FR2733372A1 - Ring laser CW or pulse generator for soliton effect in fibre=optic telecommunications - Google Patents

Abstract

The generator has an optical circuit with a loop amplifier (1) and in-line modulator (4). Also provided is an electrical correction circuit (6,7,8) and two optical couplers (C1,C2). Part of the circulating optical energy is coupled away from the ring circuit by the two couplers. Light from one coupler (C1) impinges on a photodetector (Ph), the coupler delay corresponding to the propagation time. Signals from the photodetector are fed to the correction circuit so that correction signals may be fed to the modulator in the laser ring circuit.

Description

La présente invention a pour objet un générateur laser en anneau, notamment pour l'émission en continu ou la génération d'impulsions. The present invention relates to a ring laser generator, in particular for continuous emission or generation of pulses.

Les lasers en anneau sont connus depuis longtemps et comportent schématiquement un amplificateur optique dont la sortie est reliée à l'entrée. Pour les applications dans le domaine des télécommunications par fibre optique cet amplificateur est soit du type semiconducteur, soit plus avantageusement une fibre amplificatrice, par exemple une fibre dopée à l'Erbium et pompée par une diode laser. Ring lasers have been known for a long time and schematically include an optical amplifier whose output is connected to the input. For applications in the field of telecommunications by optical fiber, this amplifier is either of the semiconductor type, or more advantageously an amplifying fiber, for example a fiber doped with Erbium and pumped by a laser diode.

Ces lasers sont utilisés comme générateurs continus ou comme générateurs d'impulsions optiques, par exemple pour la génération d'impulsions solitons. Dans ce dernier cas, l'anneau intègre également un modulateur électrooptique attaqué par un signal électrique sinusoïdal. These lasers are used as continuous generators or as optical pulse generators, for example for the generation of soliton pulses. In the latter case, the ring also incorporates an electrooptical modulator driven by a sinusoidal electrical signal.

Ces lasers présentent de nombreux avantages - ils sont d'une réalisation simple - ils sont d'une grande robustesse, car totalement fibre - ils sont facilement accordables, puisqu'il suffit d'intégrer dans la boucle un filtre accordable. These lasers have many advantages - they are simple to make - they are very robust because they are completely fiber - they are easily tunable, since it suffices to integrate a tunable filter into the loop.

On notera en outre que les lasers en anneau utilisés comme générateurs d'impulsions présentent potentiellement un grand intérêt compte tenu de la qualité théorique des impulsions qu'ils permettent de générer. Ces impulsions sont en effet susceptibles de présenter un profil temporel presque idéal et une fréquence de porteuse optique qui ne varie pas pendant la durée d'une impulsion. It will also be noted that the ring lasers used as pulse generators are potentially of great interest given the theoretical quality of the pulses which they make it possible to generate. These pulses are in fact capable of presenting an almost ideal time profile and an optical carrier frequency which does not vary during the duration of a pulse.

De plus, la largeur des impulsions émises peut être facilement et finement ajustée en jouant sur l'amplitude du signal électrique attaquant le modulateur électro-optique. In addition, the width of the pulses emitted can be easily and finely adjusted by varying the amplitude of the electrical signal attacking the electro-optical modulator.

Toutefois, à ce jour, les lasers en anneau ont l'inconvénient majeur de présenter de fortes instabilités en amplitude. However, to date, ring lasers have the major drawback of exhibiting large amplitude instabilities.

Comme le temps de propagation dans les anneaux est élevé (typiquement supérieur à 100 ns), les modes du laser sont rapprochés ( < 10 MHz) ce qui rend difficile la réalisation de lasers monomodes. Dans le cas d'une fibre dopée à l'Erbium et d'une longueur d'onde d'émission de 1550 nm, la largeur de la bande du gain est de 30 nm (3750 GHZ), c'est à dire trop importante pour permettre la sélection d'un mode. As the propagation time in the rings is high (typically greater than 100 ns), the laser modes are close together (<10 MHz) which makes it difficult to produce single-mode lasers. In the case of a fiber doped with Erbium and an emission wavelength of 1550 nm, the width of the gain band is 30 nm (3750 GHZ), that is to say too large to allow the selection of a mode.

Pour les lasers en anneau utilisés comme générateurs d'impulsions, on utilise le modulateur électrooptique pour réaliser un blocage de modes. A cet effet, le modulateur électro-optique est attaqué par un signal électrique sinusoïdal, dont la fréquence est fm=N*fo où N est un nombre entier et où fo est la fréquence séparant deux modes adjacents du laser, le temps t égal à 1/fo correspondant au temps de propagation de la boucle. For ring lasers used as pulse generators, the electrooptical modulator is used to block the modes. For this purpose, the electro-optical modulator is attacked by a sinusoidal electrical signal, the frequency of which is fm = N * fo where N is an integer and where fo is the frequency separating two adjacent modes of the laser, the time t equal to 1 / fo corresponding to the propagation time of the loop.

Généralement, ce temps t est de l'ordre de 100 ns (20 mètres de fibre), ce qui correspond à fo = 10 MHz.Generally, this time t is of the order of 100 ns (20 meters of fiber), which corresponds to fo = 10 MHz.

Pour les transmissions optiques par effet soliton, la fréquence de répétition des impulsions doit se situer dans l'échelle des GHz (5, 10, 20 GHz par exemple), ce qui oblige à bloquer les modes non pas sur la fréquence fondamentale fo, mais sur un harmonique N de cette fréquence, par exemple, voisin de 1000. For optical transmissions by soliton effect, the repetition frequency of the pulses must be within the GHz scale (5, 10, 20 GHz for example), which means that the modes must be blocked not on the fundamental frequency fo, but on an N harmonic of this frequency, for example, close to 1000.

Du fait de ce fonctionnement sur un harmonique et non sur la fréquence fondamentale - les impulsions générées présentent de très fortes fluctuations d'amplitude, ce qui rend généralement ce type de générateur d ' impulsions inutilisable. Due to this operation on a harmonic and not on the fundamental frequency - the pulses generated have very large amplitude fluctuations, which generally makes this type of pulse generator unusable.

