WO2003050982A1 - Dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison a haut debit - Google Patents
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- H04B10/2569—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to polarisation mode dispersion [PMD]
Definitions
- the present invention relates to a programmable device for compensating for polarization modal dispersion in a broadband link on optical fiber, and in particular in wavelength-multiplexed links.
- the laser beam l (t) coming from a modulator 1 is generally linearly polarized.
- the transmitted beam l t (t) has a highly disturbed polarization state due for example to the stresses applied to the fiber, residual birefringences of the fiber, active elements crossed (amplifiers, switches, multiplexers, etc.).
- This arbitrary state of polarization can always be described as the superposition of two elliptical, orthogonal (or PSP according to the English expression “Principle State of Polarization”) polarization states, the ellipticity and the orientation of each polarization state. being variable over time.
- the two orthogonal polarization states are further separated by a delay time noted X D GD (DGD is the abbreviation of the Anglo-Saxon expression "Differential Group Delay”), a random variable variable with time and length. wave, whose probability density is a Maxwellian and whose mean value is noted ⁇ pMD (PMD is the abbreviation of the Anglo-Saxon expression "Polarization Mode Dispersion”).
- a device of the type shown in FIG. 2 can be implemented, in which dynamic polarization control means 3 make it possible to transform the superposition of the orthogonal elliptical states into a superposition of two linear polarization states noted a and b, orthogonal, of fixed orientations, separated by an average time ⁇ PM D-
- the beam thus formed passes for example through a polarization-maintaining fiber (not shown), whose axes coincide with the linear polarization states a and b. Thanks to such a device, it is possible to greatly reduce the influence of the polarization modal dispersion and thus maintain the performance of the transmission channel.
- Means for dynamic control of the polarization are for example described in the article by L.
- Dupont et al. "Principles of a compact polarization mode dispersion controller using homeotropic electroclinic liquid crystal confined single mode fiber devices" (Optics Communications, 176 (2000) 113-119). They are based on the combination of at least three wave plates whose orientation of the axes of polarization is variable, thus making it possible to transform any state of polarization into another.
- the device described above makes it possible to compensate for a delay ⁇ PD given; it is therefore neither suitable for broadband links multiplexed in wavelength, in which the delay value due to polarization modal dispersion depends on the wavelength, nor for optical links in which there may be fluctuations of the delay due to the polarization modal dispersion, following reconfigurations of the network for example.
- the present invention overcomes the aforementioned drawbacks and proposes a programmable device for compensating for the polarization modal dispersion in a high-speed link, in particular a wavelength-multiplexed link.
- the invention relates to a programmable device for compensating for the polarization modal dispersion in a high-speed link on an optical fiber for transmission of N channels, N> 1, each channel C j corresponding to a signal of length given wave ⁇ j , characterized in that it comprises, in the optical link,
- dynamic polarization control means restoring, for each channel C j , a polarization state projected onto two linear eigenstates a, and b ,, of fixed orientation, separated by a time TPDM J characteristic of the modal dispersion of mean polarization on said link at wavelength ⁇ , associated with said channel C j , - programmable means for generating optical delays to adjust, on said link and for each channel C j , the value of the time ⁇ PDMj to a value ⁇ less than the duration of a bit defined as a function of the transmission rate of the link , and in that it further comprises means for controlling said dynamic polarization control means and said programmable delay generation means.
- the dynamic polarization control means comprise for each channel Cj, at least one elementary controller comprising a block of electro-optical material with variable birefringence under the effect of an electric field, and electrodes arranged on at least one face of this block and connected to a circuit making it possible to vary the electric voltages applied to these electrodes as a function of the desired rotation of the axes of polarization.
- the N elementary controllers are advantageously produced on the same block of electro-optical material with variable birefringence, thus forming a dynamic matrix polarization controller.
- FIG. 5 an exemplary embodiment of cascaded matrix controllers for dynamic control of all channels in a device according to the invention
- - Figure 6 the diagram illustrating the operation of programmable means for generating optical delays of the device according to the invention
- FIG. 3 represents the diagram of an example of a programmable device for compensating for modal dispersion according to the invention applied to a broadband link multiplexed in wavelengths.
- the optical fiber 2 transmits N channels C j , N> 2, each channel C j corresponding to a signal of given wavelength ⁇ j .
- the device comprises means 3 for dynamic polarization control restoring, for each channel C j , a polarization state projected onto two linear eigenstates aj and bj, of fixed orientation, separated by a time T P DMJ characteristic of the modal dispersion of average polarization on said link at the wavelength ⁇ j associated with said channel Cj.
- each channel C j is detected for example by a photodiode so as to restore the signal S j (t) transmitted.
- Control means 6 allow for example as a function of the output signals S j (t) on each channel C j to control the polarization control means 3 and the programmable means 5 for generating delays in order to adjust said time ⁇ j .
- the beam from the wavelength multiplex link 2 is coupled to a demultiplexer 4 which supplies N channels C j parallel to the wavelengths ⁇ i to ⁇ .
- a demultiplexer 4 which supplies N channels C j parallel to the wavelengths ⁇ i to ⁇ .
- N channels each have a different polarization dispersion.
- the latter is characterized by the time ⁇ PDMj (average value of the delay due to the polarization modal dispersion on the channel j), an orientation ⁇ j of the polarization axes (elliptical polarizations) and an ellipticity ⁇ j of these elliptical polarizations.
- the N parallel channels pass in succession through means 3 for dynamic polarization control.
