FR2752068A1 - Systeme d'amplification optique ayant plusieurs unites de derivation et procede d'amplification optique - Google Patents
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Abstract
Le système comprend une unité (10) d'amplification d'un signal lumineux ayant une longueur d'onde prédéterminée, des première et deuxième unités de dérivation optique (20, 21) destinées à dériver une partie du signal amplifié et un filtre optique coupe-bande (40) pour enlever la lumière dans une bande de longueur d'onde centrale pour que seule la lumière d'émission spontanée soit transmise de manière sélective. Un soustracteur (50) délivre un signal de commande en fonction d'une différence entre le signal dérivé par la première unité et la lumière d'émission spontanée. Un dispositif (51) commande la sortie du signal amplifié sur la base du signal de commande, de manière à maintenir avec précision un niveau de sortie de lumière constant.
Description
SYSTEME D'AMPLIFICATION OPTIQUE AYANT PLUSIEURS UNITES
DE DERIVATION ET PROCEDE D'AMPLIFICATION OPTIQUE
DESCRIPTION
CONTEXTE DE L'INVENTION
Domaine de l'invention
La présente invention concerne de manière générale un amplificateur optique et un procédé utilisés dans le domaine des communications optiques ou du traitement d'informations optiques, et plus particulièrement un amplificateur optique et un procédé pour maintenir avec précision un niveau uniforme d'un signal lumineux amplifié.
DE DERIVATION ET PROCEDE D'AMPLIFICATION OPTIQUE
DESCRIPTION
CONTEXTE DE L'INVENTION
Domaine de l'invention
La présente invention concerne de manière générale un amplificateur optique et un procédé utilisés dans le domaine des communications optiques ou du traitement d'informations optiques, et plus particulièrement un amplificateur optique et un procédé pour maintenir avec précision un niveau uniforme d'un signal lumineux amplifié.
Description de l'art connexe
Les amplificateurs optiques classiques qui amplifient directement les signaux lumineux utilisent, en tant que milieu d'amplification, une fibre optique avec un coeur dopé avec un élément des terres rares, et un amplificateur à semi-conducteur utilisant un phénomène d'émission stimulée. Le phénomène d'émission stimulée est bien connu et se rapporte aux propriétés d'émission des atomes et des molécules à différentes fréquences optiques, et se produit dans les semiconducteurs.
Les amplificateurs optiques classiques qui amplifient directement les signaux lumineux utilisent, en tant que milieu d'amplification, une fibre optique avec un coeur dopé avec un élément des terres rares, et un amplificateur à semi-conducteur utilisant un phénomène d'émission stimulée. Le phénomène d'émission stimulée est bien connu et se rapporte aux propriétés d'émission des atomes et des molécules à différentes fréquences optiques, et se produit dans les semiconducteurs.
Lorsque des amplificateurs optiques ou des dispositifs similaires sont utilisés pour la transmission optique, afin de maintenir constant le niveau de transmission d'un système et de stabiliser les caractéristiques de transmission, la sortie de signal lumineux d'un amplificateur optique doit être stable (par exemple, maintenue constante). Ainsi, dans un amplificateur à fibre optique classique, tel que celui représenté sur la figure 6, la commande en rétroaction est couramment utilisée.
En particulier, la commande en rétro-action classique comprend une unité de dérivation optique 20 qui est connectée à une unité d'amplification optique 10. Une partie de la lumière est dérivée par l'unité de dérivation 20 vers une unité de réception de lumière 30. L'unité de réception de lumière 30 convertit la partie de lumière en un signal électrique, de manière à mesurer le niveau du signal optique délivré par l'unité d'amplification optique 10. La sortie de lumière de pompage (par exemple, d'excitation) provenant d'une source de lumière de pompage est commandée par un circuit de commande 51, de manière à ce que la sortie soit maintenue à un niveau constant.
Cependant, dans les amplificateurs optiques classiques, il est difficile de maintenir précisément un niveau constant du signal lumineux amplifié. Aux fins de la présente demande, "précisément" signifie maintenir un niveau constant dans une certaine plage de tolérance, telle que, par exemple, pour un amplificateur fonctionnant avec un signal d'entrée de puissance Pin de -40 dBm, la tolérance est d'environ 15,6 dB, pour Pin de -30 dBm, la tolérance est d'environ 6,4 dB, et pour Pin de -20 dBm, la tolérance est d'environ 1,2 dB. Bien évidemment, ces valeurs sont purement illustratives.
Lorsque la puissance d'un signal d'entrée est supérieure à -20 dBm, l'effet de la puissance d'émission spontanée amplifiée (ASE) sur la puissance totale du signal amplifié est négligeable, comme indiqué sur les figures A et 7B. Cependant, lorsque la puissance du signal d'entrée est inférieure à -20 dBm, la proportion de la puissance ASE dans la puissance amplifiée totale augmente à mesure que la puissance du signal d'entrée diminue, comme indiqué sur les figures 7C à 7D. Par exemple, à une puissance de signal d'entrée de -30 dBm, la proportion de puissance ASE est d'environ 1,4 dB dans la puissance totale du signal amplifié (par exemple, la sortie est égale à PASE/PTOTALE = -1,4 dB) . Par conséquent, un gain fixé par un amplificateur optique classique est inférieur (de -1,4 dB) au gain de départ.