Ces instabilités d'amplitude sont notamment dues au fait que les fibres optiques amplificatrices sont très sensibles aux faibles fluctuations thermiques et/ou mécaniques, ce qui rend le temps t de propagation dans la boucle fortement instable par rapport à la période de l'onde optique (5 fs). These amplitude instabilities are in particular due to the fact that the amplifying optical fibers are very sensitive to small thermal and / or mechanical fluctuations, which makes the propagation time t in the loop highly unstable with respect to the period of the optical wave. (5 fs).

La stabilisation des générateurs d'impulsions optiques à laser en anneau a déjà fait l'objet de nombreuses études. The stabilization of optical laser ring pulse generators has already been the subject of numerous studies.

Il a notamment déjà été proposé dans l'article - X.Shan, D.Cleland et A.Ellis - "Stabilising Er fibre soliton laser with pulse phase locking" - Electronics
Letters - 16 janvier 1992, vol.28 n02, pages 182-183, d'asservir, avec un temps de réponse rapide, le temps de propagation dans la boucle de l'anneau sur la fréquence fm appliquée au modulateur électro-optique. A cet effet, la fibre optique est enroulée sur un cylindre piézoélectrique commandé en fonction d'un signal d'erreur déterminé à partir du signal de commande du modulateur et d'un signal correspondant aux impulsions en sortie de la boucle.It has already been proposed in the article - X.Shan, D.Cleland and A.Ellis - "Stabilising Er fiber soliton laser with pulse phase locking" - Electronics
Letters - January 16, 1992, vol.28 n02, pages 182-183, to control, with a fast response time, the propagation time in the ring loop on the frequency fm applied to the electro-optical modulator. To this end, the optical fiber is wound on a piezoelectric cylinder controlled as a function of an error signal determined from the control signal of the modulator and of a signal corresponding to the pulses at the output of the loop.

Une variante de cette technique consiste à asservir la fréquence fm appliquée au modulateur électrooptique au temps de propagation t dans la boucle de l'anneau comme cela est décrit dans l'article - T.Widdowson, D.J.Malyon, X.Shan et P.J. Watkinson "Soliton propagation without transmission control using a phase-locked Erbium fibre ring laser"- Electronics Letters - 14 avril 1994, vol.30 n" 8, pages 661 à 663. A variant of this technique consists in slaving the frequency fm applied to the electrooptical modulator to the propagation time t in the ring loop as described in the article - T.Widdowson, DJMalyon, X.Shan and PJ Watkinson " Soliton propagation without transmission control using a phase-locked Erbium fiber ring laser "- Electronics Letters - April 14, 1994, vol.30 n" 8, pages 661 to 663.

Cette variante a l'avantage de ne pas perturber la boucle optique constituant le laser en anneau, mais en contrepartie cette technique est inutilisable avec des systèmes avec rythme imposé.This variant has the advantage of not disturbing the optical loop constituting the ring laser, but in return this technique cannot be used with systems with an imposed rhythm.

Ces deux techniques, si elles permettent de réduire les instabilités, ne garantissent pas la présence d'un seul supermode, c'est à dire d'un groupe de modes longitudinaux du laser séparés par la fréquence de modulation fm. Si le laser à blocage de modes fonctionne sur l'harmonique N, il y N supermodes, ce qui se traduit par des fluctuations de l'amplitude des impulsions. Pour plus de détails sur les supermodes, on pourra avantageusement consulter l'ouvrage de A.E. seigman, intitulé "Lasers" (University science books, Mill Valley
Cal. USA 1986) pages 1073-1074. These two techniques, if they make it possible to reduce the instabilities, do not guarantee the presence of a single supermode, that is to say of a group of longitudinal modes of the laser separated by the modulation frequency fm. If the mode-blocking laser operates on the N harmonic, there are N supermodes, which results in fluctuations in the amplitude of the pulses. For more details on supermodes, one can advantageously consult the work of AE seigman, entitled "Lasers" (University science books, Mill Valley
Cal. USA 1986) pages 1073-1074.

D'autres techniques ont encore été proposées. Other techniques have also been proposed.

Notamment, dans l'article - G.T. Harvey et L.F. Mollenauer - "Harmonically modelocked fiber ring laser with and internal Fabry-Pérot stabilizer for soliton transmission" - Optics Letters - 15 janvier 1993 vol. n"2 pages 107 à 109 il est décrit un générateur d'impulsions à laser en anneau stabilisé à l'aide d'un filtre optique de type Fabry-Pérot dont l'intervalle spectral libre est égal à la fréquence de modulation fm. Dans ce cas, un seul surpermode peut être présent à condition que les bandes passantes de ce
Fabry-Pérot coïncident avec les modes du laser en anneau et que la bande passante soit inférieure à fo.In particular, in the article - GT Harvey and LF Mollenauer - "Harmonically modelocked fiber ring laser with and internal Fabry-Pérot stabilizer for soliton transmission" - Optics Letters - January 15, 1993 vol. n "2 pages 107 to 109 there is described a laser pulse generator stabilized using a Fabry-Pérot type optical filter whose free spectral interval is equal to the modulation frequency fm. In in this case, only one over-period may be present provided that the bandwidths of this
Fabry-Pérot coincides with the modes of the ring laser and that the bandwidth is less than fo.

Toutefois, cette technique suppose une stabilité du temps de propagation de la boucle meilleure que la période de l'onde optique. Pour une longueur d'onde optique de 1550 nm, cette période est de 5fs, ce qui correspond à une stabilité At/t du temps t de propagation dans la boucle de l'ordre de 10-8. Cette stabilité étant thermiquement particulièrement difficile à mettre en oeuvre, un asservissement du temps de propagation de la boucle est nécessaire. Un tel asservissement est toutefois techniquement délicat à mettre en oeuvre et est peu fiable. However, this technique assumes a stability of the propagation time of the loop better than the period of the optical wave. For an optical wavelength of 1550 nm, this period is 5fs, which corresponds to a stability At / t of the propagation time t in the loop of the order of 10-8. This stability being thermally particularly difficult to implement, a control of the propagation time of the loop is necessary. Such control is however technically difficult to implement and is unreliable.

Par conséquent, comme on l'aura compris, aucune solution satifaisante n'a été à ce jour proposée pour stabiliser de façon efficace et fiable les lasers en anneau utilisés comme générateurs d'impulsions. Consequently, as will be understood, no satisfactory solution has hitherto been proposed for effectively and reliably stabilizing the ring lasers used as pulse generators.

