Egaliseur spectral à compensation de dispersion chromatique
L'invention concerne un égaliseur spectral à compensation de dispersion cliromatique. Elle trouve application dans le domaine des transmissions optiques sur fibres optiques. Le multiplexage en longueur d'onde est fréquemment utilisé dans le domaine des télécommunications numériques longue distance sur fibre optique. Dans le multiplexage en longueur d'onde, il est important de garder tous les lasers d'une même fibre optique à la même puissance pour éviter une dégradation du rapport signal-bruit. Pour maintenir le même niveau de puissance pour chaque laser, c'est-à-dire pour chaque longueur d'onde, il existe des égaliseurs de gain. Différentes techniques sont utilisées pour réaliser ces égaliseurs de gain. En particulier il existe des égaliseurs qui réalisent une diffraction des différents canaux pour ensuite traiter individuellement chaque canal. Les défauts de propagation dus à la dispersion chromatique augmentent avec le débit. En effet la vitesse de propagation du signal dans la fibre optique dépend de la longueur d'onde du signal et dans le cas où le signal est constitué de plusieurs
longueurs d'onde, la vitesse de propagation de chaque longueur d'onde sera différente créant ainsi une dispersion du signal. En mode normal la vitesse de propagation des longueurs d'onde longues est supérieure à la vitesse de propagation des longueurs d'onde courtes, et l'inverse en mode anormal. Des compensateurs de dispersion chromatique ont donc été mis en place pour compenser cette dispersion. En particulier on connaît des dispositifs générateurs d'images virtuelles, par exemple le VIPA (Virtually Imaged Phased Array) qui utilise la dispersion angulaire pour réaliser un démultiplexeur associé à un compensateur de dispersion chromatique. Le VIPA décrit par Matsuka Shirasaki dans un article publié dans le Fujitsu Technical & Scientific Journal de juillet 1999 (Fujitsu Sci. Tech. J., 35, 1, pp. 113-125 (July 1999)), est utilisé comme compensateur de dispersion en combinaison avec une surface réfléchissante et une lentille qui focalise la lumière qui est issue du VIPA sur la surface réfléchissante et qui retourne ensuite au VIPA à travers la lentille après réflexion. Un faisceau incident constitué de plusieurs longueurs d'onde et qui pénètre dans le VIPA, ressort sous forme de plusieurs faisceaux, chacun correspondant à un ordre d'interférence différent. Chacun de ces faisceaux étant eux-mêmes constitués de plusieurs composantes correspondant aux différentes longueurs d'onde, ces composantes étant elles-mêmes spatialement distinctes. Pour compenser la dispersion chromatique entre les différentes longueurs d'onde incidentes, on positionne la surface réfléchissante de manière à réfléchir uniquement les ordres d'interférences qui correspondent à la compensation que l'on désire obtenir. La surface réfléchissante peut avoir une forme particulière, en particulier aux endroits où chaque ordre d'interférence vient se réfléchir, permettant ainsi de modifier la compensation réalisée par le VIPA en modifiant la longueur des chemins optiques associés à chaque longueur d'onde. La surface réfléchissante peut avoir une forme concave ou convexe qui permet de modifier la dispersion cliromatique. Cette modification peut aussi se faire par mouvement de la surface réfléchissante. Les différences de longueurs des chemins optiques pour les différentes longueurs d'onde permettent de compenser la dispersion chromatique. Le VIPA est essentiellement constitué d'une plaque de verre dont l'un des côtés est entièrement réfléchissant, sauf au niveau de la zone d'entrée du faisceau multiplexe, et dont l'autre côté à un coefficient de réflexion inférieur à 100%. Les réflexions et transmissions successives à l'intérieur de la plaque de verre créent un flux lumineux dans lequel on peut distinguer spatialement chaque longueur d'onde, réalisant ainsi un démultiplexeur spatial compensateur de dispersion chromatique. La plaque de verre a une épaisseur adaptée à permettre la séparation spatiale des différentes longueurs d'onde.
