FR2787954A1 - Amplification quasi-distribuee dans un systeme de transmission a fibre optique - Google Patents

Abstract

L'invention propose un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, avec une pluralité de sections de fibre (6i ) et de répéteurs (5i ), dans lequel les répéteurs comprennent des moyens d'amplification discrète (7) des signaux et des moyens de préamplification distribuée de la fibre de ligne (6i-l ) en amont du répéteur dans le sens de propagation des signaux.La préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne en amont du répéteur permet de diminuer le gain de l'amplificateur discret, et permet ainsi de faire diminuer le bruit généré par cet amplificateur.En outre, l'asservissement du gain d'amplification distribuée permet de pallier les effets du vieillissement sur les composants, sans modifier le gain d'amplification discrète. L'invention permet de limiter les variations d'excursion de gain provoquées dans les systèmes de l'art antérieur par le vieillissement de la liaison.

Description

l

AMPLIFICATION QUASI-DISTRIBUEE DANS UN SYSTEMES DE

TRANSMISSION A FIBRE OPTIQUE

La présente invention a pour objet un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, ainsi qu'un procédé de transmission dans un tel système, qui permettent d'améliorer les performances en termes de rapport signal sur bruit, ou encore en termes de longueurs possibles pour le système. Elle concerne

aussi un répéteur pour un tel système de transmission.

L'invention s'applique notamment aux systèmes de transmission à fibre optique, utilisant un multiplexage de longueur d'onde (en anglais "wavelength

division multiplexing ou WDM).

Une des solutions connues pour la transmission de signaux non-solitons dans des fibres optiques consiste à disposer à intervalles réguliers le long du système de transmission des amplificateurs optiques, et notamment des amplificateurs à fibre optique dopée à l'erbium. Une telle solution est par exemple décrite dans Bergano, Long haul WDM transmission using optimum channel modulation: 32 x 5 Gbit/s 9300 km demonstration, OFC'97 post deadline 16. Les distances de transmission dans un tel système sont limitées par le rapport signal sur bruit, et notamment par la présence de bruit d'amplification spontanée (ASE, acronyme de l'anglais "amplified

spontaneous emission") généré dans les amplificateurs.

Il a aussi été proposé dans un article de Morten Nissov et autres, 100 Gb/s (1 Oxl 0 Gb/s) WDM transmission over 7200 km using distribution Raman amplification, OFC'97, post deadline paper, d'utiliser dans un système de transmission uniquement une amplification distribuée par effet Raman pour l'amplification à intervalles réguliers du signal. Cette solution permet une amélioration du rapport signal sur bruit d'environ 2 dB par rapport à une solution comparable utilisant uniquement des amplificateurs discrets. Elle présente l'inconvénient de nécessiter de fortes puissances de pompes pour obtenir un pompage suffisant; dans l'article proposé, les puissances de pompe sont de l'ordre de 300 mW. Un autre inconvénient pour la mise en oeuvre industrielle d'une telle solution est qu'il est difficile avec un pompage Raman dans un sens opposé au sens

de propagation du signal de contrôler la puissance de chaque étage d'amplification.

Une description de l'effet Raman est donnée dans l'ouvrage de G.P.

Agrawal, Nonlinear Fibre Optics, Academic Press 1980.

Par ailleurs, pour les systèmes de transmission à fibre optique à multiplexage en longueur d'onde se pose le problème de la platitude du gain. Les amplificateurs utilisés dans de tels systèmes pour compenser à intervalles réguliers la perte de ligne sont associés à des filtres, de sorte à présenter un gain aussi plat que possible sur toute la plage de longueur d'onde utilisée dans le système de transmission. La platitude du gain, ou encore la limitation de l'excursion de gain est obtenue lors de l'installation de la ligne par une optimisation adéquate des

amplificateurs et des filtres associés.

Un des problèmes rencontrés pour de tels systèmes de transmission par fibres optiques est le vieillissement des composants. L'atténuation des fibres de ligne ou des amplificateurs augmente de telle sorte à diminuer la puissance appliquée en entrée de chaque amplificateur. Comme la puissance de sortie des amplificateurs est généralement asservie de sorte à présenter une valeur fixe, cette diminution de la puissance d'entrée provoque une augmentation du gain de l'amplificateur, et une variation de la forme du gain de l'amplificateur. Dans ce cas, les longueurs d'onde les plus faibles sont plus amplifiées. Ce décalage du pic de gain vers les basses longueurs d'ondes provoque une variation du gain sur la plage de longueurs d'onde du multiplex; la variation de gain en fonction de la longueur d'onde a ainsi l'allure d'une droite de pente décroissante. Cette variation du gain dans le temps provoque un déséquilibre d'amplification entre les différents canaux du multiplex en longueurs d'onde. Ce problème est mentionné dans O. Gautheron et autres, Robustness of WDM submarine transmission to degraded conditions, OFC'97 Technical Digest, p. 61. Cette présentation propose une solution consistant à réajuster la préaccentuation de puissance dans le terminal d'émission, de sorte à compenser le décalage du gain vers les faibles longueurs d'ondes; en d'autres termes, il est proposé d'augmenter à l'émission la puissance des canaux de longueur d'onde plus importante, par rapport aux canaux de longueurs d'onde plus faible, de sorte à compenser l'augmentation relative du gain pour les canaux de longueur d'onde plus faible; ceci permet d'ajuster

le rapport signal sur bruit pour les différents canaux.

Cette solution induit des problèmes nouveaux. On ne peut pas augmenter indéfiniment la puissance relative des différents canaux: le réajustement de la préaccentuation est limité; en effet le rapport signal sur bruit en sortie de la liaison est une fonction décroissante de la préaccentuation; une préaccentuation de 7 dB induit ainsi une perte de l'ordre de 0,5 dB dans le rapport signal sur bruit en sortie de liaison, la perte étant de l'ordre de 1,2 dB pour une préaccentuation de 10 dB; dans la pratique la préaccentuation est donc le plus souvent limitée à 7 dB. L'augmentation de la préaccentuation est aussi d'autant plus difficile que les canaux sont nombreux et les liaisons longues. Limiter la préaccentuation en fin de vie d'une liaison à 7 dB conduit à des spécifications des amplificateurs et des filtres associés qui rendent leur

fabrication difficile et onéreuse.