En ce qui concerne les générateurs continus à laser en anneau, les causes de leur instabilité sont en partie similaires à celles de l'instabilité des générateurs d'impulsions à laser en anneau. La stabilisation des lasers continus a également fait l'objet de nombreuses études. With regard to continuous ring laser generators, the causes of their instability are in part similar to those of the instability of ring laser pulse generators. The stabilization of continuous lasers has also been the subject of numerous studies.

Il a notamment été proposé, pour ne sélectionner qu'un seul mode, d'insérer dans la boucle de l'a n n e a u deux filtres, par exemple de type Fabry-Pérot. In particular, it has been proposed, in order to select only one mode, to insert two filters, for example of the Fabry-Perot type, in the loop of the year.

On pourra à cet égard se référer à la publication suivante - J.L. ZYSKIND et al. "Singlemode diode-pumped tunable
Erbium doped fibre laser with linewidth less than 5.5 kHz"
Electronics Letters 7th Nov. 1991, vol. 27 n023 pp 21482149.In this regard, reference may be made to the following publication - JL ZYSKIND et al. "Singlemode diode-pumped tunable
Erbium doped fiber laser with linewidth less than 5.5 kHz "
Electronics Letters 7th Nov. 1991, vol. 27 n023 pp 21482149.

Toutefois, cette solution n'empèche pas que des sauts de mode apparaissent inévitablement, du fait des fluctuations thermiques, auxquelles, comme on l'a vu, les fibres amplificatrices sont très sensibles. Par exemple, pour une longueur d'onde d'émission de l'ordre de 1,5 ssm, une variation de température de 1"C peut entraîner des variations de fréquences de l'ordre de 2000 MHz, c'est à dire de 200 modes séparés de 10 MHz. Pour éviter les sauts de mode, il faudrait donc stabiliser la température à mieux de 0,0010C, ce qui est techniquement difficile. However, this solution does not prevent fashion jumps inevitably appear, due to thermal fluctuations, to which, as we have seen, the amplifying fibers are very sensitive. For example, for a transmission wavelength of the order of 1.5 ssm, a temperature variation of 1 "C can cause frequency variations of the order of 2000 MHz, that is to say of 200 separate modes of 10 MHz To avoid mode jumps, it would therefore be necessary to stabilize the temperature better than 0.0010C, which is technically difficult.

En outre, le passage d'un mode à l'autre (saut de mode) n'est pas instantané, mais progressif. Lorsque deux modes, ou plus, sont présents, il y a battement entre ces modes ce qui se traduit par une modulation parasite d'intensité. Par exemple, la présence de deux modes, d'égale amplitude, séparés de 10 MHz se traduit par une modulation sinusoïdale de 100% de l'intensité optique à la fréquence de 10 MHz. In addition, the transition from one mode to another (mode jump) is not instantaneous, but gradual. When two or more modes are present, there is a flutter between these modes which results in a parasitic intensity modulation. For example, the presence of two modes, of equal amplitude, separated by 10 MHz results in a sinusoidal modulation of 100% of the optical intensity at the frequency of 10 MHz.

D'autres techniques de stabilisation ont encore été proposées. Other stabilization techniques have also been proposed.

On pourra par exemple se référer à l'article - J.L. ZYSKIND, V.MIZRAHI, etc. "Short single frequency
Erbium-doped fibre laser " Electronics Letters 16th July 1992 Vol.28 NO 15 pp 1385-1387, dans lequel il est décrit une technique de stabilisation consistant à utiliser une cavité courte. Cette technique présente toutefois les inconvénients de ne pas permettre des puissances de sortie importantes et de ne pas pouvoir être mise en oeuvre pour des lasers accordables. We can for example refer to the article - JL ZYSKIND, V.MIZRAHI, etc. "Short single frequency
Erbium-doped fiber laser "Electronics Letters 16th July 1992 Vol.28 NO 15 pp 1385-1387, in which there is described a stabilization technique consisting in using a short cavity. This technique however has the disadvantages of not allowing powers of important output and not being able to be implemented for tunable lasers.

D'autres phénomènes encore viennent perturber la stabilité des lasers continus en anneau. Still other phenomena disturb the stability of continuous ring lasers.

Notamment, les lasers dopés à l'Erbium font l'objet de phénomènes d'auto-pulsation. La seule technique connue à ce jour pour s'en affranchir consiste à diminuer la concentration de l'élément amplificateur dans la fibre, ce qui réduit considérablement le gain et les performances du laser. In particular, lasers doped with Erbium are subject to self-pulsation phenomena. The only technique known to date to overcome this is to decrease the concentration of the amplifier element in the fiber, which considerably reduces the gain and performance of the laser.

On pourra à cet égard se référer aux deux articles suivants - P. LE BOULDEC, M. LE FLOHIC, etc. "Self-pulsing in Er3+doped fibre laser ", Optical and Quantum Electronics 25 (1993) pp 359-367, - P.LE BOULDEC, P.L. FRANCOIS etc.. "Influence of ion pairs on the dynamical behaviour of Er3±doped fibre lasers " Optical and Quantum Electronics 25 (1993) pp 501507. In this regard, we can refer to the following two articles - P. LE BOULDEC, M. LE FLOHIC, etc. "Self-pulsing in Er3 + doped fiber laser", Optical and Quantum Electronics 25 (1993) pp 359-367, - P.LE BOULDEC, PL FRANCOIS etc .. "Influence of ion pairs on the dynamical behavior of Er3 ± doped fiber lasers "Optical and Quantum Electronics 25 (1993) pp 501507.

Par conséquent, comme pour les générateurs d'impulsions laser en anneau, aucune solution satisfaisante n'a encore été proposée pour la stabilisation des générateurs continus en anneau. Consequently, as with the ring laser pulse generators, no satisfactory solution has yet been proposed for the stabilization of the continuous ring generators.

L'invention propose quant à elle une solution pour la stabilisation de laser en anneau qui est fiable et qui est d'une mise en oeuvre simple. On notera que la solution de stabilisation proposée par l'invention s'écarte radicalement des solutions de l'art antérieur exposées cidessus, qui pour la plupart mettaient en oeuvre des filtrages ou des contrôles des temps de propagation dans la boucle. The invention proposes a solution for the stabilization of a ring laser which is reliable and which is simple to implement. It will be noted that the stabilization solution proposed by the invention differs radically from the solutions of the prior art set out above, which for the most part used filtering or controls of the propagation times in the loop.