- the means 3 for dynamic polarization control comprise for each channel C ,, at least one elementary controller of the type shown in FIG. 4.
- the elementary controller 30 comprises a block of electro-optical material 31 with variable birefringence under the effect of an electric field, and electrodes 32, arranged on at least one face of this block and connected to a circuit making it possible to vary the electric voltages applied to these electrodes as a function of the desired rotation of the axes of polarization (in this example, 4 electrodes receive electrical voltages V 1 t V 2 , V 3 , V 4 ).
- Such an elementary controller is for example made with materials of the PLZT ceramic type (or Pbi.xLaxZ ⁇ .yTiyOs) or materials of the nanodrop liquid crystal type dispersed in polymer matrices (PDLC materials, according to the English expression “polymer dispersed liquid crystal ”), isotropic in the absence of applied field.
- This type of controller is particularly interesting since it allows, thanks to its multielectrode structure and the type of material used, to produce wave blades whose orientation and birefringence are programmable.
- the same type of elementary controller can be used whatever the wavelength of the beam whose polarization is to be controlled. The applicant has shown that switching times of the order of ten microseconds are envisaged for applied voltages of the order of one hundred volts.
- the N elementary controllers are produced on the same block of electro-optical material with variable birefringence, thus forming a dynamic matrix polarization controller.
- the cascading of at least two dynamic controllers matrix polarization also allows the realization of a polarization control without stop.
- FIG. 5 thus represents by a diagram the means 3 for controlling the polarization of the device according to the invention formed in this example by the cascading of P matrix controllers.
- Each matrix controller comprises a block 31 of electro-optical material with variable birefringence on which the electrodes 32 are arranged so as to form N elementary controllers 30.
- Each channel C is sent to an elementary controller.
- each matrix component of the device can be imaged on the following by means of a matrix of N microlenses.
- FIG. 6 illustrates by a diagram the operation of programmable means for generating optical delays of the device according to the invention according to a preferred example, for a given channel C j .
- They include K modules M, in series, K> 1, each module M, comprising programmable means SLM, for switching the orientation of the linear linear polarization states a ,, b t of each channel C, and a circuit B, generation of a delay ⁇ , between two linear eigenstates, said delays ⁇ , being in geometric progression, so that for each channel C j , the value ⁇ is equal to:
- ⁇ r / r w / D / + ⁇ ⁇ r2'- '(1)
- ⁇ , j takes for value +1 or -1 according to the orientations for each circuit B, linear eigenstates associated with the channel C j
- ⁇ is the elementary delay generated by the block Bi of the first module M ⁇ .
- the programmable switching means SLMi make it possible to rotate the polarization state by 90 ° as a function of the control means 6.
- These are for example spatial light modulators at Ni pixels, N1 ⁇ N, voltage-controlled produced with cells liquid crystal, nematic or ferroelectric type. The switching times are then of the order of 10 to 100 ⁇ sec. Examples of embodiments of circuits B are described below.
- the spatial modulators are cascaded so that each beam at the wavelength ⁇ j of a channel C j crosses the pixel j of each of the K spatial light modulators. Note that the number of pixels Ni of a spatial light modulator is entirely compatible with that of the number of channels of the multiplex links in current wavelengths (8 to 16 channels) or future (64 to 128). As shown in the example in FIG.
- the programmable delays take negative and positive values between - (2 ⁇ -1) ⁇ , -2 ⁇ "1 ⁇ , ..., - ⁇ , + ⁇ , ..., + (2 ⁇ -1 It is therefore possible to compensate for an advance or a delay of the vertical polarization with respect to the horizontal polarization.
- This possibility makes it possible to impose on the dynamic control means of polarization 3 (FIG. 3) only the need to fixed orientation, regardless of the order of arrival of the states of polarization a, and b ,.
- FOG. 3 dynamic control means of polarization 3
- ⁇ j it is not necessary to obtain on each channel C, a zero value for ⁇ j ; it is enough that this value is lower than the value of the bit time.
- the bit time is of the order of 12 psec.
- an order of magnitude of ⁇ PDM is of the order of 200psec.
- FIGS. 7A to 7D exemplary embodiments of optical delay generation circuits B, for insertion into the modules M, as shown in FIG. 6.
- the exemplary embodiment of FIG. 7A is particularly well suited to long delays while for smaller delays, the embodiments described in FIGS. 7B to 7D will be preferred.
- two modules Mi and M 2 are represented with each of the programmable means for switching the orientation of the linear eigenstates SLMi and SLM 2 , for example of the spatial light modulator type. Only the delay generation circuit Bi of the module Mi is shown. According to this example, it comprises a first polarization splitter 71 transmitting the light of a first polarization corresponding to a given linear natural state (in this example the vertical polarization a j ) and reflecting the light of a second polarization corresponding to the second natural state linear (in this example the horizontal polarization b j ).
- the polarization separators 71 and 73 are produced in a single block and have in common a prism 74, the reflecting means 72 being produced using a prism with total reflection similar to the common prism 74 of the polarization splitters.
- a delay generation circuit B comprises a first polarization splitter 75 transmitting the light of a first polarization corresponding to a given linear eigenstate (in this example the vertical polarization a,) and reflecting the light of a second polarization corresponding to the second linear eigenstate (here horizontal polarization b j ), first reflection means 76 receiving the light reflected by the first polarization splitter 75 and reflecting it, second reflection means 77 receiving the light transmitted by the first polarization splitter 75 and reflecting it, a second polarization splitter 78 receiving on the one hand the light of the first polarization, thus defining a first path, and reflecting it towards a module M l + 1 following and on the other hand the light of the second polarization, thus defining a second path of length equivalent to the first, and reflecting this light towards the modu the following M l + 1 .
