WO2007042678A1 - Dispositif optique pour l'adressage d' une cavite esclave par une source large bande - Google Patents

Dispositif optique pour l'adressage d' une cavite esclave par une source large bande Download PDF

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WO2007042678A1
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optical
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wavelength
slave
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Nicolas Dubreuil
Gilles Pauliat
Gérald Roosen
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Centre National De La Recherche Scientifique-Cnrs
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device comprising an optical source capable of emitting a light beam according to a plurality of emission wavelengths, at least one laser, each of said at least one laser comprising a holographic medium, means for injecting said light beam from said optical source into said at least one laser, said holographic medium being able to generate a hologram so as to oscillate said at least one laser in at least one oscillation mode, said at least one mode oscillation being determined by at least one excitation wavelength among said plurality of emission wavelengths.
  • optical source used is a tunable" master "laser, a light source having a long coherence length.
  • This master laser is used to address a cavity of a slave laser through a recording in a holographic material of the cavity.
  • the spectrum emitted by the latter is modified.
  • the new mode structure that oscillates in the cavity of the slave laser records a hologram in the dynamic holographic medium.
  • This hologram reduces the losses of the mode or modes that oscillate in the cavity of the laser slave and allows the strengthening of the operation of the slave laser in a particular mode.
  • the hologram persists and allows the slave laser to maintain the wavelength imposed by the master source during injection.
  • the wavelength of the slave laser is fixed by optical injection of a beam from a master source and stored by the dynamic holographic medium inserted into the cavity of the slave laser. This wavelength is then preserved after extinction of the beam from the master laser. In this way, it is possible to address a second slave laser, possibly on a different wavelength, the first slave laser continuing to oscillate according to the fixed wavelength.
  • a second disadvantage of the device according to the prior art mentioned above is related to the constraints of polarization between the master laser and the slave laser (s). Indeed, in the case where the polarization state of the master laser is orthogonal to the polarization state of the slave laser, the operation of the slave laser will not be disturbed by the beam from the master laser, and no addressing will be possible. realized. This is why the assembly according to the aforementioned prior art requires a polarization controller to at least prevent the polarizations of the two lasers are orthogonal. It will be understood that the need for such a controller is a disadvantage of the assembly according to the aforementioned prior art.
  • a third disadvantage of the device according to the aforementioned prior art is the cost of the single-mode laser used as well as the relative complexity of the assembly.
  • One of the aims of the present invention is therefore to remedy at least one of the disadvantages mentioned above.
  • an optical device comprising an optical source capable of emitting a light beam according to a plurality of emission wavelengths, at least one laser, each of said at least one laser comprising a medium. holographic, injection means of said light beam from said optical source in said at least one laser, said holographic medium being capable of generating a hologram so as to oscillate said at least one laser in at least one oscillation mode, said at least one oscillation mode being determined by at least one wavelength of excitation among said plurality of emission wavelengths, characterized in that said optical source comprises a light source emitting simultaneously according to said plurality of emission wavelengths.
  • said optical source comprising a light source emitting simultaneously according to said plurality of emission wavelengths
  • the plurality of emission wavelengths can be simultaneously generated discretely or continuously.
  • An example of such a broadband source is a source producing light by an amplified spontaneous emission (ESA) process.
  • ESA amplified spontaneous emission
  • the broadband source emits a light beam comprising all the polarization states
  • said injection means advantageously comprise an optical filter capable of selecting at least one filter wavelength from among said plurality of wavelengths resignation.
  • Said at least one filtering wavelength is for example obtained by specifying a central wavelength and a spatial selectivity for the optical filter, these two lengths being for example tunable.
  • said at least one filtering wavelength is variable.
  • said injection means optionally furthermore comprise an optical isolator positioned at the output of said optical source.
  • said injection means optionally further comprise a variable attenuator.
  • said laser comprises an optical cavity and an amplifying medium.
  • said injection means of said light beam from said optical source in said at least one laser comprises an optical circulator.
  • optical circulator is advantageous for isolating said optical source from the light radiation emitted by said laser, and possibly makes it possible to dispense with the use of an optical isolator.
  • the said injection means comprise spatial switching means comprising at least one output and filtering means of the said plurality of emission wavelengths capable of selecting at least one length. filtering wavelength among said plurality of emission wavelengths, each of said at least one output of said spatial switching means being connected to each of said lasers so as to selectively inject said light beam from said optical source into each of said laser, said selection of each of said lasers being a function of said at least one filtering wavelength.
  • said filtering means are integrated in said switching means in a multiplexer-demultiplexer, preferably tunable for adjusting the wavelengths associated with each output as well as the selectivity and / or a spatial selectivity width.
  • FIG. 1 shows a diagram of the device according to the present invention
  • FIG. 2 represents a diagram of the device according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 3 shows a diagram of the device according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 shows a diagram of the device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 represents a diagram of the device according to the invention in the context of an experimental embodiment.
  • Figure 6 shows the addressing results obtained through the use of a device according to the present invention.
  • Illustrated Figure 1 schematically shows a device 1 according to the invention.
  • This device comprises a laser 3 subsequently called “slave laser”.