Plus particulièrement, l'invention a pour objet un générateur laser en anneau comportant une boucle optique qui comprend un amplificateur et un modulateur électrooptique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens optiques de division qui envoient une partie du signal optique circulant dans la boucle sur l'entrée d'un photodétecteur, ainsi qu'un circuit électrique de correction monté entre ledit photodétecteur et le modulateur électro-optique, ledit circuit de correction commandant ledit modulateur en fonction du signal en sortie du photodétecteur de façon à stabiliser l'amplitude du signal optique circulant dans la boucle. More particularly, the subject of the invention is a ring laser generator comprising an optical loop which comprises an electrooptic amplifier and modulator, characterized in that it comprises optical division means which send part of the optical signal flowing in the loop on the input of a photodetector, as well as an electrical correction circuit mounted between said photodetector and the electro-optical modulator, said correction circuit controlling said modulator as a function of the signal at the output of the photodetector so as to stabilize the amplitude of the optical signal flowing in the loop.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un générateur d'impulsions optiques conforme à l'invention - la figure 2 est une représentation schématique d'un coupleur directif utilisé pour le générateur de la figure 1 - les figures 3a et 3b sont des représentations respectivement de la courbe de transmission optique du modulateur électro-optique du générateur de la figure 1 et d'un signal sinusoïdal de commande dudit modulateur - les figures 4a et 4b représentent le signal sinusoïdal de commande du modulateur électro-optique et le signal de correction qui lui est additionné - les figures 5 et 6 représentent la trace sur un oscilloscope d'impulsions optiques générées respectivement avec et sans la stabilisation proposée par l'invention ; - les figures 7 et 8 représentent la trace sur un oscilloscope d'une émission continue générée respectivement avec et sans la stabilisation proposée par l'invention ; - les figures 9 et 10 représentent les analyses par un analyseur de spectre des signaux photodétectés correspondant à des signaux optiques continus générés respectivement avec et sans la stabilisation proposée par l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows. This description is purely illustrative and not limiting. It should be read with reference to the appended drawings in which - Figure 1 is a block diagram of an optical pulse generator according to the invention - Figure 2 is a schematic representation of a directional coupler used for the generator FIG. 1 - FIGS. 3a and 3b are representations respectively of the optical transmission curve of the electro-optical modulator of the generator of FIG. 1 and of a sinusoidal signal for controlling said modulator - FIGS. 4a and 4b represent the sinusoidal signal for controlling the electro-optical modulator and the correction signal which is added thereto - FIGS. 5 and 6 represent the trace on an oscilloscope of optical pulses generated respectively with and without the stabilization proposed by the invention; - Figures 7 and 8 show the trace on an oscilloscope of a continuous emission generated respectively with and without the stabilization proposed by the invention; - Figures 9 and 10 show the analyzes by a spectrum analyzer of the photodetected signals corresponding to continuous optical signals generated respectively with and without the stabilization proposed by the invention.

Le générateur d'impulsions optiques illustré sur la figure 1 comprend une boucle optique qui comporte un amplificateur optique 1 qui est avantageusement constitué par une fibre amplificatrice, par exemple une fibre dopée l'Erbium. Cet amplificateur 1 intègre principalement un milieu amplificateur et la puissance de pompe, qui est par exemple fournie par une diode laser. The optical pulse generator illustrated in FIG. 1 comprises an optical loop which comprises an optical amplifier 1 which is advantageously constituted by an amplifying fiber, for example a fiber doped with Erbium. This amplifier 1 mainly integrates an amplifying medium and the pump power, which is for example supplied by a laser diode.

Ce générateur comporte également deux coupleurs optiques C1 et C2, l'un, C1, qui permet d'extraire le signal S de sortie, l'autre, C2, qui prélève une faible portion de la puissance optique (1% à 5 %) qui entre dans l'amplificateur 1. This generator also includes two optical couplers C1 and C2, one, C1, which makes it possible to extract the output signal S, the other, C2, which takes a small portion of the optical power (1% to 5%) which enters amplifier 1.

Dans la boucle figure également - un isolateur 2, généralement intégré à l'amplificateur 1, dont le rôle est de rendre la propagation de la lumière unidirectionnelle, - un filtre 3, généralement accordable, qui permet de contrôler la longueur d'onde du signal disponible, ainsi que la largeur des impulsions, - un modulateur électro-optique 4 qui, de préférence possède un polariseur intégré en sortie, - un contrôleur de polarisation 5 dans le cas où le modulateur 4 est sensible à la polarisation et/ou possède un polariseur. Also in the loop - an isolator 2, generally integrated into the amplifier 1, whose role is to make the propagation of light unidirectional, - a filter 3, generally tunable, which makes it possible to control the wavelength of the signal available, as well as the pulse width, - an electro-optical modulator 4 which, preferably has an integrated polarizer at the output, - a polarization controller 5 in the case where the modulator 4 is sensitive to polarization and / or has a polarizer.

Ces différents éléments sont par exemple reliés entre eux par des guides d'onde. These different elements are for example interconnected by waveguides.

Le contrôleur de polarisation 5 est commandé en fonction du signal prélevé par le coupleur C2 de façon que la puissance de ce signal soit maximale. The polarization controller 5 is controlled as a function of the signal sampled by the coupler C2 so that the power of this signal is maximum.

L'ordre des éléments dans la boucle n'est pas fondamental, celui de la figure 1 étant toutefois préférentiel. The order of the elements in the loop is not fundamental, that of Figure 1 is however preferential.

En variante, il est possible d'utiliser pour l'amplificateur optique 1 une fibre optique amplificatrice à maintien de polarisation, ce qui permet de simplifier le montage en supprimant le contrôleur de polarisation 5 et le coupleur C2. Toutes les autres fibres du montage doivent alors être également à maintien de polarisation.  As a variant, it is possible to use for the optical amplifier 1 an amplifying optical fiber with polarization maintenance, which makes it possible to simplify the assembly by eliminating the polarization controller 5 and the coupler C2. All the other fibers of the assembly must then also be polarization maintaining.