Un dernier problème rencontré pour les systèmes de transmission à fibre optique présentant des répéteurs est celui de l'accord des répéteurs à l'installation, en fonction des caractéristiques de la fibre dans une section du système de transmission entre deux répéteurs. De fait, dans la pratique, les pertes de ligne sur les sections de la liaison entre les différents répéteurs présentent des valeurs différentes de la valeur de consigne; les répéteurs reçoivent alors des puissances différentes, de sorte que la performance du système est améliorée si l'on adapte chaque répéteur en fonction de la perte en ligne de la section de fibre qui le précède, pour assurer un gain plat

malgré les variations de la puissance appliquée en entrée.

Pour réaliser cette adaptation, il a été proposé de donner à un amplificateur un gain supérieur au gain théoriquement nécessaire, et de lui associer un atténuateur optique variable permettant de réduire le gain de l'ensemble amplificateur atténuateur à la valeur nécessaire, en fonction de la perte en ligne sur la section concernée. Dans cette solution, on adapte la perte de chaque atténuateur optique de sorte que la somme de la perte en ligne sur la section concernée et de la perte de I'atténuateur soit constante. Cette solution dégrade la performance de la liaison en termes de bruit: on choisit pour la valeur de gain de l'amplificateur la valeur

correspondant aux pertes maximales en ligne sur la section concernée.

Une autre solution pour réaliser cette adaptation de l'amplificateur consiste à faire intentionnellement varier la longueur de fibre optique dopée selon les

amplificateurs. Cette solution est complexe à mettre en ceuvre et chère.

Un article de Kyo Inoue et autres, Tunable Gain Equalization Using a Mach Zender Optical Fiber in Multistage Fiber Amplifiers, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 3 no 8, (1991) propose d'utiliser un filtre optique Mach Zender pour adapter le gain d'un EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) à trois étages,

dans un système de transmission en multiplexage de longueur d'onde à 29 canaux.

La pente de la transmittance du filtre Mach Zender compense les variations de gain

induite sur la bande du multiplex par trois étages d'amplificateurs EDFA.

La demande FR-A-2 773 425 propose d'utiliser, pour l'adaptation en gain d'un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium un filtre présentant une fonction de transfert en cloche, dont la longueur d'onde centrale est accordable; le filtre est accordable sur une plage de longueur d'onde suffisante pour que l'on puisse utiliser

un flanc ou l'autre du filtre pour compenser les variations de pente.

M. Takeda et autres, Active gain equalization by preferentially 1.43 Itm or 1.48 p.m pumped Raman amplification, 1 0'h Optical Amplifiers and their Applications 1999, Nara Japan, paper 76/ThA3-1 utilise une préamplification Raman en amont d'un amplificateur à fibre optique dopée à l'erbium pour l'égalisation du gain. A cette fin, cet article propose d'utiliser pour la préamplification Raman deux pompes distinctes, à des longueurs d'onde de 1430 et 1480 nm. Dans la plage de longueur d'onde du multiplex, le gain Raman présente une pente négative pour la pompe à 1430 nm, et une pente positive pour la pompe à 1480 nm. Le réglage de la puissance des pompes permet l'égalisation du gain. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter deux pompes; en outre, pour la pompe à 1430 nm, le gain Raman n'est pas linéaire en dB en fonction de la longueur d'onde sur la plage de 25 nm (1535-1560 nm) typiquement utilisée pour le multiplex. L'égalisation est dans les faits limitée à une bande de 15 nm. L'invention a pour objet une solution au

problème du rapport signal sur bruit dans un système de transmission à signaux non-

solitons, présentant des amplificateurs discrets. Elle permet de limiter les effets du bruit d'amplification spontanée, ou d'augmenter la longueur du système de

transmission pour un rapport signal sur bruit donné.

L'invention propose aussi dans certains modes de réalisation une solution au problème du vieillissement des composants du système de transmission. Elle propose encore une solution au problème de l'adaptation en gain des répéteurs dans les

systèmes de transmission.

Plus précisément, l'invention propose un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant une pluralité de sections de fibre et de répéteurs, caractérisé en ce qu'au moins un répéteur comprend des moyens d'amplification discrète et des moyens de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne en amont du répéteur dans le sens de propagation des signaux. Avantageusement, les moyens de préamplification distribuée comprennent

des moyens de pompage de la fibre de ligne.

Ces moyens de pompage de la fibre de ligne peuvent comprendre une

pompe à 1,44 pm.

De préférence, la puissance pompée dans la fibre est inférieure à 100 mW.

Dans un mode de réalisation, les moyens de préamplification comprennent

des moyens de pompage par effet Raman stimulé de la fibre de ligne.

Il est possible que les moyens de préamplification distribuée soient en amont des moyens d'amplification discrète dans le répéteur, ou au contraire en aval de ceux-ci. Dans un autre mode de réalisation, les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage de cette fibre. Dans ce cas, les moyens de pompage comprennent des

moyens d'amplification discrète comprennent une pompe à 0,98 ou 1,48 p.m.

Avantageusement, chaque répéteur comprend des moyens de

préamplification distribuée et des moyens d'amplification discrète.

Dans un mode de réalisation, les moyens de préamplification distribuée

présentent un gain qui est compris entre 0,5 et 2 dB.

Dans encore un mode de réalisation, les moyens de préamplification distribuée sont asservis en fonction de la puissance d'entrée des moyens

d'amplification discrète. Ils peuvent aussi être contrôlés à distance.