  • this laser 3 comprises an optical cavity formed by the mirrors C and CS, and an amplifying medium MA.
  • This laser 3 also comprises a dynamic MH holographic medium.
  • the wavelength of the optical cavity of the slave laser 3 is set by optical injection of a beam from an optical source 2 called "master source”.
  • This master source 2 is an external light source SL having a broadband spectrum and is optionally filtered by means of an optical filter FO.
  • the spectrum emitted by the latter is modified.
  • the new mode structure oscillating in the cavity of the slave laser 3 records a hologram in the dynamic holographic medium.
  • This hologram decreases the losses of the mode or modes that oscillate in the cavity of the slave laser 3 and allows the strengthening of the operation of the slave laser in a particular mode.
  • the hologram persists and allows the slave laser 3 to maintain the wavelength imposed by the master source during injection.
  • the wavelength of the slave laser 3 is fixed by optical injection of a beam from a master source 2 and stored by the dynamic holographic medium inserted in the cavity of the slave laser. This wavelength is then preserved after extinction of the beam from the master source 2.
  • the slave laser comprises an amplifying medium MA and a linear cavity formed by at least two mirrors C and CS, called respectively "coupler” and “output coupler” inside which is inserted a dynamic holographic medium MH.
  • the master source comprises a broadband emission spectrum light source SL which may optionally be filtered by means of a bandpass type optical filter centered around a fixed or adjustable wavelength FO.
  • the FO optical filter is optional if the SL source has the required spectral characteristics, in particular if the emission band corresponds to the oscillation mode that is to be excited within the optical cavity 3.
  • the beam coming from the master source 2 is injected into the slave laser 3, either directly or by having previously passed through an optical isolator IO which protects the master source against external interference illumination and / or a variable attenuator AV which makes it possible to regulate the power of the beam from the master laser to be injected into the slave laser.
  • optical links that appear between the various elements are either in free space or in optical waveguides, for example optical fiber type.
  • the beam emitted by the master source 2 is injected into the optical cavity of the slave laser through an optical circulator.
  • the beam from the master source enters the optical circulator CO, and is then directed directly into the slave laser 3, in incidence on the mirror CS.
  • the laser beam produced by the slave laser can exit through the coupler C or through the output coupler CS.
  • the beam emitted through the output coupler CS is incident on the optical circulator CO and is directed outwards and not towards the master source.
  • CO optical circulator is particularly advantageous when the coupler C of the slave laser is a highly reflective mirror.
  • the optical circulator isolates the master source against the light radiation emitted by the slave laser and eliminates the possibility of an optical isolator IO as described above.
  • the beam coming from the master source enters the optical circulator CO, and is then directed directly into the slave laser 3, in incidence on the mirror C.
  • the laser beam produced by the slave laser can exit through the coupler C or through the output coupler CS.
  • the beam emitted through the output coupler C is incident on the optical circulator CO and is directed outwards and not towards the master source.
  • the beam emitted through the output coupler CS is directed towards the outside.
  • the light beam coming from the master source is advantageously used for injection into different slave lasers.
  • the injection time at a slave laser substantially corresponds to the time required for the holographic medium MH to register, and following this inscription, we can use the beam for another slave laser, the first slave laser. continuing to oscillate in the selected mode.
  • the beam coming from the master source is moved to the slave laser or lasers to be controlled.
  • N slave lasers as described above, all of which are connected to the master source by a spatial switching matrix MCS.
  • This matrix has the function of selecting an optical path for connecting the beam from the master laser to one or more slave lasers which are connected to the different outputs S1, S2,... SN of the MCS matrix.
  • the use of a single master source to control N lasers slave is of great interest, especially when the master source 2 is tunable wavelength, for example by acting on the optical filter FO.
  • Each slave laser is then addressable at different wavelengths. This addressing is optical and reconfigurable. To change the operating wavelength of a slave laser, it is sufficient to repeat the injection process having previously granted the master source in the vicinity of a new wavelength. There is thus an array of lasers with optical addressing of the reconfigurable wavelength.
  • the spatial switching matrix MCS can be replaced by a multiplexer-demultiplexer MUX whose function is to connect the slave N master laser source 3 via the outputs S1, S2, ..., SN of the multiplexer-demultiplexer MUX, while introducing a spectral selectivity function.
  • the multiplexer-demultiplexer MUX therefore also performs an optical filtering function of the broadband source SL, which makes it possible, for example, to dispense with an optical filter FO as previously described.
  • the broadband source SL used is a fiber source of the type "Spontaneous Amplified Emission". It is based on the use of an optical fiber doped with erbium ions pumped by a laser diode. The thus pumped fiber outputs a spatially coherent beam by emission according to the fundamental mode of the fiber, whose continuous spectrum extends over a wide spectral band between 1565 - 1610 nm. It also provides a power greater than + 10 dBm (10 mW).
  • the source used is for example a source sold under the trade name "Fiber White” by the company "Photonetics”.
  • the process at the base of the beam generation is a process of photon generation by spontaneous emission, some of which are then amplified, the beam contains all possible polarization states.