Sur le guide d'onde en sortie du coupleur C1 est monté un coupleur C3 qui divise la puissance optique en sortie de la boucle. La majeure partie de la puissance optique en sortie de la boucle (par exemple 80%) est envoyée sur une première branche du coupleur C3 pour constituer le signal disponible en sortie du générateur. On the waveguide at the output of the coupler C1 is mounted a coupler C3 which divides the optical power at the output of the loop. Most of the optical power at the output of the loop (for example 80%) is sent to a first branch of the coupler C3 to constitute the signal available at the output of the generator.

L'autre partie du signal (20% de la puissance optique par exemple) est envoyée, par l'intermédiaire de l'autre branche du coupleur C3, sur une photodiode Ph.The other part of the signal (20% of the optical power for example) is sent, via the other branch of the coupler C3, to a photodiode Ph.

La sortie électrique de cette photodiode Ph est reliée par un amplificateur électrique 6 et un filtre passe-bas 7 à l'une des entrées d'un coupleur électrique 8. The electrical output of this photodiode Ph is connected by an electrical amplifier 6 and a low-pass filter 7 to one of the inputs of an electrical coupler 8.

L'autre entrée de ce coupleur électrique 8 reçoit un signal sinusoïdal de fréquence fm, où fm est la féquence de modulation des impulsions. Ce signal sinusoïdal de fréquence fm est généré par un générateur radio-fréquences 9 relié à l'entrée du coupleur 8 par l'intermédiaire d'un atténuateur variable 10. The other input of this electrical coupler 8 receives a sinusoidal signal of frequency fm, where fm is the pulse modulation frequency. This sinusoidal signal of frequency fm is generated by a radio-frequency generator 9 connected to the input of the coupler 8 via a variable attenuator 10.

La sortie du coupleur électrique 8 fournit au modulateur 4 son signal de commande. The output of the electrical coupler 8 provides the modulator 4 with its control signal.

Ainsi, une partie du signal optique est prélevée en amont du modulateur 4 pour être convertie par la diode
Ph et le circuit constitué par l'amplificateur 6 et le filtre 7 en un signal électrique de correction. Le coupleur 8 additionne ce signal électrique de correction au signal sinusoïdal qui est normalement appliqué au modulateur électro-optique 4.Thus, part of the optical signal is taken upstream of the modulator 4 to be converted by the diode
Ph and the circuit formed by the amplifier 6 and the filter 7 into an electrical correction signal. The coupler 8 adds this electrical correction signal to the sinusoidal signal which is normally applied to the electro-optical modulator 4.

Ce signal électrique de correction est tel qu'il diminue l'intensité de l'impulsion optique qui sort du modulateur électro-optique 4 lorsque la puissance optique prélevée augmente. This electrical correction signal is such that it decreases the intensity of the optical pulse which leaves the electro-optical modulator 4 when the optical power sampled increases.

La branche optique allant du coupleur C1 au coupleur C3, ainsi que les différents composants électriques Ph et 6 à 10 sont ajustés de façon que chaque impulsion électrique du signal de correction agisse exactement sur l'impulsion optique qui l'a engendrée et seulement sur celle-ci. La tolérance entre les temps de propagation entre le point C (point de division du coupleur C1) et le point M (point dans le modulateur 4 où l'onde optique vient en coïncidence avec l'onde électrique modulante) par les deux chemins possibles (le premier dans la boucle optique, le second via le coupleur C3 et la photodiode) est avantageusement de l'ordre de l/(2*fm), ce qui est facile à réaliser électriquement. The optical branch going from the coupler C1 to the coupler C3, as well as the various electrical components Ph and 6 to 10 are adjusted so that each electrical pulse of the correction signal acts exactly on the optical pulse which generated it and only on that -this. The tolerance between the propagation times between point C (divider point of coupler C1) and point M (point in modulator 4 where the optical wave comes into coincidence with the modulating electric wave) by the two possible paths ( the first in the optical loop, the second via the coupler C3 and the photodiode) is advantageously of the order of l / (2 * fm), which is easy to produce electrically.

La réponse en fréquence de l'ensemble photodiode
Ph, amplificateur 6 et filtre passe-bas 7 doit être telle que les impulsions électriques sortant du filtre passe-bas 7 aient une largeur à mi-amplitude de préférence voisine de l'inverse de la fréquence de modulation fm.The frequency response of the photodiode assembly
Ph, amplifier 6 and low-pass filter 7 must be such that the electrical pulses leaving the low-pass filter 7 have a width at mid-amplitude preferably close to the inverse of the modulation frequency fm.

Ainsi, plus l'impulsion optique qui circule dans la boucle a une forte intensité, plus elle va être atténuée par le signal électrique de correction qu'elle a engendré. Thus, the more intense the optical pulse circulating in the loop, the more it will be attenuated by the electrical correction signal that it has generated.

On notera que les phénomènes de type thermique et/ou mécanique que permet de compenser cette correction sont lents par rapport au temps de propagation dans la boucle. Par conséquent le signal électrique de correction n'a pas besoin d'être intense puisqu il agit à chaque tour sur chaque impulsion optique pour égaliser les intensités des différentes impulsions. It will be noted that the thermal and / or mechanical phenomena which this correction makes up for are slow compared to the propagation time in the loop. Consequently, the electrical correction signal need not be intense since it acts at each revolution on each optical pulse to equalize the intensities of the different pulses.

Ainsi qu'illustré sur la figure 2, le coupleur 8 est avantageusement un coupleur directif, par exemple de 10 dB, utilisé de façon inversée par rapport à son utilisation classique. Les trois bornes d'un tel coupleur ont été référencées par B1 à B3. As illustrated in FIG. 2, the coupler 8 is advantageously a directional coupler, for example of 10 dB, used in reverse manner compared to its conventional use. The three terminals of such a coupler have been referenced by B1 to B3.

Dans l'utilisation classique d'un coupleur directif, le signal entre par la borne B1 et sort par la borne B2, tandis que la partie couplée sort par la borne
B3. La bande passante de B1 vers B2 est pratiquement celle d'un câble coaxial (il y a une distorsion, mais d'autant plus faible que la puissance couplée vers B3 est faible). In the conventional use of a directional coupler, the signal enters via terminal B1 and leaves via terminal B2, while the coupled part leaves via terminal
B3. The bandwidth from B1 to B2 is practically that of a coaxial cable (there is distortion, but the lower the power coupled to B3 is low).