Dans encore un autre mode de réalisation, les moyens de pompage de la fibre de ligne comprennent une pompe entre 1470 et 1480 nm, dont la puissance est de préférence contrôlée à distance. Dans ce cas, il est préférable que le répéteur comprenne un filtre avec une fonction de transfert de pente négative. On peut aussi

prévoir que les moyens d'amplification discrète présentent un gain de pente négative.

L'invention concerne aussi un procédé de transmission de signaux non-

solitons dans un système de transmission à fibre optique de ligne présentant au moins un répéteur, le procédé comprenant - au moins une étape de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne, et

- au moins une étape d'amplification discrète des signaux dans le répéteur.

De préférence, I'étape de préamplification distribuée comprend le pompage

de la fibre de ligne.

L'étape de préamplification distribuée s'effectue avantageusement par effet

Raman stimulé.

Avantageusement, I'étape de préamplification distribuée s'effectue en fonction de la puissance des signaux subissant l'étape d'amplification discrète. On peut aussi prévoir que l'étape de préamplification distribuée s'effectue avec un gain

contrôlé à distance.

L'invention concerne enfin un répéteur pour un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant des moyens d'amplification discrète

des signaux et des moyens de pompage pour une préamplification distribuée.

Avantageusement, les moyens de pompage pour une préamplification

distribuée comprennent au moins une pompe à 1,44 p.m.

Dans un mode de réalisation, les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une pompe pour pompage par

effet Raman stimulé d'une fibre de ligne.

De préférence, les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage de cette fibre. Ces

moyens de pompage peuvent comprendre une pompe à 0,98 ou 1,48 tam.

Dans le répéteur, les moyens de pompage pour une préamplification distribuée peuvent être en amont des moyens d'amplification discrète ou en aval de ceux-ci. Avantageusement, les moyens de pompage pour une préamplification distribuée sont asservis en fonction de la puissance d'entrée des moyens

d'amplification discrète. Ils peuvent aussi être contrôlés à distance.

Dans un mode de réalisation, les moyens de pompage de la fibre de ligne comprennent une pompe entre 1470 et 1480 nm, dont la puissance est de préférence contrôlée à distance. Dans ce cas, il est avantageux que le répéteur comprenne un filtre avec une fonction de transfert de pente négative, ou encore que

les moyens d'amplification discrète présentent un gain de pente négative.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture

de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre

d'exemple et en référence aux dessins annexés qui montrent: - figure 1, un schéma de principe d'un système de transmission dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre; - figure 2, un schéma de principe d'un répéteur d'un système de transmission selon l'invention; - figure 3, un schéma de principe plus détaillé du répéteur de la figure 2; - figure 4, un schéma de principe d'un autre mode de réalisation d'un 1 0 répéteur selon l'invention; - figure 5, un schéma de principe d'un répéteur selon l'invention, dans lequel la pompe d'amplification distribuée traverse l'amplificateur discret; - figure 6, un schéma d'un mode de réalisation de l'invention, avec un asservissement de la puissance de la pompe d'amplification distribuée; - figure 7, un graphe des variations de gain en fonction de la longueur d'onde, dans le mode de réalisation de la figure 6 - figure 8, un schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention, adapté à l'égalisation du gain, à l'installation de la liaison; - figure 9, un graphe du gain Raman en fonction de la longueur d'onde, pour différentes puissances de pompage - figures 10 à 12, des graphes de gain et perte pour le répéteur de la

figure 8.

L'invention s'applique à tout système de transmission à fibre optique et à signaux non-solitons, à canal unique ou en multiplexage de longueur d'onde. Elle s'applique à tout type de signaux non-solitons, et par exemple à des signaux RZ

(retour à zéro) ou NRZ (non retour à zéro).

L'invention propose, pour améliorer le rapport signal sur bruit dans les amplificateurs discrets, de prévoir en amont de ces amplificateurs une préamplification par effet Raman, i.e. de combiner des amplificateurs discrets et des amplificateurs distribués. La présence des amplificateurs distribués permet de préamplifier le signal d'entrée des amplificateurs discrets, et de limiter en conséquence le bruit généré dans ces amplificateurs. De fait, avec un signal d'entrée d'un niveau plus élevé, le bruit d'amplification spontanée dans des amplificateurs discrets du type amplificateur à fibre dopée à l'erbium est plus faible. En outre, la présence d'amplificateurs discrets permet un meilleur contrôle du gain sur un étage du système de transmission, et permet notamment d'appliquer les solutions connus de contrôle du gain à base de rétroaction. De plus, cet amplificateur discret permet de fournir selon l'invention l'essentiel du gain d'amplification. Un gain de préamplification faible - par exemple de l'ordre de 1 dB pour la préamplification distribuée précédant une amplification discrète - suffit pour augmenter le rapport signal sur bruit dans l'ensemble du système. En effet, I'essentiel de l'amplification, dans les modes de réalisation préférés de l'invention, est assurée par les amplificateurs discrets; à l'inverse, la solution de la demande de brevet précitée propose d'assurer essentiellement l'amplification des signaux par les amplificateurs distrbués, de sorte à éviter autant que possible l'asymétrie des

collisions entre solitons.

La figure 1 montre un schéma de principe d'un système de transmission dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre. Le système comprend un émetteur Tx

1, envoyant des signaux dans une première fibre de ligne 2, et un récepteur Rx 3.

Entre la fin de la première fibre de ligne 2 et le récepteur 3 sont prévus une pluralité de sections ou tronçons 4i, i étant un nombre entier. Chaque tronçon comprend un répéteur 5i, et de la fibre de ligne 6;. Le répéteur 5i d'un tronçon 4i permet d'amplifier les signaux qu'il reçoit de la fibre de ligne 6i-1 du tronçon précédent et transmet les signaux amplifiés sur la fibre de ligne 6i de son tronçon. De façon connue en soi, le système de transmission peut comprendre des filtres, ainsi que des isolateurs ou d'autres composants, qui ne sont pas décrits ici. L'invention propose de procéder à une préamplification distribuée par effet Raman, sur la fibre de ligne précédant un répéteur, de sorte que la puissance à l'entrée de l'amplificateur discret

disposé dans le répéteur soit supérieure.