  • the beam from the wide source SL is then filtered via an optical filter FO whose central wavelength is adjustable, as well as the spectral width in which the filter is passing.
  • It is a bandpass filter.
  • a demultiplexer used in telecommunication but whose particularity is to allow an adjustment of the spacing between channels (and therefore the wavelength of each filter) and the spectral width associated with the channels.
  • Such a filter is for example known under the trade name "Tunable Mies" sold by the company "Kylia”. His performances allow a filter width adjustment between 20 and 50 GHz and fully wavelength tunable on the C and L bands (between 1530 and 1610 nm).
  • variable attenuator it is also possible after the filter described above, a variable attenuator to control the power to be injected into the slave laser. It is also positioned a CO optical circulator for both the injection from the master source into the cavity of the slave laser, and the analysis of properties from the slave laser.
  • the slave laser source 3 is, for example, an extended cavity-mounted laser diode source comprising a photorefractive crystal. It consists of a diffraction-limited laser diode whose output face is anti-reflection treated (residual reflection coefficient less than 0.001%). It plays the role of amplifying medium.
  • the laser cavity is formed by the mirror of the rear face of the diode and a plane mirror remote reflection coefficient around 10%. Collimation of the beam emitted by the laser diode is achieved using an aspherical lens.
  • a photorefractive crystal of cadmium telluride (Cd Te) is inserted between the lens and the distant mirror.
  • the crystal constitutes a dynamic holographic medium in which a refractive index network will develop spontaneously.
  • the output signal of the slave laser and the master source is analyzed in two ways by inserting a 50/50 coupler.
  • a Fabry-Perot for example sold under the trade name "Melles Griot” makes it possible to check the monomode character of the oscillation while an optical spectrum analyzer for example sold under the trade name "Walics” simultaneously measures the optical spectra associated with the master and the slave with a resolution of 20 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows all the spectra that have been memorized by the slave laser after injection of the filtered broadband source by means of the tunable filter. Each spectrum corresponds to a position of the central wavelength of the tunable filter and is measured after extinction of the master-slave relationship. Figure 6 also shows the spectrum of the broad source that addressed each mode.
  • the wavelength peaks of Figure 6 indicate that broadband source addressing works well with a device according to the present invention.
  • the device can for example be used as a transmitter in passive optical networks (PON, for "Passive Optical Networks” in English).
  • PON passive optical networks
  • SOPs refer to optical fiber networks that can be deployed for so-called “access” networks that are closest to subscribers.
  • the device according to the present invention can offer significant improvements over currently studied solutions.
  • Some of these solutions consist of connecting subscribers to a central office via optical fibers, the subscriber having a transmitter centered around a particular wavelength connected to the central by a fiber. Each subscriber has a wavelength.
  • One of the current solutions would be to have at the subscriber a Fabry-Perot laser diode which, isolated from any external illumination, has a poor spectral quality.
  • ESA amplified spontaneous emission
  • MUX multiplexer / demultiplexer
  • slave lasers it is necessary to subject said so-called slave lasers to the injection of the beam from the master source only for a short duration (typically 100 ms) in order to select the wavelengths of the different slave lasers.
  • the latter are then no longer subjected to the injection and can transmit modulation information from subscribers to the central office.
  • the quality of the signal-to-noise ratio at the photoreceptor level will then be improved: the ESA source being absent, unlike the systems presented in the literature.
  • the beams emitted by the slave lasers are expected to be much quieter than those of the laser diodes subjected to the injection of an ESA source.
  • the spectral quality observed at the level of the slave lasers makes it possible to expect very little crosstalk between the different channels associated with each subscriber.

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif optique (1) comprenant une source optique (2) apte à émettre un faisceau lumineux selon une pluralité de longueurs d'onde d'émission et au moins un laser (3), chacun desdits au moins un laser (3) comprenant un milieu holographique (MH), des moyens d'injection (FO, MCS, MUX, CO, IO, AV) dudit faisceau lumineux issu de ladite source optique (2) dans ledit au moins un laser (3), ledit milieu holographique (MH) étant apte à générer un hologramme de sorte à faire osciller ledit au moins un laser dans au moins un mode d'oscillation, ledit au moins un mode d'oscillation étant déterminé par au moins une longueur d'onde d'excitation parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission, caractérisé en ce que ladite source optique comprend une source de lumière émettant simultanément selon ladite pluralité de longueur d'onde d'émission.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE POUR L'ADRESSAGE D'UNE CAVITE ESCLAVE PAR UNE SOURCE LARGE BANDE
La présente invention se rapporte à un dispositif optique comprenant une source optique apte à émettre un faisceau lumineux selon une pluralité de longueurs d'onde d'émission, au moins un laser, chacun desdits au moins un laser comprenant un milieu holographique, des moyens d'injection dudit faisceau lumineux issu de ladite source optique dans ledit au moins un laser, ledit milieu holographique étant apte à générer un hologramme de sorte à faire osciller ledit au moins un laser dans au moins un mode d'oscillation, ledit au moins un mode d'oscillation étant déterminé par au moins une longueur d'onde d'excitation parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission.