- delay generation comprises two contiguous blades 79 and 79 'of birefringent material, and of identical given thicknesses.
- the orientations of the neutral axes of each symmetrical plate are chosen, this orientation being chosen to maximize the angle of separation ⁇ between the two horizontal polarizations b j and vertical a j . Since the thickness of the blades is identical and the orientations of the axes of each blade symmetrical, the two eigenstates of polarization a, and b j are recombined at the output.
- n ( ⁇ ) r, - ⁇ "a (3) cos ⁇ where e is the thickness of each of the two plates 79 and 79 ', c is the speed of light in a vacuum, n 0 is the ordinary index and n ( ⁇ ) is the index seen from the angle ⁇ .
- the blades can be produced with a material of the calcite or vanadate d ⁇ ttrium (YV0 4 ) type.
- YV0 4 vanadate d ⁇ ttrium
- FIG. 8 represents a particular example of embodiment of a device for compensating for modal dispersion according to the invention on a broadband link multiplexed in wavelengths, for example with 16 channels. It comprises a transmission fiber 2 transporting the multiplex signals and connected to a demultiplexer 4.
- the 16 output fibers 21 j are provided with collimators 22 j so as to provide collimated beams propagating in free space.
- These 16 parallel beams then pass through 3 dynamic matrix polarization controllers, as described for example in FIG. 5, and allowing control without polarization stop.
- These are typically PLZT blades of approximately 500 ⁇ m thickness, bearing patterns of 6 electrodes per elementary controller (as described in FIG. 4). Maximum voltages of the order of 200 V are applied to these electrodes.
- the beams pass through the programmable optical delay generation means 5.
- the third module M 3 comprises a spatial light modulator SLM 3 and a circuit B 3 of the type shown in FIG.
- the device according to the invention therefore offers a possible reconfiguration of the delays, allowing optimal compensation per channel and over time of the dispersion of the polarization modes. It also has, according to a variant, a parallel structure which allows simultaneous processing of the channels while having good compactness thanks to a possible monobloc embodiment of the matrix polarization controller. Finally, the device being able to be implemented at the end of the optical link, it is possible to install it on existing links, which are not equipped.
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison haut débit sur une fibre optique de transmission de N canaux, N ≥ 1, chaque canal Cj correspondant à un signal de longueur d'onde donnée λ. Selon l'invention, le dispositif comprend : - des moyens (3) de contrôle dynamique de la polarisation rétablissant, pour chaque canal Cj, un état de polarisation projeté sur deux états propres linéaires aj et bj, d'orientation fixe, séparés par un temps τPDMj caractéristique de la dispersion modale de polarisation moyenne sur ladite liaison à la longueur d'onde λj associée audit canal Cj, - des moyens programmables (5) de génération de retards optiques pour ajuster, sur ladite liaison et pour chaque canal Cj, la valeur du temps τPDMj à une valeur Δτj inférieure à la durée d'un bit définie en fonction du débit de transmission de la liaison.
Description
Dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison à haut débit
La présente invention concerne un dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison haut débit sur fibre optique, et notamment dans les liaisons multiplexées en longueur d'onde.
La compensation de la dispersion des modes de polarisation dans les liaisons optiques constitue un objectif prioritaire pour permettre l'accroissement du débit, notamment dans les réseaux multiplexes en longueur d'onde (débit recherché de 40 Gbits/sec et au-delà, par canal). Comme cela est illustré sur la figure 1 , dans le cas d'une liaison optique, le faisceau laser l(t) issu d'un modulateur 1 est généralement polarisé linéairement. Après passage au travers de la fibre optique 2, le faisceau transmis lt(t) présente un état de polarisation fortement perturbé du fait par exemple des contraintes appliquées à la fibre, des biréfringences résiduelles de la fibre, des éléments actifs traversés (amplificateurs, commutateurs, multiplexeurs, etc.). Cet état de polarisation quelconque peut toujours être décrit comme la superposition de deux états de polarisation elliptiques, orthogonaux (ou PSP selon l'expression anglo-saxonne « Principle State of Polarisation »), l'ellipticité et l'orientation de chaque état de polarisation étant variables au cours du temps. Les deux états de polarisation orthogonaux sont en outre séparés par un temps de retard noté XDGD (DGD est l'abréviation de l'expression anglo-saxonne « Differential Group Delay »), grandeur aléatoire variable avec le temps et la longueur d'onde, dont la densité de probabilité est une maxwellienne et dont la valeur moyenne est notée τpMD (PMD est l'abréviation de l'expression anglo-saxonne « Polarization Mode Dispersion »). Lorsque la valeur de XP D devient de l'ordre de grandeur du temps bit du signal, on peut observer du fait de la superposition des états orthogonaux de polarisation, pour certaines séquences, un évanouissement du signal (les deux signaux électriques issus du détecteur, de type photodiode, se superposent en opposition de phase).