De plus, dans les systèmes classiques, même avec une commande en rétro-action, la lumière d'émission spontanée provoque une distorsion du processus de rétro-action.
En outre, les systèmes classiques comprennent typiquement un filtre passe-bande qui ne parvient pas à maintenir une sortie de signal de puissance précise. A l'inverse, l'invention utilise un filtre coupe-bande qui est plus précis qu'un filtre passe-bande étant donné que le filtre coupe-bande soustraie la lumière
ASE.
ASE.
RESUME DE L'INVENTION
Compte tenu des problèmes ci-dessus et d'autres des systèmes classiques, un objet de la présente invention est de proposer une structure et un procédé pour un amplificateur optique qui maintiennent un niveau de sortie de lumière constant.
Compte tenu des problèmes ci-dessus et d'autres des systèmes classiques, un objet de la présente invention est de proposer une structure et un procédé pour un amplificateur optique qui maintiennent un niveau de sortie de lumière constant.
Selon un premier aspect de la présente invention, un amplificateur optique ingénieux est proposé, qui comprend une unité d'amplification optique pour amplifier un signal lumineux, ayant une longueur d'onde spécifique, et pour délivrer un signal lumineux amplifié. Des première et deuxième unités de dérivation optique sont prévues, chaque unité de dérivation dérivant le signal lumineux amplifié pour délivrer un signal lumineux dérivé. Un filtre optique coupe-bande enlève la lumière dans une bande de longueur d'onde centrale prédéterminée (comprenant la longueur d'onde spécifique), et est connecté à la deuxième unité de dérivation pour permettre seulement la transmission de la lumière d'émission spontanée. Un circuit soustracteur délivre un signal de commande égal à la différence entre le premier signal lumineux dérivé et la lumière d'émission spontanée. Un dispositif de commande d'amplification optique commande une sortie du signal lumineux amplifié sur la base du signal de commande.
De plus, au lieu de la structure mentionnée cidessus, dans un amplificateur optique selon la présente invention, la deuxième unité de dérivation optique peut etre positionnée après la première unité de dérivation de manière à recevoir le premier signal lumineux dérivé.
En outre, l'unité d'amplification optique comprend une fibre optique dopée avec un élément des terres rares (par exemple, une fibre dopée à l'erbium pour les longueurs d'onde de 1,55 ptm, une fibre dopée au néodyme pour une fibre à 1,31 Mm, et une fibre dopée au praséodyme), une source de lumière de pompage pour délivrer la lumière de pompage et un coupleur optique pour coupler le signal lumineux et la lumière de pompage à la fibre optique dopée avec un élément des terres rares. Le circuit de commande de l'amplification optique commande un courant injecté dans la source de lumière de pompage en fonction du signal de commande.
En outre, le filtre optique coupe-bande comprend de préférence un filtre optique multicouche diélectrique, un filtre optique de type en réseau sur fibre ou un filtre optique de type en guide d'ondes. De plus, en amont (par exemple, par rapport à la direction de propagation de la lumière) du filtre optique coupebande, un isolateur optique est prévu pour permettre la transmission seulement de la lumière se propageant dans une direction d'entrée dans le filtre optique coupebande. L'isolateur optique bloque la lumière se propageant dans une direction opposée à la direction d'entrée.
Le circuit soustracteur comprend de préférence une première unité de réception de lumière pour convertir le premier signal lumineux dérivé en un premier signal électrique, et une deuxième unité de réception de lumière pour convertir la lumière d'émission spontanée en un deuxième signal électrique. Le circuit de soustraction, en déterminant une différence entre le premier signal électrique et le deuxième signal électrique délivre une sortie représentant la différence au circuit de commande qui calcule le signal de commande.
Dans l'amplificateur optique et le procédé selon la présente invention, des parties de la lumière provenant de l'unité d'amplification optique sont dérivées par les première et deuxième unités de dérivation optique, et leur niveau est mesuré par les première et deuxième unités de réception de lumière, respectivement. Le filtre optique enlève une longueur d'onde centrale du signal lumineux, et est positionné entre la deuxième unité de dérivation et la deuxième unité de réception de lumière. La deuxième unité de réception de lumière mesure le niveau de la lumière filtrée. En soustrayant le niveau de la lumière filtrée à la lumière de sortie mesurée par la première unité de réception de lumière, seule la longueur d'onde centrale du signal lumineux est délivrée au circuit de commande.
Ainsi, le circuit de commande commande l'amplificateur optique de manière à ce que la sortie de l'unité d'amplification optique soit maintenue à un niveau constant dans la plage de la longueur d'onde centrale.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les objets, aspects et avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, seront mieux compris d'après la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de l'invention en référence aux dessins, dans lesquels
la figure 1 est un schéma de principe illustrant la structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention
la figure 2A représente le spectre d'un signal lumineux appliqué à une unité d'amplification optique de l'amplificateur optique de la figure 1 selon la présente invention
la figure 2B représente le spectre d'un signal lumineux amplifié délivré par l'unité d'amplification optique ingénieuse de la figure 1
la figure 2C représente le spectre de la lumière d'émission spontanée appliquée à une unité de réception de lumière de l'amplificateur optique représenté sur la figure 1
la figure 3 est un schéma de principe illustrant la structure d'un deuxième mode de réalisation de l'amplificateur optique selon la présente invention
la figure 4 est un schéma de principe illustrant la structure d'un troisième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention
la figure 5 représente le spectre de la lumière d'émission spontanée appliquée à une unité de réception de lumière (par exemple, une photodiode 31) de l'amplificateur optique représenté sur la figure 4
la figure 6 est un schéma de principe illustrant la structure d'un amplificateur optique classique
la figure 7A illustre le spectre d'un signal lumineux ayant une puissance de -20 dBm appliqué à une unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique représenté sur la figure 6
la figure 7B illustre le spectre d'un signal lumineux amplifié (de -20 dBm) délivré par l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique de la figure 6
la figure 7C illustre le spectre d'un signal lumineux ayant une puissance de -30 dBm appliqué à l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique représenté sur la figure 6 ; et
la figure 7D illustre le spectre d'un signal lumineux amplifié (de -30 dBm) délivré par l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique de la figure 6.