La bande passante de B1 vers B3 est à bande étroite et il y a isolation entre les accès B2 et B3.The bandwidth from B1 to B3 is narrowband and there is isolation between the accesses B2 and B3.

Dans le dispositif de l'invention, le signal modulant Sfm, qui a un spectre étroit, entre par la borne
B2 et le signal de correction Sc, qui a une faible amplitude et un spectre large, entre par la borne B3. Ces deux signaux sortent additionnés par la borne B1.In the device of the invention, the modulating signal Sfm, which has a narrow spectrum, enters through the terminal
B2 and the correction signal Sc, which has a low amplitude and a wide spectrum, enters via terminal B3. These two signals come out added by terminal B1.

L'intérêt d'utiliser un coupleur directif à montage inversé est d'éviter que le signal modulant, qui a une forte amplitude, vienne perturber le signal de correction qui lui a une amplitude beaucoup plus faible. The advantage of using an inverting directional coupler is to prevent the modulating signal, which has a high amplitude, from disturbing the correction signal which has a much lower amplitude.

La figure 3a représente la transmission optique typique d'un modulateur électro-optique en fonction de la tension appliquée. FIG. 3a represents the typical optical transmission of an electro-optical modulator as a function of the applied voltage.

De préférence, ainsi que l'illustre la figure 3b sur laquelle on a porté un signal sinusoîdal classiquement utilisé pour la commande d'un tel modulateur, on polarise un tel modulateur à la tension Vp qui correspond à une transmission optique moitié de la transmission maximale Tmax.  Preferably, as illustrated in FIG. 3b on which a sinusoidal signal conventionally used for the control of such a modulator has been worn, such a modulator is biased at the voltage Vp which corresponds to an optical transmission half of the maximum transmission Tmax.

Les figures 4 illustrent un exemple de mise en coïncidence du signal de correction généré en sortie de la photodiode Ph (figure 4b) avec le signal sinusoïdal modulant (figure 4a)
Dans le cas d'un laser à blocage de modes, la largeur à mi-hauteur des impulsions optiques est:

où Afe est la largeur du filtre 3 et où tm est la profondeur de modulation.FIGS. 4 illustrate an example of putting the correction signal generated at the output of the photodiode Ph (FIG. 4b) into coincidence with the modulating sinusoidal signal (FIG. 4a)
In the case of a mode blocking laser, the width at half height of the optical pulses is:

where Afe is the width of filter 3 and where tm is the modulation depth.

Pour une fréquence de modulation fm donnée, la largeur des impulsions est donc fixée par la largeur du filtre 3 dans la boucle et peut être ajustée finement en jouant sur la profondeur de modulation Am qui peut varier de 1 (valeur maximale) jusqu'à 0,01 voire 0,001. Cet ajustement se fait facilement par l'intermédiaire de l'atténuateur électrique 10 variable représenté sur la figure 1. For a given modulation frequency fm, the width of the pulses is therefore fixed by the width of the filter 3 in the loop and can be finely adjusted by varying the modulation depth Am which can vary from 1 (maximum value) to 0 , 01 or even 0.001. This adjustment is easily made by means of the variable electric attenuator 10 shown in FIG. 1.

Le gros avantage de la technique qui vient d'être décrite, par rapport à celle envisagée par G.T. Harvey et
L.E. Mollenauer dans leur article précité, réside dans le fait que le temps de propagation t de la boucle du laser doit être stable seulement par rapport à la fréquence de modulation fm (de l'ordre de quelque GHz) et non par rapport à la fréquence optique de l'onde porteuse (200
THz), soit un gain de stabilité supérieur 10 000. Si la température du dispositif (principalement celle des éléments dans la boucle) est suffisamment stable (fluctuations maximales de l'ordre de quelques degrés), les fluctuations thermiques du temps de propagation t seront largement inférieures à la période de modulation (1/fi) ce qui permet de se passer de l'asservissement de t.The big advantage of the technique which has just been described, compared to that envisaged by GT Harvey and
LE Mollenauer in their aforementioned article, lies in the fact that the propagation time t of the laser loop must be stable only with respect to the modulation frequency fm (of the order of a few GHz) and not with respect to the frequency carrier wave optics (200
THz), ie a gain in stability greater than 10,000. If the temperature of the device (mainly that of the elements in the loop) is sufficiently stable (maximum fluctuations of the order of a few degrees), the thermal fluctuations of the propagation time t will be well below the modulation period (1 / fi) which eliminates the need for t.

Un autre avantage de cette technique est sa grande simplicité de mise en oeuvre : il n'y a pas besoin d'ajouter d'élément supplémentaire dans la boucle optique puisque la stabilisation s'effectue par l'intermédiaire du modulateur électro-optique déjà existant. On notera en outre qu'il n'y a que deux fréquences à accorder, à savoir la fréquence fo et la fréquence de modulation fm, ce qui peut se faire relativement facilement. Dans le procédé précité proposé G.T. Harvey et L.E. Mollenauer, il fallait en plus accorder l'intervalle spectral libre du filtre
Fabry-Pérot stabilisateur.Another advantage of this technique is its great simplicity of implementation: there is no need to add any additional element in the optical loop since the stabilization is carried out by means of the already existing electro-optical modulator. . It will also be noted that there are only two frequencies to be tuned, namely the frequency fo and the modulation frequency fm, which can be done relatively easily. In the aforementioned process proposed by GT Harvey and LE Mollenauer, it was also necessary to tune the free spectral interval of the filter
Fabry-Pérot stabilizer.

Les figures 5 et 6 illustrent l'efficacité du procédé de stabilisation par correction dans la boucle optique proposé par l'invention dans le cas d'un générateur d' impulsions.  Figures 5 and 6 illustrate the efficiency of the correction stabilization process in the optical loop proposed by the invention in the case of a pulse generator.