Afin de pallier cet inconvénient, on peut mettre en œuvre un dispositif du type de celui représenté sur la figure 2, dans lequel des moyens de contrôle dynamique de polarisation 3 permettent de transformer la superposition des états elliptiques orthogonaux en une superposition de deux
états de polarisation linéaires notés a et b, orthogonaux, d'orientations fixes, séparés d'un temps moyen τPMD- Le faisceau ainsi constitué passe par exemple dans une fibre à maintien de polarisation (non représentée), dont les axes coïncident avec les états de polarisations linéaires a et b. Grâce à un tel dispositif, il est possible de fortement diminuer l'influence de la dispersion modale de polarisation et de maintenir ainsi les performances du canal de transmission. Des moyens de contrôle dynamique de la polarisation sont par exemple décrits dans l'article de L.Dupont et al. « Principles of a compact polarisation mode dispersion controller using homeotropic electroclinic liquid crystal confined single mode fiber devices » (Optics Communications, 176 (2000) 113-119). Ils sont basés sur la combinaison d'au moins trois lames d'onde dont l'orientation des axes de polarisation est variable, permettant ainsi de transformer n'importe quel état de polarisation en un autre. Cependant le dispositif décrit précédemment permet de compenser un retard τP D donné ; il n'est donc adapté ni aux liaisons haut débit multiplexées en longueur d'onde, dans lesquelles la valeur du retard dû à la dispersion modale de polarisation dépend de la longueur d'onde, ni aux liaisons optiques dans lesquelles il peut y avoir des fluctuations du retard dû à la dispersion modale de polarisation, suite à des reconfigurations du réseau par exemple.
La présente invention permet de remédier aux inconvénients précités et propose un dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison à haut débit, notamment une liaison multiplexée en longueur d'onde.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison à haut débit sur une fibre optique de transmission de N canaux, N > 1 , chaque canal Cj correspondant à un signal de longueur d'onde donnée λj, caractérisé en ce qu'il comprend, dans la liaison optique,
- des moyens de contrôle dynamique de la polarisation rétablissant, pour chaque canal Cj, un état de polarisation projeté sur deux états propres linéaires a, et b,, d'orientation fixe, séparés par un temps TPDMJ caractéristique de la dispersion modale de polarisation moyenne sur ladite liaison à la longueur d'onde λ, associée audit canal Cj,
- des moyens programmables de génération de retards optiques pour ajuster, sur ladite liaison et pour chaque canal Cj, la valeur du temps τPDMj à une valeur Δ inférieure à la durée d'un bit définie en fonction du débit de transmission de la liaison, et en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande desdits moyens de contrôle dynamique de la polarisation et desdits moyens programmables de génération de retards.
Selon une variante ; les moyens de contrôle dynamique de la polarisation comprennent pour chaque canal Cj, au moins un contrôleur élémentaire comportant un bloc de matériau électro-optique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, et des électrodes disposées sur au moins une face de ce bloc et reliées à un circuit permettant de faire varier les tensions électriques appliquées à ces électrodes en fonction de la rotation désirée des axes de polarisation. Les N contrôleurs élémentaires sont avantageusement réalisés sur un même bloc de matériau électro-optique à biréfringence variable, formant ainsi un contrôleur dynamique de polarisation matriciel.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées qui représentent :
- La figure 1 , un schéma illustrant la dispersion modale de polarisation dans une liaison optique (déjà décrite) ;
- La figure 2, le schéma d'un dispositif pour la compensation de la dispersion modale selon l'art antérieur (déjà décrite) ; - La figure 3, le schéma d'un exemple de dispositif de compensation de la dispersion modale selon l'invention appliquée à une liaison haut débit multiplexée ;
- La figure 4, un exemple de réalisation d'un contrôleur élémentaire pour le contrôle dynamique de la polarisation d'un canal dans un dispositif selon l'invention ;
- La figure 5, un exemple de réalisation de contrôleurs matriciels en cascade pour le contrôle dynamique de l'ensemble des canaux dans un dispositif selon l'invention ;
- La figure 6, le schéma illustrant le fonctionnement de moyens programmables de génération de retards optiques du dispositif selon l'invention
- Les figures 7A à 7D, des exemples de réalisation de circuits de génération de retards optiques du dispositif selon l'invention ;
- La figure 8, un exemple de réalisation d'un dispositif de compensation de la dispersion modale selon l'invention.
Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par les mêmes références. La figure 3 représente le schéma d'un exemple de dispositif programmable de compensation de la dispersion modale selon l'invention appliquée à une liaison haut débit multiplexée en longueurs d'ondes. Dans cet exemple, la fibre optique 2 transmet N canaux Cj, N > 2, chaque canal Cj correspondant à un signal de longueur d'onde donnée λj. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens 3 de contrôle dynamique de la polarisation rétablissant, pour chaque canal Cj, un état de polarisation projeté sur deux états propres linéaires aj et bj, d'orientation fixe, séparés par un temps TPDMJ caractéristique de la dispersion modale de polarisation moyenne sur ladite liaison à la longueur d'onde λj associée audit canal Cj. Il comprend en outre des moyens programmables 5 de génération de retards optiques pour ajuster, sur ladite liaison et pour chaque canal Cj, la valeur du temps TPD J à une valeur Δ inférieure à la durée d'un bit définie en fonction du débit de transmission de la liaison. A la sortie des moyens de génération de retards 5, chaque canal Cj est détecté par exemple par une photodiode de manière à restituer le signal Sj(t) transmis. Des moyens de commande 6 permettent par exemple en fonction des signaux de sortie Sj(t) sur chaque canal Cj de commander les moyens 3 de contrôle de polarisation et les moyens programmables 5 de génération de retards afin d'ajuster ledit temps Δτj. Dans l'exemple de la figure 3, le faisceau issu de la liaison multiplexée en longueurs d'ondes 2 est couplé à un démultiplexeur 4 qui fournit N canaux Cj parallèles aux longueurs d'ondes λi à λ . Sur chaque canal sont avantageusement prévus des moyens 7 de compensation de la dispersion chromatique de type connu, réalisés par exemple au moyen de
réseaux de Bragg dans des fibres ou au moyen de fibres à dispersion décalée.