Les objets, aspects et avantages ci-dessus, ainsi que d'autres, seront mieux compris d'après la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de l'invention en référence aux dessins, dans lesquels
la figure 1 est un schéma de principe illustrant la structure d'un premier mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention
la figure 2A représente le spectre d'un signal lumineux appliqué à une unité d'amplification optique de l'amplificateur optique de la figure 1 selon la présente invention
la figure 2B représente le spectre d'un signal lumineux amplifié délivré par l'unité d'amplification optique ingénieuse de la figure 1
la figure 2C représente le spectre de la lumière d'émission spontanée appliquée à une unité de réception de lumière de l'amplificateur optique représenté sur la figure 1
la figure 3 est un schéma de principe illustrant la structure d'un deuxième mode de réalisation de l'amplificateur optique selon la présente invention
la figure 4 est un schéma de principe illustrant la structure d'un troisième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention
la figure 5 représente le spectre de la lumière d'émission spontanée appliquée à une unité de réception de lumière (par exemple, une photodiode 31) de l'amplificateur optique représenté sur la figure 4
la figure 6 est un schéma de principe illustrant la structure d'un amplificateur optique classique
la figure 7A illustre le spectre d'un signal lumineux ayant une puissance de -20 dBm appliqué à une unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique représenté sur la figure 6
la figure 7B illustre le spectre d'un signal lumineux amplifié (de -20 dBm) délivré par l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique de la figure 6
la figure 7C illustre le spectre d'un signal lumineux ayant une puissance de -30 dBm appliqué à l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique représenté sur la figure 6 ; et
la figure 7D illustre le spectre d'un signal lumineux amplifié (de -30 dBm) délivré par l'unité d'amplification optique de l'amplificateur optique classique de la figure 6.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES
DE L'INVENTION
On explique ci-après, avant de détailler la structure et le procédé des modes de réalisation préférés de la présente invention, la raison pour laquelle le niveau de lumière délivré par les amplificateurs optiques classiques ne peut pas être maintenu constant (même si l'amplificateur optique est commandé par rétro-action). Ensuite, on donne une discussion détaillée de la structure et du procédé de la présente invention, ainsi qu'une explication sur la façon dont la structure de l'invention surmonte le problème mentionné précédemment.
DE L'INVENTION
On explique ci-après, avant de détailler la structure et le procédé des modes de réalisation préférés de la présente invention, la raison pour laquelle le niveau de lumière délivré par les amplificateurs optiques classiques ne peut pas être maintenu constant (même si l'amplificateur optique est commandé par rétro-action). Ensuite, on donne une discussion détaillée de la structure et du procédé de la présente invention, ainsi qu'une explication sur la façon dont la structure de l'invention surmonte le problème mentionné précédemment.
Comme indiqué ci-dessus, dans les amplificateurs optiques classiques, il est difficile de maintenir un niveau constant du signal lumineux amplifié, même si la commande en rétro-action est utilisée, car la lumière d'émission spontanée provoque une distorsion du processus de rétro-action.
Plus précisément, l'auteur de la présente invention a découvert que dans la structure classique représentée sur la figure 6, la partie du signal lumineux amplifié qui est dérivée et utilisée pour la commande en rétro-action n'est pas modifiée (par exemple, est utilisée telle qu'elle est) . Cependant, lorsqu'un signal lumineux est amplifié, la lumière d'émission spontanée est ajoutée au signal lumineux. Si la proportion de la lumière d'émission spontanée par rapport à la sortie totale de lumière provenant de l'amplificateur optique est modifiée par l'amplificateur, la sortie apparente du signal lumineux amplifié est également modifiée. Cette modification provoque une distorsion de la commande du signal lumineux amplifié. En outre, la proportion et la variation de la lumière d'émission spontanée dans la lumière délivrée par l'amplificateur optique ne sont pas constantes et dépendent du niveau du signal lumineux d'entrée.
Ainsi, la sortie optique de l'amplificateur optique comprend le signal optique amplifié ainsi que l'émission spontanée amplifiée (ASE) générée dans l'amplificateur optique lui-même. L'émission spontanée amplifiée a une valeur dans une large plage du spectre, et sa puissance varie avec la puissance optique d'entrée de l'amplific-ateur optique. Ainsi, il est difficile de distinguer le signal optique amplifié de la puissance de sortie de l'amplificateur optique.