Les figures 2 à 4 montrent des exemples de répéteurs qui peuvent être utilisé dans un système de transmission selon l'invention. Dans chacun des modes de réalisation décrits en référence à ces figures, il est prévu une amplification discrète, en combinaison avec une amplification distribuée, qui préamplifie sur la fibre de

ligne le signal avant qu'il ne pénètre dans l'amplificateur discret.

La figure 2 montre un schéma de principe d'un répéteur selon l'invention.

On a représenté sur la figure un répéteur 5i, la fibre de ligne 6i-1 du tronçon

précédent, et la fibre de ligne 6i à travers laquelle le répéteur transmet ses signaux.

Le répéteur comprend un amplificateur discret 7, par exemple un amplificateur avec une fibre dopée à l'erbium et une pompe. On peut aussi utiliser un autre type

d'amplificateur, par exemple un amplificateur opto-électronique.

En amont de l'amplificateur discret dans le sens de propagation du signal est prévu un coupleur 8, par exemple un multiplexeur optique. Ce coupleur permet de coupler dans la fibre de ligne 6i-1, dans un sens opposé au sens de propagation du signal, un signal de pompe fourni par une pompe 9. La pompe 9 fournit un signal adapté à provoquer une préamplification dans la fibre de ligne, et par

exemple une préamplification par effet Raman stimulé.

Pour une fibre de ligne habituelle du type DSF (acronyme de l'anglais "dispersion shifted fiber' ou fibre à dispersion décalée), la pompe peut par exemple être une pompe à laser semi-conducteur, fournissant un signal à 1,44 jIm. Un tel

signal est adapté à provoquer une préamplification du signal dans la fibre de ligne.

On peut utiliser une puissance de pompe couplée dans la fibre de l'ordre de mW. Cette puissance dépend à la fois de la puissance de la pompe 9 et du rendement du coupleur 8. Une telle puissance de pompe iniectée dans la fibre

permet d'obtenir un gain de préamplification par effet de Raman de l'ordre de 1,7dB.

Comme expliqué plus haut, de telles valeurs de gain suffisent pour diminuer le bruit

généré par l'amplificateur discret 7.

Ainsi, pour un amplificateur discret constitué d'une bobine de fibre fortement dopée à l'erbium, avec une pompe à 1,48 ptm, le bruit généré est sensiblement proportionnel au gain, dans la plage d'utilisation de l'amplificateur. Si on diminue d'environ 1 dB le gain de l'amplificateur, pour une puissance de sortie constante, ce qui peut être obtenu grâce à une préamplification selon l'invention, le bruit généré par l'amplificateur discret diminue d'environ 1 dB. A titre de comparaison, le bruit généré dans l'amplificateur distribué par effet Raman, pour un gain de préamplification de l'ordre de 1 dB, est inférieur à 0,2 dB. L'invention fournit ainsi, pour un même gain total sur la fibre de ligne et dans l'amplificateur discret, une

amélioration du facteur de bruit du tronçon de l'ordre de 0,8 dB.

Le choix précis du gain de préamplification dépend du système de transmission. Avantageusement, le gain de préamplification est supérieur ou égal à 0,5 dB. Cette borne inférieure correspond au gain de préamplification nécessaire pour compenser les pertes induites par l'insertion dans le système de transmission du coupleur de la pompe utilisée pour l'amplification distribuée. Le gain de préamplification est de préférence inférieur ou égal à 2 dB. Cette borne supérieure correspond en pratique au gain obtenu pour des pompes habituellement utilisables dans un répéteur, typiquement pour une puissance de pompe de 80 mW. On peut en tout état de cause utiliser des puissances de pompe inférieures à 100 mW A titre de comparaison, le gain de l'amplificateur discret est par exemple

voisin de 10 dB.

Cette plage de valeurs permet une bonne diminution du bruit généré par I'amplificateur discret, tout en évitant le recours à des pompes de préamplification de puissance importante. On peut chiffrer l'amélioration globale du rapport signal sur bruit sur un tronçon à environ 0,8 fois le gain de préamplification Raman. Ainsi, pour un gain de préamplification de l'ordre de 2 dB, on obtient une amélioration du

rapport signal sur bruit de l'ordre de 1,6 dB.

La figure 3 montre un schéma de principe d'un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention; cette figure montre les différents composants de l'amplificateur discret 7. Celui-ci comprend, dans le sens de propagation du signal, un coupleur optique 11, par exemple un multiplexeur optique, qui couple dans la fibre le signal fourni par une pompe 12. Le coupleur est suivi d'un isolateur 13, qui empêche la remontée du bruit d'amplification spontanée dans le sens opposé au sens de propagation du signal. L'isolateur 13 est suivi d'une section 14 de fibre dopée à l'erbium. La pompe est de préférence constituée d'un laser à semi-conducteur fournissant un signal à 0,98 ou 1,48 tam, et la fibre est une fibre fortement dopée à l'erbium. On peut notamment utiliser pour l'amplificateur discret les fibres connues en soi à cet effet. On notera que les mots "fortement dopée", dans le contexte de l'amplification dans des fibres de signaux optiques sont parfaitement clairs pour l'homme du métier, et correspondent à une réalité technique. Des fibres fortement dopées permettent une amplification sur une longueur de fibre de quelques dizaines de mètres. Un amplificateur réalisé à partir d'une bobine d'une telle fibre peut

traditionnellement être contenu dans une boîte, et est qualifié d'amplificateur discret.

A l'inverse, on appelle amplification distribuée une amplification dans la fibre de ligne du système de transmission. Ainsi, l'homme du métier comprend clairement la

distinction entre "amplification discrète" et "amplification distribuée".