Ces N canaux présentent chacun une dispersion de polarisation différente. Cette dernière est caractérisée par le temps τPDMj (valeur moyenne du retard dû à la dispersion modale de polarisation sur le canal j), une orientation θj des axes propres de polarisation (polarisations elliptiques) et une ellipticité αj de ces polarisations elliptiques. Selon l'invention, les N canaux parallèles passent en suite au travers des moyens 3 de contrôle dynamique de la polarisation. Avantageusement, les moyens 3 de contrôle dynamique de la polarisation comprennent pour chaque canal C,, au moins un contrôleur élémentaire du type de celui représenté sur la figure 4. Le contrôleur élémentaire 30 comporte un bloc de matériau électro-optique 31 à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, et des électrodes 32, disposées sur au moins une face de ce bloc et reliées à un circuit permettant de faire varier les tensions électriques appliquées à ces électrodes en fonction de la rotation désirée des axes de polarisation (dans cet exemple, 4 électrodes reçoivent des tensions électriques V1 t V2, V3, V4). Un tel contrôleur élémentaire est par exemple réalisé avec des matériaux de type céramiques PLZT (ou Pbi.xLaxZπ.yTiyOs) ou des matériaux de type cristaux liquides nanogouttes dispersés dans des matrices polymère (matériaux PDLC, selon l'expression anglo-saxonne « polymer dispersed liquid crystal »), isotropes en l'absence de champ appliqué. Ce type de contrôleur est particulièrement intéressant puisqu'il permet grâce à sa structure multiélectrodes et au type de matériau utilisé, de réaliser des lames d'onde dont l'orientation et la biréfringence sont programmables. Ainsi, le même type de contrôleur élémentaire peut être utilisé quelle que soit la longueur d'onde du faisceau dont on souhaite contrôler la polarisation. La déposante a montré que des temps de commutation de l'ordre de la dizaine de microsecondes sont envisagés pour des tensions appliquées de l'ordre de la centaine de volts.
Selon une variante préférée de l'invention, les N contrôleurs élémentaires sont réalisés sur un même bloc de matériau électro-optique à biréfringence variable, formant ainsi un contrôleur dynamique de polarisation matriciel. La mise en cascade d'au moins deux contrôleurs dynamiques de
polarisation matriciels (par exemple 3) permet en outre la réalisation d'un contrôle de polarisation sans butée. La figure 5 représente ainsi par un schéma les moyens 3 de contrôle de la polarisation du dispositif selon l'invention formés dans cet exemple par la mise en cascade de P contrôleurs matriciels. Chaque contrôleur matriciel comprend un bloc 31 de matériau électro-optique à biréfringence variable sur lequel sont agencées les électrodes 32 de telle sorte à former N contrôleurs élémentaires 30. Chaque canal C, est envoyé vers un contrôleur élémentaire. Avantageusement, afin de minimiser l'encombrement et les pertes, chaque composant matriciel du dispositif peut être imagé sur le suivant au moyen d'une matrice de N microlentilles.
Comme on peut le voir sur la figure 3, grâce aux moyens 3 de contrôle dynamique de la polarisation dont un exemple de réalisation vient d'être décrit, on rétablit sur chaque canal Cj un état de polarisation de la lumière projeté sur deux états propres linéaires ^ (état de polarisation linéaire vertical sur la figure 3) et bj (état de polarisation linéaire horizontal sur la figure 3), d'orientations fixes, séparés par TPDMJ- On peut noter que si l'on prend un état de polarisation comme référence, par exemple l'état de polarisation vertical a,, les temps TPDMJ peuvent être positifs ou négatifs. Les N faisceaux passent ensuite dans les moyens programmables
5 de génération de retards optiques permettant d'ajuster pour chaque canal Cj, la valeur du temps TPDMJ à une valeur άτ, inférieure à la durée d'un bit.
La figure 6 illustre par un schéma le fonctionnement de moyens programmables de génération de retards optiques du dispositif selon l'invention selon un exemple préférentiel, pour un canal Cj donné. Ils comprennent K modules M, en série, K > 1 , chaque module M, comprenant des moyens programmables SLM, de commutation de l'orientation des états propres linéaires de polarisation a,, bt de chaque canal C, et un circuit B, de génération d'un retard τ, entre deux états propres linéaires, lesdits retards τ, étant en progression géométrique, de telle sorte que pour chaque canal Cj, la valeur Δ vaut :
Δr/ = rw/D/ + ∑^r2'-' (1 )
où ε,j prend pour valeur +1 ou -1 selon les orientations pour chaque circuit B, des états propres linéaires associés au canal Cj, et τ est le retard élémentaire généré par le bloc Bi du premier module Mη.