De plus, étant donné que la lumière amplifiée est reçue directement par les unités de réception de lumière (par exemple, photodiodes/capteurs de lumière) pour la commande en rétro-action, il est difficile de maintenir précisément un niveau constant de lumière de sortie du fait de l'influence de l'émission spontanée amplifiée. Comme indiqué ci-dessus, on pense que la raison de cette difficulté tient à la commande en rétro-action inutile du niveau de la lumière de signal qui est sans cela constant, du fait de la variation de la quantité d'émission spontanée amplifiée qui est contenue dans la lumière amplifiée.
Compte tenu de cette découverte, l'auteur de la présente invention a déterminé que l'amplification optique doit être commandée tout en considérant également la variation de la lumière d'émission spontanée. Ainsi, l'amplificateur optique selon l'invention met en oeuvre la structure suivante, afin de surmonter le problème décrit ci-dessus associé à l'amplificateur optique classique.
Premier mode de réalisation
En référence à la figure 1, la structure d'un premier mode de réalisation préféré de l'amplificateur optique de la présente invention est illustrée, et comprend une unité d'amplification optique 10 destinée à amplifier directement un signal lumineux d'entrée.
En référence à la figure 1, la structure d'un premier mode de réalisation préféré de l'amplificateur optique de la présente invention est illustrée, et comprend une unité d'amplification optique 10 destinée à amplifier directement un signal lumineux d'entrée.
L'unité d'amplification optique 10 est de préférence un amplificateur à fibre optique comprenant une fibre optique d'amplification et une source de lumière de pompage destinée à appliquer la lumière de pompage à la fibre optique d'amplification. Comme indiqué ci-dessus, la fibre optique est de préférence une fibre dopée avec un élément des terres rares (par exemple, l'erbium, le néodyme, le praséodyme ou similaire). De plus, l'unité d'amplification optique peut être un amplificateur optique à semi-conducteur ou similaire.
Une première unité de dérivation optique 20 est positionnée du côté de sortie de l'unité d'amplification optique 10 et une deuxième unité de dérivation optique 21 est positionnée en aval de la première unité de dérivation optique. Les unités de dérivation peuvent comprendre un coupleur de dérivation optique ou similaire (par exemple, un diviseur de faisceau ou similaire). Il convient de noter que les dispositifs optiques (par exemple, y compris les unités de dérivation optique 20 et 21) sont formés intégralement dans un module/boîtier, ce qui donne un système globalement plus petit.
La lumière dérivée par l'unité de dérivation optique 20 est entrée dans une unité de réception de lumière 30 (par exemple, une photodiode, un capteur de lumière ou similaire), et son niveau est mesuré. De meme, le niveau de la lumière de sortie de l'unité de dérivation optique 21 est mesuré par une unité de réception de lumière 31, après passage dans un isolateur optique 60 et un filtre coupe-bande 40. Les unités de réception de lumière 30, 31 peuvent être des capteurs de lumière classiques.
Le filtre coupe-bande 40 (par exemple, ayant une fonction opposée à celle du filtre passe-bande), positionné entre l'isolateur optique 60 et l'unité de réception de lumière 31, enlève seulement la composante de longueur d'onde du signal lumineux. Plus précisément, le filtre coupe-bande enlève une étroite bande de lumière. Ainsi, seule la lumière avec des longueurs d'onde spécifiques prédéterminées peut passer.
Un isolateur optique 60 est couplé entre la deuxième unité de dérivation optique 21 et le filtre coupe-bande 40. L'isolateur optique 60 fonctionne comme une vanne unidirectionnelle, et empeche la lumière enlevée par le filtre coupe-bande de revenir et d'interférer avec le chemin de transmission. On pense que la structure de l'isolateur optique est bien connue, et par souci de brièveté ne sera pas décrite ici plus en détail.
Les figures 2A à 2C illustrent le fonctionnement de l'amplificateur optique selon la présente invention.
La figure 2A illustre un échantillon du spectre d'un signal lumineux appliqué à l'unité d'amplification de lumière 10. Dans cet exemple de mode de réalisation, la longueur d'onde centrale est environ de 1550 nm et une largeur de suppression de 20 dB est d'environ 1 nm.
La figure 2B illustre le signal lumineux une fois amplifié par l'unité d'amplification 10. L'unité d'amplification optique 10 ajoute la lumière d'émission spontanée au signal d'entrée de départ.
Comme indiqué ci-dessus, le signal lumineux est dérivé par l'unité de dérivation optique 20 et est mesuré par l'unité de réception de lumière 30. La lumière reçue (et détectée) par l'unité de réception de lumière 30 comprend les composantes de longueur d'onde illustrées sur la figure 2B. C'est-à-dire que la puissance Pt de la lumière de sortie de l'unité d'amplification optique 10 est la somme du signal lumineux Ps et de la lumière d'émission spontanée (amplifiée) Pase, et est exprimée par l'équation (1) suivante.
Pt = Ps + Pase (1)
Le filtre coupe-bande 40 a une réflectivité d'au moins 97 % à une longueur d'onde centrale d'environ 1500 nm et une largeur de bande de +5 nm. L'unité de dérivation optique 21 fait passer le signal lumineux amplifié illustré sur la figure 2B dans le filtre coupe-bande 40, de manière à enlever la composante de longueur d'onde du signal (c'est-à-dire la longueur d'onde de 1550 15 nm), afin de produire la composante de signal lumineux illustrée sur la figure 2C. Bien que 1550 nm soit utilisé dans l'exemple ci-dessus, l'invention ne s'y limite pas et est également applicable à toutes les longueurs d'onde optiques utiles.