La figure 4 montre un schéma de principe d'encore un autre mode de réalisation d'un répéteur selon l'invention; le mode de réalisation de la figure 4 est analogue à celui de la figure 3, à cela près que l'isolateur 13 est disposé non pas en aval du coupleur 11 de l'amplificateur discret 7, mais en amont de celui-ci dans le sens de propagation du signal. Cette position de l'isolateur permet de séparer l'amplificateur discret du préamplificateur distribué, et évite les réflexion du signal de

pompage de l'amplificateur discret vers la fibre de ligne 6i 1.

La présence des amplificateurs discrets permet un contrôle du gain, par tout mécanisme à rétroaction connu en soi. On peut ainsi prélever une partie du signal de sortie de l'amplificateur discret 7 pour contrôler le gain de cet amplificateur discret,

par exemple en contrôlant la puissance de la pompe 12.

La puissance de la pompe 9 utilisée pour la préamplification peut être contrôlée, par exemple en mesurant la puissance du signal en entrée de

l'amplificateur discret 7.

On n'a pas représenté sur la figure les moyens de contrôle qui permettent le cas échéant de commander la puissance de pompage discret ou distribué; on peut non seulement jouer sur les puissances des pompes mais aussi sur les coefficients de

couplage des différents coupleurs.

La figure 5 montre un schéma de principe d'un répéteur, dans lequel la pompe d'amplification distribuée traverse l'amplificateur discret; comme dans les exemples qui précèdent, le répéteur 5i présente un amplificateur discret 7, une pompe 9 pour l'amplification distribuée et un coupleur ou multiplexeur 8 pour injecter dans la fibre de ligne la lumière émise par la pompe 9. Comme dans les modes de réalisation précédents, la lumière de pompage pour l'amplification distribuée est contra-propagative, et- est dirigée vers la fibre se trouvant en amont du répéteur. A l'inverse des modes de réalisation représentés sur les figures 2 à 4, le coupleur 8 se

trouve en aval de l'amplificateur discret, soit du côté de la sortie de cet amplificateur.

En d'autres termes, la lumière de pompage pour l'amplification distribuée traverse

l'amplificateur discret.

L'avantage de la solution de la figure 5, par rapport à celle des figures précédentes, est la compensation de la perte d'insertion du multiplexeur 8. Pour un

multiplexeur à 1450 nm, la perte d'insertion est typiquement de l'ordre de 0,6 dB.

Dans le montage de la figure 5, cette perte d'insertion peut être complètement compensée par une augmentation du gain de l'amplificateur discret. Par rapport au montage des figures précédentes, on évite de devoir augmenter le gain d'amplification discrète pour compenser la perte d'insertion du multiplexeur. On

obtient une performance améliorée de 0,6 dB, en terme de rapport signal sur bruit. L'amplificateur discret 7 de la figure 5 présente un coupleur optique 11,

qui couple dans la direction de propagation des signaux la lumière fournie par une

pompe 12, par exemple une lumière à 980 nm ou voisine de cette longueur d'onde.

En aval dans le sens de propagation du signal, I'amplificateur présente une section 14 de fibre dopée à l'erbium. La pompe pour l'amplification discrète présente une longueur d'onde voisine de 1450 nm, ou voisine de cette longueur d'onde. Pour une telle longueur d'onde, la traversée de l'amplificateur discret s'effectue essentiellement

sans perte.

N'est pas prévu dans l'amplificateur discret de la figure 5 d'isolateur, de sorte à laisser passer vers l'amont la lumière de pompage pour l'amplification distribuée. Il reste possible, si nécessaire de prévoir un isolateur (non représenté) en aval du multiplexeur 8 couplant dans la fibre la lumière de pompe de l'amplificateur distribué. La figure 6 montre un schéma d'un mode de réalisation de l'invention, avec un asservissement de la puissance de la pompe d'amplification distribuée. Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'invention apporte une solution au problème du vieillissement des composants du système de transmission. Elle permet de réduire la

distorsion de gain, et l'augmentation des pertes.

Pour cela, I'invention propose d'asservir les moyens d'amplification

distribuée, en fonction de la puissance d'entrée des moyens d'amplification discrète.

Comme la puissance de sortie des moyens d'amplification discrète est généralement asservie de sorte à rester sensiblement constante, on peut de la sorte assurer que le gain d'amplification discrète est sensiblement constant. La constance de ce gain évite les distorsions de gain provoquées dans les systèmes de l'art antérieur par les variations de gain. En effet, pour une même variation de gain, I'excursion de gain dans un amplificateur distribué est environ quatre fois plus faible que l'excursion de

gain dans un amplificateur discret.

En outre, l'invention évite la dégradation du rapport signal sur bruit rencontrée dans les systèmes de l'art antérieur, du fait du vieillissement des

composants, et de la diminution de la puissance d'entrée des amplificateurs discrets.

Le montage de la figure 6 est identique à celui de la figure 3. Toutefois, est prévu un asservissement de la pompe 9 d'amplification distribuée, en fonction de la

puissance d'entrée dans l'amplificateur discret 7, comme symbolisé par la flèche 16.

On peut à cette fin utiliser tous les moyens d'asservissement bien connus en soi de l'homme du métier, pour assurer que la puissance d'entrée de l'amplificateur discret reste sensiblement constante. On peut par exemple utiliser le même dispositif d'asservissement que celui que l'on peut utiliser pour l'asservissement de l'amplificateur discret. Un tel dispositif assure que la puissance d'entrée reste

constante, avec des variations de 0,1 dB par rapport à la valeur nominale.