Ce type de dispositif est connu, par exemple dans la publication de N. Dubreuil, G. Pauliat et G. Roosen « Tunable
Self-Adaptive Laser Diode with Wavelength All-Optical
Addressing » (ECOC 2004 Proceedings - Vol. 3 - Paper We4.P.O65 - p. 600-601 ), dans laquelle la source optique utilisée est un laser dit « maître » accordable, source de lumière présentant une grande longueur de cohérence. Ce laser maître est utilisé pour adresser une cavité d'un laser esclave par l'intermédiaire d'un enregistrement dans un matériau holographique de la cavité.
Plus précisément, lorsque le faisceau issu du laser maître est injecté dans la cavité du laser esclave, le spectre émis par ce dernier est modifié. La nouvelle structure de modes qui oscille dans la cavité du laser esclave enregistre un hologramme dans le milieu holographique dynamique. Cet hologramme diminue les pertes du ou des modes qui oscillent dans la cavité du laser esclave et permet le renforcement du fonctionnement du laser esclave sur un mode particulier. Après coupure du faisceau issu de la source maître, l'hologramme persiste et permet au laser esclave de conserver la longueur d'onde imposée par la source maître lors de l'injection. Ainsi, la longueur d'onde du laser esclave est fixée par injection optique d'un faisceau issu d'une source maître et mémorisée par le milieu holographique dynamique inséré dans la cavité du laser esclave. Cette longueur d'onde est alors conservée après extinction du faisceau issu du laser maître. De la sorte, il est possible d'adresser un second laser esclave, éventuellement sur une longueur d'onde différente, le premier laser esclave continuant à osciller selon la longueur d'onde fixée.
Cette méthode avantageuse d'adressage d'un laser esclave par un laser maître possède cependant un certain nombre d'inconvénients.
D'abord, dans le cas de l'utilisation d'un laser maître, il est nécessaire d'ajuster très précisément la longueur d'onde du laser au voisinage d'un mode de la cavité laser esclave pour que la condition d'injection soit respectée. Si la longueur d'onde du laser maître est trop éloignée de celle d'un mode de la cavité esclave, il n'y aura pas déstabilisation du fonctionnement du laser esclave vers un fonctionnement à une longueur d'onde voisine de celle du laser maître. On comprendra que cette nécessité d'ajustement de la longueur d'onde du laser accordable est un inconvénient du montage tel que décrit dans la publication mentionnée ci-dessus.
Un second inconvénient du dispositif selon l'art antérieur mentionné ci-dessus est lié aux contraintes de polarisation entre le laser maître et le ou les lasers esclave. En effet, dans le cas où l'état de polarisation du laser maître est orthogonal à l'état de polarisation du laser esclave, le fonctionnement du laser esclave ne sera pas perturbé par le faisceau issu du laser maître, et aucun adressage ne pourra être réalisé. C'est pourquoi le montage selon l'art antérieur précité nécessite un contrôleur de polarisation pour au moins éviter que les polarisations des deux lasers ne soient orthogonales. On comprendra que la nécessité de disposer d'un tel contrôleur est un inconvénient du montage selon l'art antérieur précité. De plus, dans la situation où la relation physique entre les lasers maître et esclave est assurée au moyen d'une fibre optique, cette dernière introduit une biréfringence qui a pour effet d'agir sur l'état de polarisation des faisceaux. Il est alors nécessaire de compenser ces variations de biréfringence en ajustant systématiquement le contrôleur de polarisation. Il serait donc avantageux de s'affranchir des contraintes de polarisation entre la source maître et la cavité esclave.
Un troisième inconvénient du dispositif selon l'art antérieur précité est le coût du laser monomode utilisé ainsi que la relative complexité du montage.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier à au moins un des inconvénients mentionnés ci-dessus.
A cet effet, on prévoit selon la présente invention, un dispositif optique comprenant une source optique apte à émettre un faisceau lumineux selon une pluralité de longueurs d'onde d'émission, au moins un laser, chacun desdits au moins un laser comprenant un milieu holographique, des moyens d'injection dudit faisceau lumineux issu de ladite source optique dans ledit au moins un laser, ledit milieu holographique étant apte à générer un hologramme de sorte à faire osciller ledit au moins un laser dans au moins mode d'oscillation, ledit au moins mode d'oscillation étant déterminé par au moins une longueur d'onde d'excitation parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission, caractérisé en ce que ladite source optique comprend une source de lumière émettant simultanément selon ladite pluralité de longueur d'onde d'émission.
Par la suite, ladite source optique comprenant une source de lumière émettant simultanément selon ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission sera dénommé « source large bande ». La pluralité de longueurs d'onde d'émission peut être générée simultanément de façon discrète ou continu. Un exemple d'une telle source large bande est une source produisant de la lumière par un processus d'émission spontanée amplifiée (ESA).
