l'énergie optique dans tous canaux.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie du spectre de la modulation de l'onde acoustique sert à la mise en forme ou à l'égalisation de la composante H de la polarisation de l'onde optique incidente et en ce qu'une autre partie distincte du spectre de la modulation de l'onde acoustique sert à la mise en forme ou l'égalisation de la composante N de la polarisation de l'onde incidente.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'entrée et la sortie du dispositif sont des faisceaux collimatés issus de fibres optiques dont les axes de collimation sont confondus ou non.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction de propagation de l'énergie de l'onde acoustique est colinéaire ou quasi-colinéaire avec la direction de propagation de l'énergie de l'onde optique d'entrée dans leur zone d'interaction.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que le milieu élasto-optique est le dioxyde de Tellure et la direction du vecteur d'onde acoustique fait un angle avec l'axe optique du cristal compris entre 75° et 85°.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la modulation du spectre acoustique comporte une phase qui varie au cours du temps de manière aléatoire ou pseudo-aléatoire avec un temps de corrélation très inférieur au temps de propagation acoustique dans le cristal.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le signal acoustique est périodique de période égale au temps de propagation acoustique dans la zone d'interaction du cristal (1).
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