La figure 7 montre un graphe des variations de gain en fonction de la longueur d'onde, dans le mode de réalisation de la figure 6. On a porté en abscisse la longueur d'onde en nanomètres, entre 1544 et 1564 nm, et en ordonnée les variations de gain, en dB. Le graphe de la figure 7 correspond à une simulation des variations de gain provoquées par le vieillissement, dans une chaîne de 100 répéteurs du genre de celui de la figure 6. Au départ, les amplificateurs présentent un gain plat dans la plage de longueur d'onde concernée. La puissance de pompe pour I'amplification distribuée est de 100 mW, et le gain d'amplification distribué est de 4

dB. L'amplificateur discret est réglé sur un gain de 6 dB.

On induit pour simuler les pertes provoquées par le vieillissement une perte de 0,4 dB dans chaque section de ligne. La ligne en traits pointillés sur la figure montre les variations du gain induites lorsque ces pertes sont compensées par des variations du gain des amplificateurs discrets. On constate l'augmentation attendue du gain pour les longueurs d'onde les plus faibles, et la diminution corrélative du gain pour les longueurs d'onde les plus élevées. Sur la plage de longueur d'onde

retenue, la différence de gain atteint 12 dB.

La ligne en trait plein sur la figure 7 montre les variations de gain qui apparaissent, lorsque les pertes sont compensées par une augmentation du gain d'amplification distribuée. Dans ce cas, la puissance de la pompe utilisée pour l'amplification distribuée passe de 100 à 1 15 mW, ce qui permet d'absorber la perte de 0,4 dB, et la puissance d'entrée de l'amplificateur discret reste constante. La figure

montre que les variations de gain restent inférieures à 4 dB.

Du point de vue du rapport signal sur bruit, dans les mêmes conditions, le fait de compenser les pertes dues au vieillissement par des variations du gain des amplificateurs discrets provoque une détérioration du rapport signal sur bruit de 2 dB pour l'ensemble des 1 00 répéteurs. A l'inverse, dans la solution de l'invention, le

rapport signal sur bruit ne varie sensiblement pas.

Dans le mode de réalisation de la figure 6, la pompe d'amplification distribuée se trouve comme dans la figure 3 en amont de l'amplificateur discret 7. On pourrait aussi bien contrôler la puissance de la pompe d'amplification distribuée dans

le montage de la figure 5.

Dans l'exemple de la figure 7, on a asservi le gain d'amplification distribuée de tous les répéteurs. On pourrait ne faire varier le gain d'amplification distribuée que dans certains des amplificateurs, en utilisant le fait qu'une baisse du gain des amplificateurs discrets induit une variation de gain, en abaissant le gain pour les

faibles longueurs d'onde et en augmentant le gain des fortes longueurs d'onde.

Ainsi, on pourrait contrôler à distance la puissance de la pompe d'amplification distribuée, dans certains (ou tous) les répéteurs. Dans ce cas, pour compenser le vieillissement de la liaison, il devient possible d'augmenter le gain d'amplification distribuée d'un répéteur; comme la puissance de sortie de l'amplificateur discret associé est maintenue constante, on fait alors baisser le gain de l'amplificateur discret. Cette baisse induit une variation de gain, en sens inverse de celle provoquée par le vieillissement de la liaison. Il est ainsi possible, en contrôlant à

distance certains répéteurs, de compenser les effets du vieillissement sur la liaison.

A titre d'exemple, on peut considérer comme dans le cas de la figure 7 des pertes de 0,4 dB dans chaque section. Une augmentation du gain d'amplification distribuée de 4 dB dans un répéteur sur dix pourrait suffire à induire dans un répéteur sur dix une variation de gain suffisante pour compenser les variations de gain dans

les neuf répéteurs adjacents.

Dans une telle configuration, le gain d'amplifications distribuée n'est plus asservi, mais est contrôlé à distance, de sorte à faire baisser le gain d'amplification discrète dans le répéteur correspondant. On peut contrôler la valeur nécessaire du gain d'amplification distribuée dans les répéteurs sélectionnés, en fonction des

performances de la liaison.

Cette solution est légèrement plus désavantageuse que la précédente en termes de rapport signal sur bruit, mais elle permet une simplification de la structure d'une partie des répéteurs. On évite de prévoir des moyens d'asservissement dans les répéteurs. Le contrôle à distance de la tension d'alimentation des pompes est simple

et peut être mis en oeuvre avec des moyens connus en soi.

La figure8 montre un schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention, adapté à l'égalisation du gain, à l'installation de la liaison; le répéteur de la figure 8 est identique à celui de la figure 3; toutefois, la pompe pour l'amplification distribuée présente une longueur d'onde de 1475 nm, et un filtre 18 est prévu entre le coupleur 8 et l'amplificateur discret 7. Ce filtre présente des pertes croissantes en fonction de la longueur d'onde sur la plage du multiplex, autrement dit une fonction de transfert avec une pente négative. La longueur d'onde de pompage pour I'amplification distribuée est décalé d'environ 75 nm par rapport à la longueur d'onde centrale de la plage du multiplex - 1550 nm pour des longueurs d'onde de 1535 à 1560 nm dans l'exemple. Plus généralement, une longueur d'onde de pompe entre 1470 et 1480 pour l'amplification distribuée convient. L'amplificateur distribué présente donc un gain de pente positive dans la plage de longueur d'onde du multiplex. Dans le répéteur de la figure 8, la puissance de la pompe 9 d'amplification

distribuée est contrôlée à distance, comme le symbolise la flèche 20.