La figure 5 représente un exemple typique d'observation, à l'oscilloscope à échantillonnage, d'impulsions optiques générées par un laser en anneau à blocage de modes, sans dispositif de stabilisation. La figure 6 représente la même observation à l'oscilloscope pour les impulsions en sortie du générateur de la figure 1. FIG. 5 represents a typical example of observation, using a sampling oscilloscope, of optical pulses generated by a mode-locked ring laser, without a stabilization device. FIG. 6 represents the same observation with an oscilloscope for the pulses at the output of the generator of FIG. 1.

On constate qu'avec un générateur conforme à l'invention, la trace des impulsions sur l'oscilloscope est beaucoup plus nette. Les impulsions sont moins dispersées et donc mieux stabilisées. It can be seen that with a generator according to the invention, the trace of the pulses on the oscilloscope is much sharper. The pulses are less dispersed and therefore better stabilized.

Les générateurs d'impulsions optiques conformes à l'invention trouvent notamment application dans le domaine des télécommunications optiques. Ils sont en particulier avantageusement utilisés pour les transmissions numériques par fibres optiques, notamment celles qui mettent à profit les solitons et/ou le multiplexage en longueur d'onde. The optical pulse generators according to the invention find particular application in the field of optical telecommunications. They are in particular advantageously used for digital transmissions by optical fibers, in particular those which take advantage of solitons and / or wavelength multiplexing.

Dans le cas d'un générateur laser continu, le dispositif de correction est le même que pour le générateur d'impulsions de la figure 1, mais le modulateur électro-optique 4 est uniquement attaqué par le signal électrique de correction généré en sortie de la photodiode
Ph, de l'amplificateur 6 et du filtre 7 (le coupleur 8, le générateur 9 et l'atténuateur 10 sont supprimés, le filtre 7 étant directement relié au modulateur 4).In the case of a continuous laser generator, the correction device is the same as for the pulse generator of FIG. 1, but the electro-optical modulator 4 is only attacked by the electrical correction signal generated at the output of the photodiode
Ph, amplifier 6 and filter 7 (coupler 8, generator 9 and attenuator 10 are eliminated, filter 7 being directly connected to modulator 4).

On notera que pour les générateurs lasers continus, le récepteur optique constitué par la photodiode
Ph suivie de l'amplificateur électrique 6 et du filtre passe-bas 7 n'a pas besoin d'être aussi rapide que dans le cas d'un générateur d'impulsions.Note that for continuous laser generators, the optical receiver constituted by the photodiode
Ph followed by the electrical amplifier 6 and the low-pass filter 7 need not be as fast as in the case of a pulse generator.

La figure 7 on a representé un exemple typique d'observation, à l'oscilloscope à échantillonnage, du signal photodétecté en sortie d'un générateur continu à laser en anneau conforme à l'art antérieur. FIG. 7 shows a typical example of observation, using a sampling oscilloscope, of the photodetected signal at the output of a continuous ring laser generator according to the prior art.

La figure 8 représente la même observation, mais avec un signal photodétecté en sortie d'un générateur continu conforme à l'invention. Comme on peut le constater en comparant ces deux figures, la trace sur l'oscilloscope du signal en sortie du générateur conforme à l'invention est beaucoup plus nette. Le bruit residuel de la trace de la figure 8 est celui de l'oscilloscope. FIG. 8 represents the same observation, but with a photodetected signal at the output of a continuous generator according to the invention. As can be seen by comparing these two figures, the trace on the oscilloscope of the signal at the output of the generator according to the invention is much sharper. The residual noise of the trace in Figure 8 is that of the oscilloscope.

La figure 9 représente le signal photodétecté en sortie d'un générateur continu à laser en anneau conforme à l'art antérieur, observé au moyen d'un analyseur de spectre radiofréquence. On constate sur cette figure, que le signal est fortement perturbé
La figure 10 représente la même observation, mais avec un signal photodétecté en sortie d'un générateur continu conforme à l'invention. Comme on peut le constater, le spectre du signal est parfaitement plat et correspond à celui d'un signal continu d'amplitude constante non perturbé. Le bruit résiduel sur le spectre de la figure 14 est celui de l'analyseur de spectre.FIG. 9 represents the photodetected signal at the output of a continuous ring laser generator conforming to the prior art, observed by means of a radiofrequency spectrum analyzer. It can be seen in this figure, that the signal is strongly disturbed
FIG. 10 represents the same observation, but with a photodetected signal at the output of a continuous generator according to the invention. As can be seen, the spectrum of the signal is perfectly flat and corresponds to that of a continuous signal of constant undisturbed amplitude. The residual noise on the spectrum in Figure 14 is that of the spectrum analyzer.

Comme on l'azura compris, pour les générateurs continus, la stabilisation proposée par l'invention (correction aval intracavité) empêche l'établissement d'un régime d'autopulsation car cette correction a un temps de réponse beaucoup plus rapide que le temps d'établissement de ce régime. Ce temps de réponse n'est limité que par la bande passante de l'ensemble constitué par le photorécepteur et le modulateur électro-optique, qui peut atteindre 20 GHz (temps de réponse correspondant - 20 ps),
Egalement, la correction aval intracavité empêche aussi la modulation de la puissance optique lorsque le laser présente plusieurs modes car cette modulation est plus lente que le temps de réponse de cette correction (quelques dizaines de MHz contre quelques GHz).Dans ce cas, le laser peut présenter plusieurs modes dont les battements se traduisent dans le domaine temporel par une modulation angulaire (modulation de phase ou de fréquence) de la porteuse optique et non par une modulation d'amplitude. Il est à remarquer que cette modulation de phase ou de fréquence est lente donc peu gênante,
On notera que la stabilisation proposée par l'invention, c'est à dire la stabilisation par correction aval intracavité se démarque des techniques classiques de stabilisation de la puissance de laser car elle agit très rapidement et faiblement sur les pertes de la cavité laser et non sur l'intensité électrique ou optique de la pompe
En effet, une contre-réaction sur la pompe du laser ne peut empêcher l'amorçage de l'autopulsation ni s opposer à une modulation de l'intensité du laser engendré par le battement de plusieurs modes : elle agit trop lentement par rapport à la durée de vie des porteurs (- lns pour le laser semi-conducteur, - lms pour un laser à fibre dopée à l'Erbium). As we have understood, for continuous generators, the stabilization proposed by the invention (downstream intracavity correction) prevents the establishment of a self-pulsation regime because this correction has a response time much faster than the time d establishment of this regime. This response time is limited only by the bandwidth of the assembly constituted by the photoreceptor and the electro-optical modulator, which can reach 20 GHz (corresponding response time - 20 ps),
Also, the intracavity downstream correction also prevents the modulation of the optical power when the laser has several modes because this modulation is slower than the response time of this correction (a few tens of MHz against a few GHz). In this case, the laser may have several modes whose beats are reflected in the time domain by an angular modulation (phase or frequency modulation) of the optical carrier and not by an amplitude modulation. It should be noted that this phase or frequency modulation is slow and therefore not very annoying,
It will be noted that the stabilization proposed by the invention, that is to say stabilization by intracavity downstream correction, differs from conventional techniques for stabilizing the laser power because it acts very quickly and weakly on the losses of the laser cavity and not on the electrical or optical intensity of the pump
Indeed, a feedback on the laser pump cannot prevent the initiation of self-pulsation nor oppose a modulation of the laser intensity generated by the beating of several modes: it acts too slowly compared to the lifetime of the carriers (- lns for the semiconductor laser, - lms for a fiber laser doped with Erbium).