Considérons par exemple un adressage en longueurs d'onde d'un laser esclave selon un peigne de longueurs d'onde espacés de 0,4 nm (100 GHz). Dans ce cas, il est nécessaire selon l'art antérieur mentionné ci-dessus, d'ajuster la longueur du laser maître avec une précision de l'ordre de quelques picomètres (quelques GHz). Selon la présente invention, on peut choisir une source large bande dont la largeur pourrait être typiquement de 0,4 nm (100 GHz), et dont la longueur d'onde centrale pourrait être ajustée autour de la longueur d'onde visée mais avec une précision qui ne serait plus qu'une fraction de l'espacement entre les longueurs d'onde visées pour le laser esclave.
Par ailleurs, dans le cas avantageux où la source large bande émet un faisceau lumineux comprenant tous les états de polarisation, il existe toujours des états de polarisation non orthogonaux au mode de cavité, ce qui permet d'éviter l'utilisation d'un contrôleur de polarisation.
Afin de sélectionner un mode d'oscillation spécifique associé à ladite au moins une longueur d'onde, lesdits moyens d'injection comprennent avantageusement un filtre optique apte à sélectionner au moins une longueur d'onde de filtrage parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission.
Ladite au moins une longueur d'onde de filtrage est par exemple obtenue en spécifiant une longueur d'onde centrale et une sélectivité spatiale pour le filtre optique, ces deux longueurs pouvant par exemple être accordables.
Par ailleurs, afin de pouvoir modifier ledit mode d'oscillation, ladite au moins une longueur d'onde de filtrage est variable.
Par ailleurs, afin de protéger ladite source optique contre des éclairements parasites extérieurs, lesdits moyens d'injection comprennent éventuellement en outre un isolateur optique positionné en sortie de ladite source optique.
, De plus, afin de pouvoir régler la puissance du faisceau issu de ladite source optique, lesdits moyens d'injection comprennent éventuellement en outre un atténuateur variable.
On notera que de façon connue en soi, ledit laser comprend une cavité optique et un milieu amplificateur.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens d'injection dudit faisceau lumineux issu de ladite source optique dans ledit au moins un laser comprennent un circulateur optique.
On notera que l'utilisation d'un tel circulateur optique est avantageuse pour isoler ladite source optique des radiations lumineuses émises par ledit laser, et permet éventuellement de s'affranchir de l'utilisation d 'un isolateur optique.
De plus, selon un autre mode de réalisation, lesd its moyens d'injection comprennent des moyens de commutation spatiale comportant au moins une sortie et des moyens de filtrage de ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission apte à sélectionner au moins une longueur d'onde de filtrage parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission, chacune desdites au moins une sortie desdits moyens de commutation spatiale étant reliée à chacun desdits lasers de sorte à injecter sélectivement ledit faisceau lumineux issu de ladite source optique dans chacun desdits laser, ladite sélection de chacun desdits lasers étant fonction de ladite au moins une longueur d'onde de filtrage.
Dans ce dernier mode de réalisation, dans le cas d'une pluralité des dits lasers esclave, il est avantageux de pouvoir adresser ces dernières selon différentes longueurs d'onde.
Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de filtrage sont intégrés aux dits moyens de commutation au sein d'un multiplexeur-démultiplexeur, de préférence accordable pour l'ajustement des longueurs d'ondes associées à chaque sortie ainsi que de la sélectivité et/ou d'une largeur de sélectivité spatiale. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront dans sa description détaillée ci-dessous.
L'invention sera également mieux comprise en référence aux dessins suivants, dans lesquels les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 représente un schéma du dispositif selon la présente invention ; - La figure 2 représente un schéma du dispositif selon un premier mode de réalisation de la présente invention;
La figure 3 représente un schéma du dispositif selon un second mode de réalisation de la présente invention;
La figure 4 représente un schéma du dispositif selon un troisième mode de réalisation de la présente invention;
La figure 5 représente un schéma du dispositif selon l'invention dans le cadre d'une réalisation expérimentale.
La figure 6 représente les résultats d'adressage obtenus grâce à l'utilisation d'un dispositif selon la présente invention.
Illustré figure 1 , on a représenté schématiquement un dispositif 1 selon l'invention. Ce dispositif comprend un laser 3 appelée par la suite « laser esclave ». De façon connue en soi, ce laser 3 comprend une cavité optique formée par les miroirs C et CS, et un milieu amplificateur MA. Ce laser 3 comprend également un milieu holographique MH dynamique. La longueur d'onde de la cavité optique du laser esclave 3 est fixée par injection optique d'un faisceau issu d'une source optique 2 dite « source maître ». Cette source maître 2 est une source lumineuse SL externe ayant un spectre large bande et est éventuellement filtrée au moyen d'un filtre optique FO.
Lorsque le faisceau issu de la source maître est injecté dans la cavité du laser esclave, le spectre émis par ce dernier est modifié. La nouvelle structure de modes qui oscille dans la cavité du laser esclave 3 enregistre un hologramme dans le milieu holographique dynamique. Cet hologramme diminue les pertes du ou des modes qui oscillent dans la cavité du laser esclave 3 et permet le renforcement du fonctionnement du laser esclave sur un mode particulier. Après coupure du faisceau issu de la source maître 2, l'hologramme persiste et permet au laser esclave 3 de conserver la longueur d'onde imposée par la source maître lors de l'injection. Ainsi, la longueur d'onde du laser esclave 3 est fixée par injection optique d'un faisceau issu d'une source maître 2 et mémorisée par le milieu holographique dynamique inséré dans la cavité du laser esclave. Cette longueur d'onde est alors conservée après extinction du faisceau issu de la source maître 2.