Les moyens de commutation programmables SLMi permettent de faire tourner l'état de polarisation de 90° en fonction des moyens de commande 6. Ce sont par exemple des modulateurs spatiaux de lumière à Ni pixels, N1≥N, commandés par tension réalisés avec des cellules à cristal liquide, de type nématique ou ferroelectrique. Les temps de commutation sont alors de l'ordre de 10 à 100 μsec. Des exemples de réalisations de circuits B, sont décrits ci-dessous. Les modulateurs spatiaux sont cascades de telle sorte que chaque faisceau à la longueur d'onde λj d'un canal Cj traverse le pixel j de chacun des K modulateurs spatiaux de lumière. Notons que le nombre de pixels Ni d'un modulateur spatial de lumière est tout à fait compatible avec celui du nombre de canaux des liaisons multiplexées en longueurs d'onde actuelles (8 à 16 canaux) ou futures (64 à 128). Comme cela apparaît sur l'exemple de la figure 6, pour les deux états de polarisation ^ et bj, séparés de τPDMj, si sur le pixel correspondant du modulateur spatial de lumière SLMi du module Mi, on choisit de ne pas commuter la polarisation, en supposant que le circuit Bi introduise un retard τ entre l'état de polarisation horizontal b, et l'état de polarisation vertical aj, le temps de séparation entre les deux états a, et b, en sortie du circuit Bi sera TPDMJ -τ. (ε-ij = -1 ). Au contraire si l'on avait choisi de commuter la polarisation, on aurait eu, entre aj et bJt un retard TPD J +χ- (εij = +1 ). L'opération se répète sur le module M2, avec cette fois-ci un retard τ2 = ±2τ introduit par le circuit B2 entre les états de polarisation aj et bj en fonction de la tension de commande appliquée au modulateur spatial de lumière SLM2. Après passage au travers de l'ensemble des modules Mκ, sur chaque canal C, correspondant à la longueur d'onde λ,, les états de polarisation ^ et bj se trouvent ainsi séparés par un temps Δτ, tel que défini par la relation (1 ). On peut noter que les retards programmables prennent des valeurs négatives et positives entre -(2κ-1 )τ, -2κ"1τ, ..., -τ, +τ, ...,+(2κ-1 )τ. Il est donc possible de compenser une avance ou un retard de la polarisation verticale par rapport à la polarisation horizontale. Cette possibilité permet de n'imposer aux moyens de contrôle dynamique de la polarisation 3 (figure 3) que la nécessité d'orientation fixe, quel que soit l'ordre d'arrivée des états de
polarisation a, et b,. Ainsi, il n'est pas nécessaire par exemple d'imposer à l'état vertical a, par exemple d'être celui qui est en avance. Cette possibilité simplifie l'algorithme qui pilote les moyens de contrôle dynamique de la polarisation. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire d'obtenir sur chaque canal C, une valeur nulle pour Δτj ;il suffit que cette valeur soit inférieure à la valeur du temps bit. Dans le cas par exemple de liaisons à 40 Gbits/sec, le temps bit est de l'ordre de 12 psec. Par ailleurs, un ordre de grandeur de τPDM est de l'ordre de 200psec. Ainsi, à titre d'exemple, on peut envisager pour une valeur du retard élémentaire τ de l'ordre du temps bit (12 psec), un nombre K de modules égal à 4, ou pour une valeur du retard élémentaire τ inférieure au temps bit (par exemple 3 psec), un nombre K de modules égal à 6.
Nous décrivons maintenant à l'aide des figures 7A à 7D des exemples de réalisation de circuits de génération de retards optiques B, pour insertion dans les modules M, tels que représentés sur la figure 6. L'exemple de réalisation de la figure 7A est particulièrement bien adapté à des retards importants tandis que pour des retards plus faibles, les exemples de réalisation décrits sur les figures 7B à 7D serons préférés.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 7A, deux modules Mi et M2 sont représentés avec chacun des moyens programmables de commutation de l'orientation des états propres linéaires SLMi et SLM2, par exemple de type modulateurs spatiaux de lumière. Seul le circuit Bi de génération de retard du module Mi est représenté. Il comprend selon cet exemple un premier séparateur de polarisation 71 transmettant la lumière d'une première polarisation correspondant à un état propre linéaire donné (dans cet exemple la polarisation verticale aj) et réfléchissant la lumière d'une deuxième polarisation correspondant au deuxième état propre linéaire (dans cet exemple la polarisation horizontale bj). Il comprend des moyens de réflexion 72 recevant la lumière réfléchie par le premier séparateur de polarisation 71 et la réfléchissant et un second séparateur de polarisation 73 recevant d'une part la lumière de la première polarisation et la retransmettant vers le module M2 suivant et d'autre part la lumière de la deuxième polarisation transmis par les moyens réfléchissants 72 et réfléchissant cette lumière vers le module M2 suivant. Avantageusement, les séparateurs de polarisation 71 et 73 sont réalisés en un seul bloc et ont en
commun un prisme 74, les moyens réfléchissants 72 étant réalisés à l'aide d'un prisme à réflexion totale analogue au prisme commun 74 des séparateurs de polarisation. Ainsi, pour deux états propres de polarisation ^ et b,, séparés de τPDM, si sur le pixel correspondant du modulateur spatial de lumière SLMi on choisit de ne pas commuter la polarisation, l'état a, suivra le trajet direct, tandis que l'état b, sera retardé d'un temps τi égal au temps élémentaire τ et correspondant à la différence de marche entre les deux trajets. Dans ce cas, en sortie du module M-i, le retard séparant a et bj est alors égal à TPDMJ -τ- Au contraire, si l'on avait choisi de commuter la polarisation, on aurait eu, entre at et b,, un retard égal à τPDMj +τ.