Le répéteur de la figure 8 peut être utilisé comme celui de la figure 6 pour compenser les effets du vieillissement des composants sur la liaison. En outre, dans le mode de réalisation de la figure 8, on a prévu un filtre fixe, qui présente une pente négative. Dans ce cas, l'amplificateur discret 7 présente un gain sensiblement égalisé sur la plage de longueur d'onde du multiplex: on peut utiliser dans le répéteur de l'invention les amplificateurs connus. Il est aussi possible de se passer du filtre 18 à pente négative. Il suffit pour cela de concevoir l'amplificateur discret, avec une pente négative, susceptible d'être compensée par les variations du gain d'amplification distribuée; cette solution implique de modifier l'amplificateur, mais elle permet d'éviter l'atténuation induite par le filtre à pente négative et les pertes d'insertion de ce filtre. La figure 9 montre un graphe du gain Raman en fonction de la longueur d'onde, pour différentes puissances de pompage. Sont portées en abscisse les longueurs d'onde en nanomètres, et en ordonnée le gain Raman en décibels. Les différents graphes montrent le gain, pour différentes puissances de la pompe d'amplification distribuée; on a utilisé pour obtenir les résultats de la figure une pompe à 1475 nm, et une fibre d'amplification d'une longueur de 40 km, avec une surface effective de 50 im2. Les différents graphes de la figure montrent d'une part que le gain en dB est une fonction quasiment linéaire sur une plage de près de 30 nm, quelle que soit la puissance de pompage. Les graphes montrent en outre que la pente de gain peut varier, entre des valeurs qui sur la figure vont de 0,025 dB/nm à

0,2 dB/nm.

Comme dans le mode de réalisation des figures 6 et 7, I'amplitude de la correction disponible dépend non seulement des pentes de gain que peut fournir l'amplification distribuée, mais aussi des variations de gain - en sens inverse - de l'amplificateur discret lorsque la puissance de la pompe d'amplification discrète diminue. Lorsque le gain d'amplification distribuée augmente - par exemple du fait du contrôle à distance de la pompe d'amplification distribuée - le gain d'amplification discrète diminue, de sorte que la puissance de sortie de l'amplificateur discret (et du répéteur) reste sensiblement constante. Cette baisse du gain d'amplification discrète entraîne une variation de la pente de gain, et fait diminuer le gain pour les longueurs d'onde les plus faibles. Les variations de gain de l'amplification discrète et de l'amplification distribuée vont donc dans le même sens, et l'invention permet des corrections qui sont plus importantes que les simples variations de gain possibles grâce aux changements de la puissance de pompage

pour l'amplification distribuée.

Ceci apparaît clairement dans les figures 10 à 12, qui montrent des graphes de gain et perte pour le répéteur de la figure 8. Sur chacune des figures, on a porté de gauche à droite: - un graphe du gain Raman, en dB, en fonction de la longueur d'onde en nm; - un graphe des pertes induites par le filtre fixe 18, en dB, en fonction de la longueur d'onde en nm; un graphe du gain d'amplification discrète, en dB, en fonction de la longueur d'onde en nm; - un graphe du gain pour l'ensemble du répéteur, et de l'amplification

distribuée dans la fibre en amont.

La figure 10 montre le cas d'une puissance de pompage de 200 mW pour l'amplification distribuée. Cette puissance correspond à la puissance nominale de consigne pour le répéteur, et l'on constate que l'amplificateur présente un gain plat,

et que le répéteur présente aussi un gain plat.

La figure 1 montre le cas d'une puissance de pompage de 400 mW pour l'amplification distribuée; comme expliqué ci-dessus, le gain d'amplification distribué augmente, et la pente de ce gain augmente aussi. Corrélativement, le gain de l'amplificateur discret diminue, et la pente du gain de l'amplificateur discret devient positive. Le gain du répéteur présente alors une pente positive. Cette pente positive est de nature à compenser les effets des pertes dues au vieillissement dans les amplificateurs précédents. Cette pente positive peut aussi être utilisée à l'installation

pour adapter le gain du répéteur.

La figure 12 montre le cas d'une puissance de pompage de 0 mW pour l'amplification distribuée; le gain d'amplification distribué est nul. Corrélativement, le gain de l'amplificateur discret augmente par rapport à la configuration de la figure 10, et la pente du gain de l'amplificateur discret devient négative. Le gain du répéteur présente alors une pente négative. Cette pente négative permet d'adapter le gain du

répéteur lors de l'installation de la liaison, notamment pour les systèmes terrestres.

Les figures 10 à 12 montrent que par rapport à la configuration de consigne de la figure 1 0, les variations de la puissance de pompe pour l'amplification distribuée permettent d'obtenir un gain présentant une pente négative ou positive. On peut donc grâce à l'invention adapter facilement la liaison, ou compenser les effets du vieillissement. Dans le cas o le répéteur est utilisé uniquement pour l'adaptation de la liaison à l'installation, il n'est pas indispensable que la puissance puisse être

contrôlée à distance, si on peut la régler lors de l'installation.

Le répéteur présente une pente qui peut varier de 5 dB sur la plage de 25 nm du multiplex. A titre de comparaison, les variations induites sur un ensemble de amplificateurs à fibre dopée à l'erbium par des pertes de 0,4 dB dans la fibre entre deux répéteurs sont de l'ordre de 3 dB sur une largeur de bande de 25 nm. Il suffit donc de prévoir un répéteur du genre de celui de la figure 8 tous les 20

répéteurs, pour pouvoir largement compenser les effets du vieillissement.

Le système de transmission de la figure 1 peut présenter avantageusement un ensemble de répéteurs identiques, par exemple du type décrit aux figures 2à 9; il est aussi possible de ne prévoir une combinaison d'amplification distribuée et d'amplification discrète selon l'invention que sur certains tronçons, les autres tronçons mettant alors en ceuvre des solutions connues, purement distribuées, ou purement discrètes. Bien évidemment, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple. On peut utiliser l'invention non seulement dans une système monodirectionnel, mais aussi dans une système bidirectionnel, dans un système monocanal ou dans un système à multiplexage de longueurs d'onde. Il faut aussi noter que l'on peut, par rapport aux modes de réalisation décrits, ajouter ou enlever des filtres ou des isolateurs, en fonction des besoins. Le type de moyens de pompage utilisés peut être adapté aux conditions. On peut aussi utiliser des pompes

redondantes, pour améliorer la fiabilité des répéteurs.