Le laser esclave comprend un milieu amplificateur MA et une cavité linéaire formée par au moins deux miroirs C et CS, dénommés respectivement « coupleur » et « coupleur de sortie » à l'intérieur de laquelle est inséré un milieu holographique dynamique MH. La source maître comprend une source de lumière à spectre d'émission large bande SL qui peut-être éventuellement filtrée au moyen d'un filtre optique de type passe-bande centré autour d'une longueur d'onde fixe ou ajustable FO.
Le filtre optique FO est optionnel si la source SL présente des caractéristiques spectrales requises, en particulier si la bande d'émission correspond au mode d'oscillation que l'on veut exciter au sein de la cavité optique 3.
Le faisceau issu de la source maître 2 est injecté dans le laser esclave 3, soit directement, soit en ayant au préalable traversé un isolateur optique IO qui protège la source maître contre des éclairements parasites extérieurs et/ou un atténuateur variable AV qui permet de régler la puissance du faisceau issu du laser maître à injecter dans le laser esclave.
Les liaisons optiques qui figurent entre les différents éléments (flèches noires sur les figures) se font soit en espace libre, soit dans des guides d'onde optique, par exemple de type fibre optique.
On décrit maintenant différents modes de réalisation avantageux de la présente invention.
Illustré figure 2, selon un premier mode de réalisation, on réalise l'injection du faisceau émis par la source maître 2 dans la cavité optique du laser esclave à travers un circulateur optique
CO. Le faisceau issu de la source maître pénètre dans le circulateur optique CO, et est alors dirigé directement dans le laser esclave 3, en incidence sur le miroir CS. Le faisceau laser produit par le laser esclave peut sortir à travers le coupleur C ou bien à travers le coupleur de sortie CS. Le faisceau émis à travers le coupleur de sortie CS est incident sur le circulateur optique CO et est dirigé vers l'extérieur et non vers la source maître.
L'utilisation d'un circulateur optique CO est particulièrement intéressante lorsque le coupleur C du laser esclave est un miroir hautement réfléchissant. En outre, le circulateur optique CO isole la source maître contre les radiations lumineuses émises par le laser esclave et permet de s'affranchir d'un éventuel isolateur optique IO tel que décrit plus haut.
Selon une variante, le faisceau issu de la source maître pénètre dans le circulateur optique CO, et est alors dirigé directement dans le laser esclave 3, en incidence sur le miroir C. Le faisceau laser produit par le laser esclave peut sortir à travers le coupleur C ou bien à travers le coupleur de sortie CS. Le faisceau émis à travers le coupleur de sortie C est incident sur le circulateur optique CO et est dirigé vers l'extérieur et non vers la source maître. Le faisceau émis à travers le coupleur de sortie CS est quant à lui dirigé vers l'extérieur.
Selon un second mode de réalisation illustré figure 3, on utilise avantageusement le faisceau lumineux issu de la source maître pour l'injection dans différents lasers esclave.
En effet, le temps d'injection au niveau d'un laser esclave correspond sensiblement au temps nécessaire au milieu holographique MH pour s'inscrire, et suite à cette inscription, on peut utiliser le faisceau pour un autre laser esclave, le premier laser esclave continuant à osciller dans le mode sélectionné.
On déplace donc selon ce mode de réalisation, le faisceau issu de la source maître vers le ou les lasers esclave à contrôler. On dispose donc par exemple N lasers esclave tels que décrits ci- dessus, tous reliés à la source maître par une matrice de commutation spatiale MCS. Cette matrice a pour fonction de sélectionner un chemin optique pour relier le faisceau issu du laser maître vers un ou plusieurs lasers esclave qui sont reliés aux différentes sorties S1 , S2, ... SN de la matrice MCS. L'utilisation d'une seule source maître pour contrôler N lasers esclave est d'un très grand intérêt, en particulier lorsque la source maître 2 est accordable en longueur d'onde, en agissant par exemple sur le filtre optique FO. Chaque laser esclave est alors adressable à des longueurs d'onde différentes. Cet adressage est optique et reconfigurable. Pour changer la longueur d'onde de fonctionnement d'un laser esclave, il suffit de réitérer le processus d'injection en ayant au préalable accordé la source maître au voisinage d'une nouvelle longueur d'onde. On dispose ainsi d'une matrice de lasers à adressage optique de la longueur d'onde reconfigurable.
Selon une variante de ce mode de réalisation, on peut également intégrer un circulateur optique CO entre la source maître et la matrice de commutation spatiale et bénéficier ainsi des avantages susmentionnés du circulateur optique CO.
Illustré figure 4, encore selon un autre mode de réalisation, la matrice de commutation spatiale MCS peut être remplacée par un multiplexeur-démultiplexeur MUX dont la fonction de relier la source maître à N laser esclaves 3 par l'intermédiaire des sorties S1 , S2, ... , SN du multiplexeur-démultiplexeur MUX, tout en introduisant une fonction de sélectivité spectrale.