L'utilisation de deux dispositifs, à savoir un égaliseur spectral et un compensateur de dispersion dans le parcours du faisceau multiplexe accroît les pertes d'insertion. Ces pertes représentent la chute de puissance du signal due à la mise en place d'un dispositif dans la ligne de transmission. En particulier lorsque l'on utilise de tels dispositifs en espace libre les pertes d'insertion sont élevées. Un objet de la présente invention est de proposer un égaliseur spectral à compensation de dispersion chromatique qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, est proposé un égaliseur spectral à compensation de dispersion chromatique d'un faisceau incident constitué d'au moins une longueur d'onde, caractérisé en ce que l'égaliseur comprend: un moyen de démultiplexage spatial du faisceau incident, de façon à réaliser une séparation spatiale des faisceaux associés à chaque longueur d'onde; un moyen d'égalisation spectrale adapté à égaliser les faisceaux ainsi démultiplexés; un dispositif réfléchissant adapté à compenser la dispersion chromatique de chaque faisceau démultiplexé; un moyen de multiplexage des faisceaux ainsi égalisés et compensés, de façon à former un faisceau égalisé compensé constitué d'au moins une longueur d'onde. Avantageusement le dispositif réfléchissant est adapté à recevoir les faisceaux du moyen d'égalisation spectrale et à les réfléchir vers le moyen d'égalisation spectrale. Avantageusement le moyen de démultiplexage spatial est constitué d'un VIPA, d'un dispositif qui focalise le faisceau incident sur le VIPA et d'un dispositif qui focalise les faisceaux démultiplexés sur le moyen d'égalisation spectrale. Avantageusement le moyen de démultiplexage et le moyen de multiplexage sont confondus. Avantageusement le dispositif réfléchissant a une forme combinant des courbures concaves et convexes. Selon un premier mode de réalisation le moyen d'égalisation spectrale comprend une matrice de cellules à cristaux liquides. Avantageusement chaque faisceau démultiplexé est atténué par une ou plusieurs cellules à cristaux liquides. Avantageusement le coefficient d'atténuation de chaque cellule peut être fixé individuellement. Avantageusement le miroir est constitué par la face arrière des cellules à cristaux liquides. Selon un second mode de réalisation le moyen d'égalisation spectrale est constitué d'une matrice d'obturateurs sous forme de microsystèmes électromécaniques.
Selon un troisième mode de réalisation le moyen d'égalisation spectrale est constitué d'un matériau thermo-optique. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec la Fig. unique qui représente une vue schématique d'un égaliseur selon l'invention. Dans la description qui suit, les différents éléments (lentilles, miroir,...) sont positionnés les uns par rapport aux autres de façon à réaliser les fonctions que l'on attend d'eux. Par exemple lorsqu'un faisceau doit se focaliser en un point il faut que le dispositif de focalisation et le point soient éloignés d'une distance qui permet effectivement la focalisation en ce point. La Fig. unique représente un égaliseur 100 selon l'invention. Cet égaliseur 100 est positionné à la sortie d'une fibre optique 102. Un faisceau incident 101 est émis à partir de la fibre optique 102 et pénètre dans l'égaliseur 100. Le faisceau incident 101 est constitué d'au moins une longueur d'onde.