Le filtre coupe-bande 40 a une réflectivité d'au moins 97 % à une longueur d'onde centrale d'environ 1500 nm et une largeur de bande de +5 nm. L'unité de dérivation optique 21 fait passer le signal lumineux amplifié illustré sur la figure 2B dans le filtre coupe-bande 40, de manière à enlever la composante de longueur d'onde du signal (c'est-à-dire la longueur d'onde de 1550 15 nm), afin de produire la composante de signal lumineux illustrée sur la figure 2C. Bien que 1550 nm soit utilisé dans l'exemple ci-dessus, l'invention ne s'y limite pas et est également applicable à toutes les longueurs d'onde optiques utiles.
L'unité de réception de lumière 31 mesure la composante de signal lumineux illustrée sur la figure 2C (qui contient principalement la composante de lumière d'émission spontanée et très peu, voire pas du tout, de la composante de lumière de signal). La puissance de lumière de sortie Pase de l'unité de d'amplification optique 10 reçue par l'unité de réception de lumière 30 peut être représentée approximativement par l'équation (2) suivante en utilisant la puissance de lumière Pr reçue par l'unité de réception de lumière 31 et une constante de proportionnalité a appropriée.
Pase = aPr (2)
D'après les équations (1) et (2), on obtient l'équation (3) suivante, qui permet de calculer approximativement la sortie optique de la lumière de signal amplifiée en utilisant les sortie optiques Pt et
Pase qui sont mesurées par les unités de réception de lumière 30 et 31.
D'après les équations (1) et (2), on obtient l'équation (3) suivante, qui permet de calculer approximativement la sortie optique de la lumière de signal amplifiée en utilisant les sortie optiques Pt et
Pase qui sont mesurées par les unités de réception de lumière 30 et 31.
Ps = Pt - aPase (3)
L'unité de soustracteur 50 soustraie la sortie de l'unité de réception de lumière 31 de celle de l'unité de réception de lumière 30 conformément à l'équation (3), et délivre un signal de contrôle au circuit de commande 51. L'unité de soustracteur 50 comprend de préférence un amplificateur opérationnel ou similaire.
L'unité de soustracteur 50 soustraie la sortie de l'unité de réception de lumière 31 de celle de l'unité de réception de lumière 30 conformément à l'équation (3), et délivre un signal de contrôle au circuit de commande 51. L'unité de soustracteur 50 comprend de préférence un amplificateur opérationnel ou similaire.
Le signal de contrôle représente (par exemple, est proportionnel à) un signal lumineux vrai exempt de lumière d'émission spontanée, et est utilisé par le circuit de commande 51 pour commander la sortie de l'unité d'amplification optique 10 afin de maintenir le signal de contrôle constant.
Par exemple, le circuit de commande 51 délivre un signal à l'unité d'amplification 10 afin de commander le gain de celle-ci, de manière à produire le signal lumineux amplifié à un niveau constant. Par conséquent, avec l'invention, le niveau de sortie du signal lumineux amplifié peut être maintenu à un niveau constant et commandé avec une grande précision.
Il convient de noter que la constante de proportionnalité a mentionnée ci-dessus peut être préréglée à une valeur qui est prédéterminée de manière à ce que le résultat de l'opération selon l'équation (3) soit zéro lorsqu'aucune lumière de signal n'est appliquée à l'unité d'amplification optique 10. En outre, d'autres facteurs qui affectent le choix de la constante de proportionnalité comprennent le niveau de puissance d'entrée et la puissance de pompage utilisée.
Ainsi, les chemins (et unités) de dérivation optique utilisés dans le premier mode de réalisation fournissent une plus grande précision pour maintenir le niveau de puissance de sortie.
En outre, le filtre coupe-bande utilisé à la place du filtre passe-bande des systèmes classiques permet d'obtenir un signal de sortie de puissance plus précis.
En particulier, le filtre coupe-bande permet un calcul plus précis (par exemple dans le dispositif de commande utilisant les équations ci-dessus), comparé à un filtre passe-bande.
Deuxième mode de réalisation
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention. Les mêmes éléments décrits en référence au premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence pour faciliter la compréhension. En outre, par souci de brièveté, une description de ces éléments ne sera pas répétée, mais seules les différences seront détaillées.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention. Les mêmes éléments décrits en référence au premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence pour faciliter la compréhension. En outre, par souci de brièveté, une description de ces éléments ne sera pas répétée, mais seules les différences seront détaillées.
Le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3 diffère du premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 en ce que l'unité de dérivation optique 20 pour dériver (et commander) le signal amplifié décrite ci-dessus est positionnée entre l'unité de dérivation optique 21 et l'isolateur optique 60. Le fonctionnement de base du mode de réalisation est similaire à celui du mode de réalisation représenté sur la figure 1. Cependant, en utilisant cette structure, illustrée sur la figure 3, les éléments optiques sont positionnés de manière à réduire le chemin de transmission optique.
En particulier, dans le deuxième mode de réalisation, la perte d'insertion est réduite, par rapport au premier mode de réalisation, étant donné qu'il n'est pas nécessaire d'avoir deux dispositifs optiques en série comme dans le cas du premier mode de réalisation. La perte d'insertion est plus importante dans le premier mode de réalisation car les première et deuxième unités de dérivation optique (par exemple, les unités de dérivation optique 20, 21) sont prévues en série, entre l'unité d'amplification 10 et la sortie.