Le multiplexeur-démultiplexeur MUX réalise donc également un fonction de filtrage optique de la source large bande SL, ce qui permet par exemple de s'affranchir d'un filtre optique FO tel que précédemment décrit.
Selon une variante du mode de réalisation précédemment décrit, on peut également insérer un circulateur optique CO entre la source large bande SL et le multiplexeur-démultiplexeur MUX. Les avantages d'un tel circulateur optique CO sont alors ceux évoqués précédemment.
Illustré figures 5 et 6, on décrit maintenant un dispositif selon l'invention pour lequel des résultats expérimentaux ont été obtenus.
La source large bande SL utilisée est une source fibrée de type « Emission Spontanée Amplifiée ». Elle est basée sur l'utilisation d'une fibre optique dopée aux ions erbium pompés par une diode laser. La fibre ainsi pompée délivre en sortie un faisceau spatialement cohérent par émission selon le mode fondamental de la fibre, dont le spectre continu s'étend sur une bande spectrale large comprise entre 1565 - 1610 nm. Elle fournit en outre une puissance supérieure à + 10 dBm (10 mW). La source utilisée est par exemple une source vendue sous le nom commercial « Fiber White » par la société « Photonetics ». Enfin, le processus à la base de la génération du faisceau est un processus de génération de photons par émission spontanée dont certains sont ensuite amplifiés, le faisceau contient tous les états de polarisation possibles.
Le faisceau issu de la source large SL est alors filtré via un filtre optique FO dont la longueur d'onde centrale est ajustable, de même que la largeur spectrale selon laquelle le filtre est passant. C'est un filtre de type passe-bande. On peut par exemple utiliser un démultiplexeur utilisé en télécommunication mais dont la particularité est d'autoriser un réglage de l'espacement entre canaux (et donc de la longueur d'onde de chaque filtre) et de la largeur spectrale associée aux canaux. Un tel filtre est par exemple connu sous le nom commercial « Tunable Mies » vendu par la société « Kylia ». Ses performances autorisent un ajustement de la largeur du filtre compris 20 et 50 GHz et totalement accordable en longueur d'onde sur les bandes C et L (entre 1530 et 1610 nm).
On peut également disposer à la suite du filtre précédemment décrit, un atténuateur variable pour contrôler la puissance à injecter dans le laser esclave. On positionne également un circulateur optique CO permettant à la fois de réaliser l'injection depuis la source maître dans la cavité du laser esclave, et l'analyse des propriétés issues du laser esclave.
La source laser esclave 3 est par exemple une source à diode laser montée en cavité étendue comprenant un cristal photoréfractif. Elle est constituée d'une diode laser limitée par diffraction et dont la face de sortie est traitée anti-reflet (coefficient de réflexion résiduel inférieur à 0,001 %). Elle joue le rôle de milieu amplificateur. La cavité du laser est formée par le miroir de la face arrière de la diode et d'un miroir plan distant de coefficient de réflexion autour de 10 %. La collimation du faisceau émis par la diode laser est réalisée à l'aide d'une lentille asphérique. Enfin, un cristal photoréfractif de Tellurure de Cadmium (Cd Te) est inséré entre la lentille et le miroir distant. Le cristal constitue un milieu holographique dynamique dans lequel se développera spontanément un réseau d'indice de réfraction.
L'analyse du signal en sortie du laser esclave et de la source maître est réalisée de deux manières grâce à l'insertion d'un coupleur 50/50. Un Fabry-Perot, par exemple vendu sous le nom commercial « Melles Griot » permet de vérifier le caractère monomode de l'oscillation tandis qu'un analyseur de spectre optique par exemple vendu sous le nom commercial « Walics » mesure simultanément les spectres optiques associés au maître et à l'esclave avec une résolution de 20 pm.
Afin d'obtenir les résultats d'adressage, on balaye le spectre en longueur d'onde avec la source large et on enregistre tous les modes adressés. La figure 6 présente l'ensemble des spectres qui ont été mémorisés par le laser esclave après injection de la source large bande filtrée au moyen du filtre accordable. A chaque spectre correspond une position de la longueur d'onde centrale du filtre accordable et est mesuré après extinction de la relation maître-esclave. La figure 6 fait également apparaître le spectre de la source large ayant permis d'adresser chaque mode.
Les pics de longueurs d'onde de la figure 6 indiquent que l'adressage une source large bande fonctionne convenablement avec un dispositif conforme à la présente invention.
Nous décrivons maintenant une application industrielle de la présente invention dans le domaine des télécommunications. Le dispositif peut par exemple servir d'émetteur dans les réseaux optique passifs (PON, pour « Passive Optical Networks » en langue anglaise). Les PON se réfèrent aux réseaux par fibres optiques qui peuvent être déployés pour les réseaux dits « d'accès » qui se situent au plus prés des abonnés.