Dans les exemples, on utilise pour l'amplification Raman distribuée des longueurs d'onde de 1440 nm ou 1450 nm. D'autres longueurs d'onde sont possibles. De la même façon, les exemples prévoient pour le pompage de l'amplificateur discret des longueurs d'onde de 980 ou 1480 nm. D'autres longueurs d'ondes sont possibles. Dans les exemples, le pompage dans l'amplificateur discret est co-propagatif. On pourrait aussi utiliser un pompage contra-propagatif,

notamment dans le cas des figures 3 et 4, o est prévu un isolateur 13.

On notera enfin que les solutions des figures 6 à 9 s'appliquent non seulement à des systèmes de transmission à signaux non-solitons, mais plus généralement à des systèmes de transmission à signaux de toute nature, y compris à

signaux solitons.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant une pluralité de sections de fibre (6i) et de répéteurs (5i), caractérisé en ce qu'au moins un répéteur comprend des moyens d'amplification discrète (7) et des moyens de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne (6-1) située en amont du répéteur dans le sens de propagation des signaux. 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de préamplification distribuée comprennent des moyens (8, 9) de

pompage de la fibre de ligne (6i-1).

3. Système de transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pompage de la fibre de ligne (6i-1) comprennent une pompe à

1,44 p.m.

4. Système de transmission selon la revendication 3, caractérisé en ce que la

puissance pompée dans la fibre est inférieure à 100 mW.

5. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en

ce que les moyens de préamplification comprennent des moyens de

pompage par effet Raman stimulé de la fibre de ligne.

6. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en

ce que les moyens de préamplification distribuée (8, 9) sont en amont des

moyens d'amplification discrète (7) dans le répéteur.

7. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en

ce que les moyens de préamplification distribuée (8, 9) sont en aval des

moyens d'amplification discrète (7) dans le répéteur.

8. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en

ce que les moyens d'amplification discrète comprennent une section (14) de fibre fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage (11,12) de

cette fibre.

9. Système de transmission selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de pompage des moyens d'amplification discrète comprennent une

pompe à 0,98 ou 1,48 ptm.

10. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en

ce que chaque répéteur comprend des moyens de préamplification

distribuée et des moyens d'amplification discrète.

11. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 1 0, caractérisé

en ce que les moyens de préamplification distribuée présentent un gain qui

est compris entre 0,5 et 2 dB.

1 2. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 1 1, caractérisé

en ce que les moyens de préamplification distribuée sont asservis en fonction de la puissance d'entrée des moyens d'amplification discrète (7)

1 3. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 1 1, caractérisé

en ce que les moyens de préamplification distribuée sont contrôlés à distance.

14. Système de transmission selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé

en ce que les moyens de pompage de la fibre de ligne (6i-j) comprennent une pompe entre 1470 et 1480 nm, dont la puissance est de préférence

contrôlée à distance.

15. Système de transmission selon la revendication 14, caractérisé en ce que le répéteur comprend un filtre (18) avec une fonction de transfert de pente négative. 1 6. Système de transmission selon la revendication 14, caractérisé en ce que les

moyens d'amplification discrète (7) présentent un gain de pente négative.

17. Procédé de transmission de signaux non-solitons dans un système de transmission à fibre optique de ligne présentant au moins un répéteur, le procédé comprenant: - au moins une étape de préamplification distribuée des signaux dans la fibre de ligne, et

- au moins une étape d'amplification discrète des signaux dans le répéteur.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de

préamplification distribuée comprend le pompage de la fibre de ligne.

19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que l'étape de

préamplification distribuée s'effectue par effet Raman stimulé.

20. Procédé selon la revendication 17, 18 ou 19, caractérisé en ce que l'étape de préamplification distribuée s'effectue en fonction de la puissance des

signaux subissant l'étape d'amplification discrète.

21. Procédé selon la revendication 17, 18 ou 19, caractérisé en ce que l'étape

de préamplification distribuée s'effectue avec un gain contrôlé à distance.

22. Un répéteur (5i) pour un système de transmission à fibre optique à signaux non-solitons, comprenant des moyens d'amplification discrète (7) des signaux et des moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée. 23. Répéteur selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins une

pompe à 1,44 ptm.

24. Répéteur selon la revendication 22 ou 23, caractérisé en ce que les moyens de pompage pour une préamplification distribuée comprennent au moins

une pompe pour pompage par effet Raman stimulé d'une fibre de ligne.

25. Répéteur selon la revendication 22, 23 ou 24, caractérisé en ce que les moyens d'amplification discrète comprennent une section de fibre (14) fortement dopée à l'erbium, et des moyens de pompage (11, 12) de cette fibre. 26. Répéteur selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de pompage des moyens d'amplification discrète comprennent une pompe à

0,98 ou 1,48 p.m.

27. Répéteur selon l'une des revendications 22 à 26, caractérisé en ce que les

moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée sont en

amont des moyens d'amplification discrète (7).

28. Répéteur selon l'une des revendications 22 à 26, caractérisé en ce que les

moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée sont en

aval des moyens d'amplification discrète (7).

29. Répéteur selon l'une des revendications 22 à 28, caractérisé en ce que les

moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée sont asservis en fonction de la puissance d'entrée des moyens d'amplification

discrète (7).

30. Répéteur selon l'une des revendications 22 à 28, caractérisé en ce que les

moyens de pompage (8, 9) pour une préamplification distribuée sont

contrôlés à distance.

31. Répéteur selon l'une des revendications 22 à 30, caractérisé en ce que les

moyens de pompage de la fibre de ligne (6i-j1) comprennent une pompe entre 1470 et 1480 nm, dont la puissance est de préférence contrôlée à distance. 32. Répéteur selon la revendication 31, caractérisé en ce que le répéteur

comprend un filtre (18) avec une fonction de transfert de pente négative.

33. Répéteur selon la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens

d'amplification discrète (7) présentent un gain de pente négative.