Préférentiellement le faisceau incident 101 est constitué d'au moins deux longueurs d'onde. L'égaliseur 100 est constitué d'un moyen de démultiplexage/multiplexage spatial 103, d'un moyen d'égalisation spectrale 105 et d'un dispositif réfléchissant 120. Le moyen de démultiplexage/multiplexage spatial 103 est constitué d'un VIPA 106, d'un dispositif de focalisation 104à en amont du VIPA 106 et d'un dispositif de focalisation 104b en aval du VIPA 106. L'amont et l'aval sont définis par rapport au sens de propagation du faisceau incident 101. Le dispositif de focalisation 104a peut être une succession de deux lentilles plan-convexes. La lentille qui focalise le faisceau incident sur le VIPA est préférentiellement une lentille cylindrique afin de créer une ligne lumineuse qui vient se focaliser sur le VIPA. Le dispositif de focalisation 104b peut être une lentille biconvexe. Le VIPA est constitué d'une plaque de verre 106 limitée par deux parois 110,
112 parallèles et est associé au dispositif réfléchissant qui est ici représenté par un miroir 120. La plaque 106 présente un angle θ par rapport à la direction de propagation du faisceau incident 101 qui y pénètre. La première paroi 110 située du côté où le faisceau incident 101 pénètre a un coefficient de réflexion de 100%, sauf au niveau de l'entrée 114 du faisceau incident 101 où le coefficient de réflexion est nulle. La seconde paroi 112 a un coefficient de réflexion inférieur à 100% pour les faisceaux qui se propagent à l'intérieur de la plaque de verre 106, ce qui permet une transmission partielle du faisceau à travers cette seconde paroi 112. Le faisceau
incident est préférentiellement focalisé sur la seconde paroi 112 à travers l'entrée 114. Le faisceau qui pénètre dans le VIPA 106 par l'entrée 114, ressort en partie par la seconde paroi 112 à chaque réflexion sur cette seconde paroi 112. A chaque fois que le faisceau qui circule dans le VIPA rencontre la seconde paroi 112, une partie du faisceau est transmise à travers cette seconde paroi 112 et l'autre partie est réfléchie vers la première paroi 110. La partie transmise crée ainsi un faisceau. A chacun des ordres d'interférences correspond une répartition spatiale des faisceaux correspondant aux différentes longueurs d'onde constituant le faisceau incident 101. Le miroir 120 permet par combinaison de sa position ou de son déplacement de compenser la dispersion chromatique créée lors du parcours du faisceau dans la fibre optique. En particulier le miroir 120 est positionné de façon à réfléchir pour chaque longueur d'onde uniquement certains ordres d'interférences issus du VIPA. Le miroir peut avoir une forme concave ou convexe qui permet de modifier la compensation de dispersion chromatique après le passage dans le VIPA. Le miroir peut aussi avoir une forme combinant des courbures concaves et convexes pour réfléchir différemment les différents faisceaux issus du VIPA et ainsi allonger ou raccourcir les chemins optiques associés modifiant ainsi la dispersion chromatique pour chaque longueur d'onde. Pour chaque longueur d'onde et pour chaque ordre d'interférence, les faisceaux démultiplexés 116, 118 issus du moyen de démultiplexage spatial 103 ont des directions de propagation différentes ce qui permet de les traiter séparément. Le dispositif de focalisation 104b en aval du VIPA 106 permet de focaliser les faisceaux démultiplexés 116, 118 sur le moyen d'égalisation spectrale 105. Le moyen d'égalisation spectrale 105 est constitué d'une matrice de cellules à cristaux liquides 122. Les cellules à cristaux liquides 122 sont positionnées de façon à ce que chacun des faisceaux démultiplexés 116, 118 se focalise sur une ou plusieurs cellules à cristaux liquides 123, 124. Lors du passage des faisceaux démultiplexés 116, 118 à travers les cellules à cristaux liquides 123, 124, la puissance des faisceaux est atténuée. Chaque cellule à cristaux liquides 123, 124 est caractérisée par un coefficient d'atténuation spécifique, qui permet de réduire la puissance de chaque faisceau pour obtenir des faisceaux démultiplexés égalisés. Après le passage à travers les cellules à cristaux liquides 123, 124, les faisceaux démultiplexés sont réfléchis par le miroir 120. Chaque faisceau démultiplexé se réfléchit sur un endroit spécifique du miroir 120. Cet endroit est préférentiellement différent pour chaque longueur d'onde. La forme adaptée du