Dans l'exemple de réalisation illustré par le schéma de la figure 7B, seul un circuit de génération de retard B, est représenté. Il comprend un premier séparateur de polarisation 75 transmettant la lumière d'une première polarisation correspondant à un état propre linéaire donné (dans cet exemple la polarisation verticale a,) et réfléchissant la lumière d'une deuxième polarisation correspondant au deuxième état propre linéaire (ici la polarisation horizontale bj), des premiers moyens de réflexion 76 recevant la lumière réfléchie par le premier séparateur de polarisation 75 et la réfléchissant, des seconds moyens de réflexion 77 recevant la lumière transmise par le premier séparateur de polarisation 75 et la réfléchissant, un second séparateur de polarisation 78 recevant d'une part la lumière de la première polarisation, définissant ainsi un premier trajet, et la réfléchissant vers un module Ml+1 suivant et d'autre part la lumière de la deuxième polarisation, définissant ainsi un second trajet de longueur équivalente au premier, et réfléchissant cette lumière vers le module Ml+1 suivant. Il comprend en outre une lame de verre L d'indice et d'épaisseur donnée, disposée sur l'un des deux trajets afin de générer le retard τ,. Ainsi, les deux polarisations suivent des trajets optiques équivalents, à la traversée près de la lame de verre L. Dans ce cas, le retard vaut : τ, = e{n - \)ln (2) où n est l'indice et e est l'épaisseur de la lame.
Il est possible d'incrémenter le retard τ, en ajoutant une ou plusieurs lame(s) comme cela est décrit sur le schéma de la figure 7C.
On peut également réaliser des faibles retards grâce à une réalisation selon le schéma de la figure 7D. Dans cet exemple , le circuit B,
de génération de retard comprend deux lames accolées 79 et 79' de matériau biréfringent, et d'épaisseurs données identiques. On choisit de façon préférentielle les orientations des axes neutres de chaque lame symétriques, cette orientation étant choisie pour rendre maximale l'angle de séparation θ entre les deux polarisations horizontale bj et verticale aj. Puisque l'épaisseur des lames est identique et les orientations des axes de chaque lame symétriques, les deux états propres de polarisation a, et bj sont recombinés en sortie. Dans ce cas, le retard τ, introduit entre les deux états de polarisation vaut : n(θ) r, = - ~ "a (3) cos< où e est l'épaisseur de chacune des deux lames 79 et 79', c est la vitesse de la lumière dans le vide, n0 est l'indice ordinaire et n(θ) est l'indice vu sous l'angle θ.
Ainsi, à titre d'exemple, on pourra réaliser les lames avec un matériau de type calcite ou vanadate dΥttrium (YV04). Dans ce dernier, on pourra par exemple avoir θ = 5,7°, n0 = 1 ,94, ne = 2,14, et une épaisseur de lame e = 3 mm, donnant pour une longueur d'onde λ = 1 ,55 μm un retard τ, d'environ 4 psec.
La figure 8 représente un exemple particulier de réalisation d'un dispositif de compensation de la dispersion modale selon l'invention sur une liaison haut débit multiplexée en longueurs d'onde, par exemple à 16 canaux. Il comprend une fibre de transmission 2 transportant les signaux multiplexes et connectée à un démultiplexeur 4. Les 16 fibres de sortie 21j sont dotées de collimateurs 22j de manière à fournir des faisceaux collimatés se propageant en espace libre. Ces 16 faisceaux parallèles traversent alors 3 contrôleurs dynamiques de polarisation matriciels, tels que décrits par exemple sur la figure 5, et permettant un contrôle sans butée de la polarisation. Ce sont typiquement des lames en PLZT de 500 μm d'épaisseur environ, portant des motifs de 6 électrodes par contrôleur élémentaire (tel que décrit sur la figure 4). Des tensions maximales de l'ordre de 200 V sont appliquées à ces électrodes. Après rétablissement d'états de polarisation linéaires (aj, b,), les faisceaux traversent les moyens programmables de génération de retard optique 5. Ils sont formés par exemples de 4 modules
M, (dont deux sont représentés sur la figure 8) afin de générer un retard maximum de 200 psec avec un temps de retard élémentaire τ = 12 psec.
Par exemple, le premier module Mi comprend un modulateur spatial de lumière SLMi et un circuit Bi du type de celui représenté sur la figure 7D avec une épaisseur de lame e = 12 mm, générant un retard τi = 12 psec ; le second module M2 comprend un modulateur spatial de lumière SLM2 et un circuit B2 du type de celui représenté sur la figure 7D avec une épaisseur de lame e = 24 mm, générant un retard τ2 = 24 psec ; le troisième module M3 comprend un modulateur spatial de lumière SLM3 et un circuit B3 du type de celui représenté sur la figure 7B avec une épaisseur de lame e = 29 mm, générant un retard τ3 = 48 psec ; le quatrième module M4 comprend un modulateur spatial de lumière SLM et un circuit B4 du type de celui représenté sur la figure 7B avec une épaisseur de lame e = 58 mm, générant un retard τ = 96 psec. Le dispositif selon l'invention offre donc une possible reconfiguration des retards, permettant une compensation optimale par canal et au cours du temps de la dispersion des modes de polarisation. Il présente en outre selon une variante une structure parallèle qui permet un traitement simultané des canaux tout en présentant une bonne compacité grâce à une possible réalisation monobloc du contrôleur de polarisation matriciel. Enfin, le dispositif pouvant être mis en oeuvre en bout de liaison optique, il est possible de l'installer sur des liaisons existantes, non équipées.