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Générateur laser en anneau comportant une boucle optique qui comprend un amplificateur (1) et un modulateur électro-optique (41), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens optiques de division (C1, C3) qui envoient une partie du signal optique circulant dans la boucle sur l'entrée d'un photodétecteur, ainsi qu'un circuit électrique de correction (6, 7, 8) monté entre ledit photodétecteur (Ph) et le modulateur (4) électrooptique, ledit circuit de correction (6, 7, 8) commandant ledit modulateur (4) en fonction du signal en sortie du photodétecteur (Ph) de façon à stabiliser l'amplitude du signal optique circulant dans la boucle. 1. Ring laser generator comprising an optical loop which comprises an amplifier (1) and an electro-optical modulator (41), characterized in that it comprises optical division means (C1, C3) which send part of the signal optics circulating in the loop on the input of a photodetector, as well as an electrical correction circuit (6, 7, 8) mounted between said photodetector (Ph) and the electrooptical modulator (4), said correction circuit (6 , 7, 8) controlling said modulator (4) as a function of the signal at the output of the photodetector (Ph) so as to stabilize the amplitude of the optical signal flowing in the loop. 2.Générateur d'émission laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques de division (C1, C3), le photodétecteur (Ph), le circuit de correction (6, 7, 8) et les liaisons optiques et/ou électriques entre ces éléments sont tels que le retard entre le signal optique au niveau de la zone de division des moyens de division et le signal électrique commandant le modulateur (4) correspond au temps de propagation dudit signal optique dans la boucle entre ladite zone de division et ledit modulateur (4). 2.Laser emission generator according to claim 1, characterized in that said optical division means (C1, C3), the photodetector (Ph), the correction circuit (6, 7, 8) and the optical connections and / or electrical signals between these elements are such that the delay between the optical signal at the level of the division area of the dividing means and the electrical signal controlling the modulator (4) corresponds to the propagation time of said optical signal in the loop between said area of division and said modulator (4). 3.Générateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens optiques de division comportent un premier coupleur optique (C1) qui envoie une partie du signal optique dans la boucle sur un guide optique de sortie, ainsi qu'un deuxième coupleur optique (C3) monté sur ledit guide optique et qui envoie une partie du signal optique circulant dans ledit guide optique sur le photodétecteur (Ph), l'autre partie de ce signal constituant le signal disponible (S). 3.Generator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the optical division means comprise a first optical coupler (C1) which sends part of the optical signal in the loop on an optical output guide, as well as a second optical coupler (C3) mounted on said optical guide and which sends part of the optical signal flowing in said optical guide to the photodetector (Ph), the other part of this signal constituting the available signal (S). 4.Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de correction comporte un amplificateur (6) et un filtre passe-bas (7) en série avec le photodétecteur (Ph ).  4.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the correction circuit comprises an amplifier (6) and a low-pass filter (7) in series with the photodetector (Ph). 5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle comporte un filtre optique adaptable (3) et/ou un isolateur (2) et/ou des moyens de contrôle de polarisation (C2, 5). 5. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the loop comprises an adaptable optical filter (3) and / or an isolator (2) and / or polarization control means (C2, 5). 6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour la génération d'impulsions laser, le circuit de correction (6, 7, 8) comporte des moyens de couplage électrique (8) pour additionner un signal électrique de correction correspondant au signal en sortie du photodétecteur (Ph et un signal électrique sinusoîdal de modulation généré par un générateur de fréquences (9). 6. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that for the generation of laser pulses, the correction circuit (6, 7, 8) comprises electrical coupling means (8) for adding an electrical correction signal corresponding to the signal at the output of the photodetector (Ph and a sinusoidal electrical modulation signal generated by a frequency generator (9). 7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de couplage électrique (8) sont constitués par un coupleur directif à montage en inverse. 7. Generator according to claim 6, characterized in that the electrical coupling means (8) consist of a directional coupler for reverse mounting. 8. Générateur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la différence entre d'une part le retard entre le signal optique au niveau de la zone de division de la boucle et le signal électrique commandant le modulateur (4) et d'autre part le temps de propagation dudit signal optique dans la boucle entre ladite zone de division et ledit modulateur (4) est inférieur ou de l'ordre de l/(2*fm), où fm est la fréquence du signal sinusoïdal de modulation. 8. Generator according to one of claims 6 or 7, characterized in that the difference between on the one hand the delay between the optical signal at the loop division zone and the electrical signal controlling the modulator (4) and on the other hand, the propagation time of said optical signal in the loop between said division zone and said modulator (4) is less than or of the order of l / (2 * fm), where fm is the frequency of the sinusoidal signal modulation. 9. Générateur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte entre le générateur de fréquences (9) et le coupleur optique (8) un atténuateur réglable (10) permettant de régler la largeur des impulsions. 9. Generator according to one of claims 6 to 8, characterized in that between the frequency generator (9) and the optical coupler (8) an adjustable attenuator (10) for adjusting the width of the pulses. 10. Générateur laser continu, caractérisé en ce qu'il est constitué par un générateur selon lune des revendications 1 à 5.  10. Continuous laser generator, characterized in that it is constituted by a generator according to one of claims 1 to 5.