Chaque unité de dérivation étant prévue dans le chemin optique, la perte d'insertion se trouve accrue. Dans le deuxième mode de réalisation, seule une unité de dérivation optique (par exemple, l'unité de dérivation optique 21) est utilisée dans le chemin de transmission (par exemple, entre l'unité d'amplification 10 et la sortie) . Ainsi, dans le deuxième mode de réalisation, l'efficacité est améliorée et la puissance de sortie (par exemple, Pout) est augmentée par rapport au premier mode de réalisation.
Etant donné que le chemin de transmission optique est réduit, le besoin de puissance de sortie lumineuse peut être réduit par rapport à la structure représentée sur la figure 1. En outre, dans le deuxième mode de réalisation, la différence entre les deux chemins menant au soustracteur 50 est réduite.
Troisième mode de réalisation
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention. Les mêmes éléments discutés en référence au premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence pour faciliter la compréhension. En outre, par souci de brièveté, une description de ces éléments ne sera pas répétée, mais seules les différences seront détaillées.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d'un amplificateur optique selon la présente invention. Les mêmes éléments discutés en référence au premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence pour faciliter la compréhension. En outre, par souci de brièveté, une description de ces éléments ne sera pas répétée, mais seules les différences seront détaillées.
Le troisième mode de réalisation représenté sur la figure 4 diffère du premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 en ce qu'un circulateur optique 70 est positionné en aval de la sortie de l'amplificateur à fibre optique 10 et en amont d'une unité de dérivation optique 25 (par exemple, un coupleur optique 25). Le circulateur optique 70 fonctionne comme une "vanne" pour laisser passer la lumière entre un filtre coupe-bande 40 et un coupleur optique 25, et est utilisé à la place de l'unité de dérivation optique 21 et de l'isolateur optique 60.
En fonctionnement, la lumière passe du circulateur optique 70 au filtre coupe-bande 40. Le filtre coupebande réfléchit le signal optique (par exemple, ayant une longueur d'onde de 1550 nm) vers le circulateur optique 70. La lumière réfléchie comprend la lumière de signal et la lumière d'émission spontanée amplifiée (ASE) ayant une longueur d'onde de 1550 nm. L'autre lumière (par exemple, ayant une longueur d'onde autre que 1550 nm) reçue par le filtre coupe-bande 40 est transmise à la photodiode 30. La lumière reçue par la photodiode 30 est la même que celle représentée sur la figure 2C.
La lumière réfléchie par le filtre coupe-bande 40 est reçue par l'unité de dérivation optique 25 (par exemple, le coupleur) par l'intermédiaire du circulateur optique 70. L'unité de dérivation optique 25 délivre la lumière réfléchie (par exemple, la lumière de signal et la lumière ASE) ayant une longueur d'onde de 1550 nm à la photodiode 31. La lumière reçue par la photodiode 31 est telle que représentée sur la figure 5.
Comme dans le premier mode de réalisation, un soustracteur 50 reçoit les signaux de sortie provenant des photodiodes 30, 31 et délivre un signal de différence au circuit de commande 51, de manière à commander l'amplificateur à fibre optique 10.
Dans le troisième mode de réalisation, il n'y a pas de deuxième unité de dérivation comme sur la figure 1. Ainsi, un avantage du troisième mode de réalisation est que la deuxième unité de dérivation optique n'est pas nécessaire étant donné que le circulateur optique 70 remplit la fonction de l'unité de dérivation optique 21 dans le premier mode de réalisation. Ainsi, la perte d'insertion est nettement inférieure à celle du premier mode de réalisation sur la figure 1.
En outre, la puissance de la lumière ASE est inférieure dans ce mode de réalisation (comme dans le deuxième mode de réalisation).
Bien que l'unité d'amplification optique 10 soit discutée ci-dessus en tant qu'unité d'amplification à fibre optique, elle peut être remplacée par une unité d'amplification optique à semi-conducteur, en fonction de l'application spécifique et des contraintes et des besoins du concepteur.
Le filtre coupe-bande 40 peut comprendre un filtre interférentiel multicouche diélectrique, un filtre optique de type en réseau sur fibre, un filtre optique de type en guide d'ondes ou un dispositif similaire, comme cela est connu des hommes du métier. Par exemple, le filtre optique coupe-bande peut être un filtre de type en réseau sur fibre, tel qu'un réseau de diffraction de Bragg est créé sur une fibre optique en utilisant une variation d'indice de réfraction induite par rayonnement ultraviolet dans le coeur d'une fibre dopée au Ge, et servant de filtre réfléchissant pour réfléchir seulement la lumière d'une longueur d'onde spécifiée. Le réseau sur fibre a été fortement développé récemment, et le principe et la structure de base et similaire sont décrits, par exemple, dans "Fiber Grating", Laser Research, volume 23, N"10 (octobre 1995).
De même, le filtre de type en guide d'ondes peut être, par exemple, un filtre optique de type Mach
Zehnder ou autre filtre similaire, comme cela est connu des hommes du métier.
Zehnder ou autre filtre similaire, comme cela est connu des hommes du métier.