Le dispositif selon la présente invention peut offrir des améliorations significatives par rapport aux solutions actuellement étudiées. Certaines de ces solutions consistent à relier des abonnés à un central par l'intermédiaire de fibres optiques, l'abonné disposant d'un émetteur centré autour d'une longueur d'onde particulière relié au central par une fibre. A chaque abonné correspond une longueur d'onde. Pour des raisons de coûts une des solutions retenues actuellement serait de disposer chez l'abonné d'une diode laser de type Fabry-Perot qui, isolée de toute illumination externe, présente une pauvre qualité spectrale. En disposant dans le central d'une source lumineuse de type émission spontanée amplifiée (ESA), et en reliant la sortie de cette source aux différentes diodes laser disposées chez l'abonné, par l'intermédiaire d'un circulateur optique, lui même relié à un multiplexeur/démultiplexeur (MUX), il a été démontré que les diodes laser de chaque abonné se calent autour de la longueur d'onde imposée par le canal du MUX auquel elle est reliée. Ces diodes sont alors modulées pour pouvoir transmettre en retour une information de l'abonné vers le central.
L'inconvénient de ce type d'architecture est que le contrôle en longueur d'onde desdits lasers disposés chez les abonnés impose de devoir continuellement mettre en relation les lasers et la source ESA. Dès que les lasers ne sont plus injectés par cette source, il s'en suit une disparition des propriétés spectrales appropriées de ces diodes et par voie de conséquence une rupture de la transmission. En outre, le fait que soit continuellement présent une source d'ESA gêne les photorécepteurs. En effet, cette source d'ESA engendre de la lumière parasite au niveau des photorécepteurs ce qui diminue la qualité du rapport signal à bruit de détection au détriment de la qualité de la transmission. Enfin, le fait que chacune des diodes laser soit soumise à l'injection via une source externe de type ESA engendre un excès de bruit supplémentaire sur le faisceau émis par ces diodes.
Au contraire, selon la présente invention il n'est nécessaire de soumettre les dits lasers esclave à l'injection du faisceau issu de la source maître que pendant une durée brève (typiquement 100 ms) afin de sélectionner les longueurs d'ondes des différents lasers esclave. Ces derniers ne sont alors plus soumis à l'injection et peuvent transmettre en régime de modulation une information des abonnés vers le central. On comprend aisément que la qualité du rapport signal à bruit au niveau des photorécepteurs sera alors améliorée : la source ESA étant absente contrairement aux systèmes présentés dans la littérature.
En outre, on s'attend à que les faisceaux émis par les lasers esclave soit beaucoup moins bruités que ceux des diodes laser soumises à l'injection d'une source ESA. Enfin, la qualité spectrale observée au niveau des lasers esclave (taux de suppression des modes latéraux supérieurs à 35 dB) fait que l'on peut s'attendre à une très faible diaphonie entre les différents canaux associés à chaque abonné.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optique (1 ) comprenant une source optique (2) apte à émettre un faisceau lumineux selon une pluralité de longueurs d'onde d'émission et au moins un laser (3), chacun desdits au moins un laser (3) comprenant un milieu holographique (MH), des moyens d'injection (FO, MCS, MUX1 CO, 10, AV) dudit faisceau lumineux issu de ladite source optique (2) dans ledit au moins un laser (3), ledit milieu holographique (MH) étant apte à générer un hologramme de sorte à faire osciller ledit au moins un laser dans au moins un mode d'oscillation, ledit au moins un mode d'oscillation étant déterminé par au moins une longueur d'onde d'excitation parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission, caractérisé en ce que ladite source optique comprend une source de lumière émettant simultanément selon ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission.
2. Dispositif optique selon la revendication 1 , dans lequel les moyens d'injection comprennent en outre un filtre optique (FO) apte à sélectionner au moins une longueur d'onde de filtrage parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission.
3. Dispositif optique selon la revendication 2, dans lequel ladite au moins une longueur d'onde de filtrage est variable.
4. Dispositif optique selon la revendication 1 , dans lequel lesdits moyens d'injection comprennent un isolateur optique (IO).
5. Dispositif optique selon la revendication 1 , dans lequel lesdits moyens d'injection comprennent un atténuateur variable (AV).
6. Dispositif optique selon la revendication 1 , dans lequel lesdits moyens d'injection comprennent un circulateur optique (CO).
7. Dispositif optique selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens d'injection comprennent des moyens de commutation spatiale comportant au moins une sortie et des moyens de filtrage de ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission apte à sélectionner au moins une longueur d'onde de filtrage parmi ladite pluralité de longueurs d'onde d'émission, chacune desdites au moins une sortie desdits moyens de commutation spatiale étant reliée à chacun desdits au moins un laser de sorte à injecter sélectivement ledit faisceau lumineux issu de ladite source optique dans chacune desdits au moins un laser, ladite sélection de chacun desdites au moins un laser étant fonction de ladite au moins une longueur d'onde de filtrage.
8. Dispositif optique selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens de commutation spatiale comprennent une matrice de commutation spatiale.
9. Dispositif optique selon la revendication 7 ou 8, dans lequel lesdits moyens de filtrage sont intégrés aux dits moyens de commutation au sein d'un multiplexeur-démultiplexeur.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite source optique est une source à émission spontanée amplifiée.
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