miroir 120 permet alors de diriger les faisceaux réfléchis dans une direction particulière. Les faisceaux traversent à nouveau les cellules à cristaux liquides. L'utilisation du miroir 120 permet de faire passer deux fois les faisceaux démultiplexés 116, 118 dans le moyen d'égalisation spectrale 105. On a alors une atténuation double par rapport à un passage simple. Les faisceaux sont alors égalisés. Les faisceaux démultiplexés égalisés compensés sont ensuite re-multiplexés grâce au moyen de multiplexage 103. Le dispositif 104b collimate alors les faisceaux démultiplexés égalisés compensés sur le VIPA 106. Le VIPA est alors un multiplexeur qui forme un faisceau multiplexe égalisé compensé et le dispositif de focalisation 104a focalise alors ce faisceau sur la fibre optique 102. Un circulateur est mis en place au niveau de la fibre optique 102 pour séparer le faisceau incident 101 du faisceau multiplexe égalisé. La mise en place du VIPA 106 associé au miroir 120 crée une différence de longueur de chemin optique selon les longueurs d'onde réalisant ainsi un compensateur de dispersion chromatique. Les pertes par insertion dues à l'égaliseur spectral à compensation de dispersion chromatique 100 dans la ligne de transmission sont inférieures à celles que l'on obtient si l'on met en espace libre deux dispositifs distincts sur la ligne de transmission, à savoir un égaliseur spectral et un compensateur de dispersion. Le coefficient d'atténuation de chaque cellule à cristaux liquides 123, 124 peut être fixé individuellement par l'utilisateur lors de l'installation de l'égaliseur spectral 100, si celui-ci connaît l'atténuation qui doit être appliqué à chaque faisceau. Le coefficient d'atténuation des cellules à cristaux liquides 123, 124 peut être fixé automatiquement. Une partie des faisceaux doit être extraite avant ou après le moyen d'égalisation 105. Chaque partie extraite est alors mesurée pour vérifier la puissance de chacun des faisceaux et les coefficients d'atténuation des cellules à cristaux liquides 122, 123, 124 sont ajustés pour obtenir les faisceaux égalisés désirés. L'extraction peut se faire en sortie du VIPA 106, où une partie des faisceaux ι démultiplexés peut être prélevée afin que chacune soit dirigée vers le dispositif de mesure de puissance. L'extraction peut aussi se faire en utilisant un miroir 120 dont le coefficient de réflectivité est inférieur à 100%, la partie des faisceaux transmise à travers le miroir 120 est alors envoyée vers le dispositif de mesure de puissance. L'ajustement du coefficient d'atténuation des cellules à cristaux liquides 122, 123, 124 se fait grâce à un dispositif électronique qui agit sur ces cellules pour
modifier leur coefficient d'atténuation, en réponse à une commande de l'utilisateur ou du dispositif de mesure de puissance. Les cellules à cristaux liquides 122, 123, 124 contiemient des cristaux liquides dans un polymère. Lorsque les cellules ne sont soumises à aucune tension électrique les cristaux liquides ont une orientation quelconque, le faisceau rencontrant ces cristaux liquides subissent alors une diffusion, créant ainsi une forte atténuation du faisceau dans la direction d'incidence. Lorsque les cellules sont soumises à une tension électrique les cristaux liquides prennent une orientation spécifique, le faisceau subit alors une diffusion et une atténuation plus faibles. La valeur de la tension appliquée permet de faire varier la valeur de l'atténuation. Il est possible de réaliser des cellules à cristaux liquides 122 dont la face arrière
126 est réfléchissante. L'utilisation de telles cellules facilite la mise en place du moyen d'égalisation spectrale et il est possible de donner à ce moyen une forme spécifique, par exemple pour diriger chaque faisceau dans une direction particulière, pour permettre une compensation particulière pour chaque longueur d'onde. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Par exemple le moyen d'égalisation spectrale 105 peut être constitué d'une matrice d'obturateurs sous forme de microsystèmes électromécaniques, qui bloquent plus ou moins les faisceaux démultiplexés 116, 118. Le moyen d'égalisation spectrale 105 peut être aussi un matériau thermooptique qui absorbe une partie de la puissance du faisceau qui le traverse. Les moyens de multiplexage et de démultiplexage sont confondus mais on peut envisager que la réflexion sur le miroir 120 renvoie les faisceaux sur un autre dispositif de multiplexage. Dans ce cas le moyen d'égalisation spectrale 105 peut être positionné à une certaine distance du miroir 120 et les faisceaux démultiplexés 116, 118 passent une seule fois dans le moyen d'égalisation spectrale 105. Le moyen d'égalisation spectrale 105 peut être placé en amont ou en aval du miroir 120.