Ainsi, l'auteur de la présente invention a découvert pourquoi les amplificateurs optiques classiques ne peuvent pas atteindre une sortie constante très précise, même lorsqu'une commande en rétro-action est utilisée. Pour surmonter ce problème, l'auteur de la présente invention a conçu un procédé et un système de commande en rétro-action nouveaux et non évidents dans lesquels le signal lumineux amplifié est dérivé en deux signaux lumineux. Un signal lumineux est modifié pour enlever la composante sensiblement proche d'une longueur d'onde centrale du signal lumineux amplifié afin d'extraire seulement la lumière d'émission spontanée. Ensuite, le niveau de sortie du signal lumineux amplifié pur est calculé en soustrayant la lumière d'émission spontanée au niveau de sortie de lumière totale de l'unité d'amplification optique, et le signal de différence est utilisé pour la commande en rétro-action. En conséquence, avec la structure ingénieuse décrite ci-dessus, le niveau de sortie peut être commandé de manière à être constant et de haute précision quelle que soit la variation de la proportion de la lumière d'émission spontanée.
Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation préférés décrits ci-dessus, elle ne s'y limite pas et comprend toutes les variations qui seraient évidentes aux hommes du métier.
Claims (24)
1. Système d'amplification optique, caractérisé en ce qu'il comprend
un amplificateur optique (10) pour amplifier optiquement un signal lumineux ayant une longueur d'onde prédéterminée, et pour délivrer un signal lumineux amplifié
une première unité de dérivation optique (20) pour dériver une partie dudit signal lumineux amplifié
une deuxième unité de dérivation optique (21) pour dériver une partie dudit signal lumineux amplifié
un filtre (40) pour enlever la lumière sensiblement dans une bande de longueur d'onde prédéterminée de la lumière dérivée par ladite deuxième unité de dérivation (21) de sorte que la lumière d'émission spontanée est transmise de façon sélective
un soustracteur (50) pour soustraire ladite lumière d'émission spontanée de la lumière dérivée par ladite première unité de dérivation (20), afin de produire un signal de commande ; et
un dispositif de commande (51) pour commander une sortie dudit amplificateur optique (10) en fonction dudit signal de commande.
2. Système d'amplification optique selon la revendication 1, comprenant en outre une unité de sortie pour recevoir une deuxième sortie provenant de ladite deuxième unité de dérivation (21), et un chemin de transmission connectant ledit amplificateur optique et ladite unité de sortie,
dans lequel ladite deuxième unité de dérivation (21) est connectée directement audit chemin de transmission.
3. Système d'amplification optique selon la revendication 1, comprenant en outre une unité de sortie pour recevoir une deuxième sortie provenant de ladite deuxième unité de dérivation (21), et un chemin de transmission connectant ledit amplificateur optique (10) et ladite unité de sortie,
dans lequel ladite première unité de dérivation (20) est connectée directement audit chemin de transmission et ladite deuxième unité de dérivation (21) est connectée à ladite première unité de dérivation.
4. Système d'amplification optique selon la revendication 1, dans lequel ledit amplificateur optique comprend
une fibre optique dopée avec un élément des terres rares
une source de lumière de pompage pour délivrer une lumière de pompage ; et
un coupleur optique (25) pour coupler ledit signal lumineux et ladite lumière de pompage à ladite fibre optique dopée avec un élément des terres rares.
5. Système d'amplification optique selon la revendication 4, dans lequel ledit dispositif de commande (51) comprend des moyens pour commander un courant injecté dans ladite source de lumière de pompage en fonction dudit signal de commande.
6. Système d'amplification optique selon la revendication 1, dans lequel ledit filtre comprend un filtre optique coupe-bande (40) pour réfléchir la lumière dans une longueur d'onde centrale et laisser passer seulement ladite lumière d'émission spontanée.
7. Système d'amplification optique selon la revendication 6, comprenant en outre un isolateur optique (60) positionné entre ladite deuxième unité de dérivation (21) et ledit filtre (40),
ledit isolateur optique (60) servant à laisser passer la lumière se propageant dans une direction d'entrée et à bloquer la lumière se propageant dans une direction opposée à ladite direction d'entrée.
8. Système d'amplification optique selon la revendication 7, dans lequel ledit filtre (40) comprend au moins un parmi un filtre optique multicouche diélectrique, un filtre optique en réseau sur fibre et un filtre optique en guide d'ondes.
9. Système d'amplification optique selon la revendication 1, dans lequel ledit filtre (40) réfléchit la lumière à ladite longueur d'onde prédéterminée pour laisser passer seulement la lumière d'émission spontanée de manière sélective.
10. Système d'amplification optique selon la revendication 1, dans lequel ledit filtre (40) comprend au moins un parmi un filtre optique multicouche diélectrique, un filtre optique en réseau sur fibre et un filtre optique en guide d'ondes.
11. Système d'amplification optique selon la revendication 7, dans lequel ledit soustracteur (50) comprend
une première unité de réception de lumière (30) pour convertir la lumière dérivée par ladite première unité de dérivation (20) en un premier signal électrique ;
une deuxième unité de réception de lumière (31) pour convertir ladite lumière d'émission spontanée en un deuxième signal électrique ; et
un circuit différentiel pour calculer une différence entre ledit premier signal électrique et ledit deuxième signal électrique.