Claims
REVENDICATIONS
1- Dispositif programmable de compensation de la dispersion modale de polarisation dans une liaison à haut débit sur une fibre optique de transmission de N canaux, N > 1 , chaque canal Cj correspondant à un signal de longueur d'onde donnée λ,, caractérisé en ce qu'il comprend, dans la liaison optique,
- des moyens (3) de contrôle dynamique de la polarisation rétablissant, pour chaque canal Cj, un état de polarisation projeté sur deux états propres linéaires a, et b,, d'orientation fixe, séparés par un temps τPDMj caractéristique de la dispersion modale de polarisation moyenne sur ladite liaison à la longueur d'onde λ, associée audit canal Cj,
- des moyens programmables (5) de génération de retards optiques pour ajuster, sur ladite liaison et pour chaque canal Cj, la valeur du temps τPD j à une valeur Δτ, inférieure à la durée d'un bit définie en fonction du débit de transmission de la liaison, et en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande (6) desdits moyens (3) de contrôle dynamique de la polarisation et desdits moyens programmables (5) de génération de retards. 2- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (6) agissent en fonction des signaux de sortie (Sj(t)) sur chaque canal Cj.
3- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de contrôle dynamique de la polarisation comprennent pour chaque canal C,, au moins un contrôleur élémentaire (30) comportant un bloc de matériau électro-optique (31 ) à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, et des électrodes (32), disposées sur au moins une face de ce bloc et reliées à un circuit permettant de faire varier les tensions électriques (\ , V2, V3, Vy) appliquées à ces électrodes en fonction de la rotation désirée des axes de polarisation.
4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison étant prévue pour transmettre au moins deux canaux, les N contrôleurs élémentaires sont réalisés sur un même bloc de matériau électrooptique à biréfringence variable, formant ainsi un contrôleur dynamique de polarisation matriciel.
5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un démultiplexeur séparant en sortie de la fibre optique de transmission les N canaux, N fibres de sortie dotées de collimateurs de manière à former N faisceaux collimatés dirigés chacun vers un des N contrôleurs élémentaires du contrôleur dynamique de polarisation matriciel.
6- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux contrôleurs dynamiques de polarisation matriciels en cascade afin de permettre un contrôle de la polarisation sans butée. 7- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens programmables de génération de retards optiques comprennent K modules (M,) en série, K > 1 , chaque module (M,) comprenant des moyens programmables de commutation de l'orientation des états propres linéaires de polarisation aj, bj de chaque canal Cj et un circuit (B,) de génération d'un retard τ, entre deux états propres linéaires, lesdits retards τ, étant en progression géométrique de telle sorte que pour chaque canal CjF la valeur Δτ, vaut :
Δ r, = r/Jl/D/ + -r,/r2'-'
où ε,j prend pour valeur +1 ou -1 selon les orientations pour chaque circuit (B,) des états propres linéaires associés au canal Cj et τ est le retard généré par le bloc (Bi) du premier module (Mi).
8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un circuit (B,) de génération de retard d'un module (M,) comprend :
- un premier séparateur de polarisation (71 ) transmettant la lumière d'une première polarisation correspondant à un état propre linéaire donné et réfléchissant la lumière d'une deuxième polarisation correspondant au deuxième état propre linéaire ;
- des moyens de réflexion (72) recevant la lumière réfléchie par le premier séparateur de polarisation et la réfléchissant ; - un second séparateur de polarisation (73) recevant d'une part la lumière de la première polarisation et la retransmettant vers un module (M,+ι) suivant et d'autre part la lumière de la deuxième polarisation transmis par les moyens réfléchissants et réfléchissant cette lumière vers le module (M,+1) suivant.
9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les séparateurs de polarisation d'un même circuit (B,) sont réalisés en un seul bloc et ont en commun un prisme (74), les moyens réfléchissants étant réalisés à l'aide d'un prisme à réflexion totale analogue au prisme commun des séparateurs de polarisation.
10- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un circuit (B,) de génération de retard d'un module (M,) comprend :
- un premier séparateur de polarisation (75) transmettant la lumière d'une première polarisation correspondant à un état propre linéaire donné et réfléchissant la lumière d'une deuxième polarisation correspondant au deuxième état propre linéaire ;
- des premiers moyens de réflexion (76) recevant la lumière réfléchie par le premier séparateur de polarisation et la réfléchissant ;
- des seconds moyens de réflexion (77) recevant la lumière réfléchie par le premier séparateur de polarisation et la réfléchissant ;
- un second séparateur de polarisation (78) recevant d'une part la lumière de la première polarisation, définissant ainsi un premier trajet, et la réfléchissant vers un module (M,+1) suivant et d'autre part la lumière de la deuxième polarisation, définissant ainsi un second trajet de longueur équivalente au premier, et réfléchissant cette lumière vers le module (M,+ι) suivant ;
- au moins une lame de verre (L) d'indice et d'épaisseur donnée, disposée(s) sur l'un des deux trajets afin de générer le retard τ,.
1 1 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un circuit (B,) de génération de retard d'un module (My) comprend deux lames accolées (79, 79') de matériau biréfringent, les orientations de leurs axes neutres étant symétriques et d'épaisseurs données identiques.
12- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens (7) de compensation de la dispersion chromatique sont prévus sur chaque canal C,.
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