12. Procédé pour amplifier optiquement un signal d'entrée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à
dériver, à l'aide d'une première unité de dérivation (20), une partie d'un signal lumineux amplifié
dériver, à l'aide d'une deuxième unité de dérivation (21), une partie dudit signal lumineux amplifié ;
enlever la lumière sensiblement dans une bande de longueur d'onde prédéterminée de la lumière dérivée par ladite deuxième unité de dérivation (21) de manière à transmettre de façon sélective la lumière d'émission spontanée ; et
soustraire ladite lumière d'émission spontanée à la lumière dérivée par ladite première unité de dérivation (20), afin de produire un signal de commande.
13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre les étapes consistant à
amplifier optiquement un signal lumineux ayant une longueur d'onde prédéterminée,
de manière à délivrer ledit signal lumineux amplifié à ladite première unité de dérivation (20) ; et
commander une sortie dudit amplificateur optique en fonction dudit signal de commande.
14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'étape consistant à
prévoir une unité de sortie pour recevoir une deuxième sortie provenant de ladite deuxième unité de dérivation (21) et un chemin de transmission connectant ledit amplificateur optique (10) et ladite unité de sortie,
dans lequel ladite deuxième unité de dérivation (21) est directement connectée audit chemin de transmission.
15. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'étape consistant à prévoir une unité de sortie pour recevoir une deuxième sortie provenant de ladite deuxième unité de dérivation (21) et un chemin de transmission connectant ledit amplificateur optique (10) et ladite unité de sortie,
dans lequel ladite première unité de dérivation (20) est directement connectée audit chemin de transmission et ladite deuxième unité de dérivation (21) est connectée à ladite première unité de dérivation (20).
16. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'étape consistant à prévoir un amplificateur optique (10) comprenant
une fibre optique dopée avec un élément des terres rares
une source de lumière de pompage pour délivrer une lumière de pompage ; et
un coupleur optique (25) pour coupler ledit signal lumineux et ladite lumière de pompage à ladite fibre optique dopée avec un élément des terres rares.
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel ladite étape de commande comprend une étape consistant à commander un courant injecté dans ladite source de lumière de pompage en fonction dudit signal de commande.
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel ladite étape d'enlèvement comprend une étape consistant à prévoir un filtre optique coupe-bande (40) pour réfléchir la lumière à ladite longueur d'onde centrale et laisser passer seulement ladite lumière d'émission spontanée, et
dans lequel ladite étape de soustraction comprend le fait de
convertir la lumière dérivée par ladite première unité de dérivation (20) en un premier signal électrique ;
convertir ladite lumière d'émission spontanée en un deuxième signal électrique ; et
calculer une différence entre ledit premier signal électrique et ledit deuxième signal électrique.
19. Système d'amplification optique, caractérisé en ce qu' il comprend
une première unité de dérivation optique (20) pour dériver une partie d'un signal lumineux amplifié
une deuxième unité de dérivation optique (21) pour dériver une partie dudit signal lumineux amplifié
un filtre (40) pour enlever la lumière sensiblement dans une bande de longueur d'onde prédéterminée de la lumière dérivée par ladite deuxième unité de dérivation (21) de sorte que seule la lumière d'émission spontanée est transmise de façon sélective ; et
un soustracteur (50) pour soustraire ladite lumière d'émission spontanée de la lumière dérivée par ladite première unité de dérivation (20), afin de produire un signal de commande.
20. Système d'amplification optique selon la revendication 19, comprenant en outre
un amplificateur optique (10) pour amplifier optiquement un signal lumineux ayant une longueur d'onde prédéterminée, de manière à délivrer ledit signal lumineux amplifié à ladite première unité de dérivation (20) ; et
un dispositif de commande (51) pour commander une sortie dudit amplificateur optique (10) en fonction dudit signal de commande.
21. Système d'amplification optique selon la revendication 19, comprenant en outre une unité de sortie couplée à une sortie de ladite deuxième unité de dérivation (21), ladite deuxième unité de dérivation (21) étant couplée en série entre ladite unité de sortie et une sortie de ladite première unité de dérivation (20).
22. Système d'amplification optique selon la revendication 19, comprenant en outre une unité de sortie couplée à une première sortie de ladite première unité de dérivation (20), et ladite deuxième unité de dérivation (21) étant couplée à une deuxième sortie de ladite première unité de dérivation (20).
23. Système d'amplification optique, caractérisé en ce qu' il comprend
un circulateur optique (70) pour diriger une lumière amplifiée ;
un filtre (40) pour enlever la lumière sensiblement dans une bande de longueur d'onde prédéterminée à ladite lumière amplifiée reçue dudit circulateur optique (70) et transmettre ladite lumière ayant ladite longueur d'onde prédéterminée audit circulateur optique (70), et pour laisser passer une deuxième lumière ayant une longueur d'onde autre que ladite longueur d'onde prédéterminée, ladite lumière ayant ladite longueur d'onde prédéterminée comprenant la lumière d'émission spontanée ;
une unité de dérivation optique pour recevoir et dériver ladite lumière ayant ladite longueur d'onde prédéterminée provenant dudit circulateur optique (70) ; et
un soustracteur (50) pour soustraire ladite lumière d'émission spontanée de ladite deuxième lumière transmise par ledit filtre, afin de produire un signal de commande.
24. Système d'amplification selon la revendication 23, dans lequel ladite unité de dérivation optique comprend un coupleur optique (25), et ledit filtre (40) comprend au moins un parmi un filtre optique multicouche diélectrique, un filtre optique en réseau sur fibre et un filtre optique en guide d'onde.
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