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WO2003090392A1 - Dispositif optique et procédé pour convertir des signaux wdm en un signal otdm, et réciproquement - Google Patents

Dispositif optique et procédé pour convertir des signaux wdm en un signal otdm, et réciproquement Download PDF

Info

Publication number
WO2003090392A1
WO2003090392A1 PCT/FR2003/000810 FR0300810W WO03090392A1 WO 2003090392 A1 WO2003090392 A1 WO 2003090392A1 FR 0300810 W FR0300810 W FR 0300810W WO 03090392 A1 WO03090392 A1 WO 03090392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
wdm
wdm signals
otdm
pulses
Prior art date
Application number
PCT/FR2003/000810
Other languages
English (en)
Inventor
Erwan Pincemin
Original Assignee
France Telecom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom filed Critical France Telecom
Priority to US10/511,227 priority Critical patent/US7577363B2/en
Priority to AU2003233375A priority patent/AU2003233375A1/en
Priority to EP03727586A priority patent/EP1497939A1/fr
Publication of WO2003090392A1 publication Critical patent/WO2003090392A1/fr
Priority to US12/434,796 priority patent/US7844180B2/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0223—Conversion to or from optical TDM
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0221—Power control, e.g. to keep the total optical power constant
    • H04J14/02216—Power control, e.g. to keep the total optical power constant by gain equalization

Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and a method, for converting WDM signals, comprising simultaneous pulses carried by distinct wavelengths, into an OTDM signal, the components of which are carried by a single wavelength and offset temporally, and vice versa.
  • the invention is in the field of optical telecommunications and more particularly telecommunications over long distances.
  • the increase in speed in the transmission channels is inevitable because it allows a reduction in the size of the end equipment and above all a reduction in their cost.
  • the transport networks of telecommunications operators should see the deployment of the first WDM equipment ("Wavelength Division Multiplexing" in Anglo-Saxon literature) operating at 40 Gbit / s per wavelength and, at longer term, at 160 Gbits / s per wavelength.
  • the OTDM / WDM conversion consists in doing optical time demultiplexing then in wavelength conversion.
  • Optical temporal demultiplexing is carried out for example by using cross-phase modulation in a fiber. This technology is however very complex to implement.
  • Optical temporal demultiplexing can also be achieved by means of non-linear optical mirrors using Mach-Zehnder, Michelson or Sagnac interferometers. Non-linear optical mirrors, however, have the disadvantage of being unstable, their stability depending on the temperature.
  • the wavelength conversion for its part, is carried out using SOA semiconductor optical amplifiers ("Semiconductor Optical Amplifier" in English terminology).
  • a laser, placed behind the SOA, provides the wavelength into which the signal must be converted.
  • this solution involves the use of as many SOA and lasers as there are wavelength conversions to be carried out, so that the cost price of this solution remains very high and does not allow implantation. on a large scale, in networks that are currently booming.
  • SOAs are not completely transparent to the data rate and distortions can appear and affect the signal.
  • WDM / OTDM conversion consists in converting the length of each WDM signal into a single wavelength and then in optical time multiplexing.
  • the wavelength conversion again requires the use of as many SOA and lasers as there are WDM signals, so that the cost price of this solution is very high.
  • the solutions which have just been presented for the two types of OTDM / WDM and WDM / OTDM conversion have the advantage of being all optical, which simplifies the processing chain on the signals, they cannot work. only for low bit rates, less than 40Gbits / s.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an optical device for converting WDM signals, the pulses of which are simultaneous and carried by distinct wavelengths, into an OTDM signal, the components of which are carried by a same wavelength and time shifted, which would allow operating at very high speeds to be able to be installed in long-distance optical transmission networks operating at very high speeds, typically greater than or equal to 40 Gbit / s.
  • said device comprises: - shifting means, capable of introducing a time difference between the pulses supported by the optical carriers of the WDM signals,
  • - modulation means capable of modifying the optical power of the WDM signals, - an optical spectral and temporal multiplexer / demultiplexer,
  • absorption means capable of introducing optical losses on the components of the OTDM signal.
  • the device according to the invention uses the well-known phenomenon of solitonic trapping (or "soliton trapping" in Anglo-Saxon literature) in a birefringent propagation medium, which makes it possible to create a shift in the optical frequency of the carrier, proportional to the optical power of a signal.
  • solitonic trapping makes it possible to shift the wavelength of these pulses towards a so-called “target” wavelength of the optical carrier finally having to carry the information.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to propose an optical device capable of making the reverse conversion, that is to say capable of converting an OTDM signal, the components of which are carried by the same wavelength ( ⁇ 4). and time-shifted (tl, t2, t3, t4), in WDM signals, the pulses of which are carried by distinct wavelengths ( ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4) which would make it possible to operate at very high bit rates so that they can be installed in long distance optical transmission networks.
  • said device comprises: absorption means, capable of introducing optical losses on the components of the OTDM signal, a birefringent propagation medium into which the OTDM signal is injected so as to ensure a solitonic trapping phenomenon, an optical spectral and temporal multiplexer / demultiplexer, modulation means capable of modifying the optical power of the WDM signals.
  • FIG. 1 a device according to the invention, used as a WDM / OTDM converter, FIG. 2, the WDM signals propagating at the input of the device of FIG. 1 and at the output of the spectral and time multiplexer,
  • FIG. 3 the signals propagating at the input and at the output of the birefringent propagation medium of the device of FIG. 1,
  • absorption means used in the device of FIG. 1 and the propagating signals at the input and at the output of these absorption means
  • FIG. 5 other absorption means used, according to an alternative embodiment, in the device of FIG. 1, and the signals propagating at the input and at the output of these absorption means
  • FIG. 6 a device according to the invention, used as an OTDM / WDM converter, and a diagram of the signals propagating at each stage of the conversion.
  • it is a question of converting four WDM signals, carried by four channels operating for example at 40 Gbit / s, whose wavelengths are distinct, into an OTDM signal, carried by a single channel on a single optical carrier, operating at 160Gbit / s, and vice versa.
  • the invention can of course be applied to signals having any bit rate. Preferably, it applies to signals having bit rates of 40, 160 or even 640 Gbit / s.
  • the WDM / OTDM and OTDM / WDM conversion device is implemented for signals comprising “RZ” type data, according to the terminology commonly used to say “return to zero” or “reset to zero”. These data of the RZ type can be of the solitonic type or not.
  • RZ signal is a digital signal comprising two states 0 and 1, bits at 1 corresponding to pulses and bits at 0 corresponding to the absence of pulse in bit time.
  • the device referenced 100 is used as a WDM / OTDM converter. It is intended to convert, in this example, the four WDM signals, carried by four channels 10, 20, 30, 40 operating for example at 40 Gbit / s and whose wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 are distinct , in an OTDM signal, carried by a single channel, on a single optical carrier ⁇ 4, and operating at 160Gbit / s.
  • offset means 102, 103, 104, and modulation means 112, 113, 114 At the output of the four WDM channels, there are offset means 102, 103, 104, and modulation means 112, 113, 114.
  • the offset means constituted for example by delay lines, make it possible to introduce a difference time between the pulses supported by the optical carriers of the WDM signals. This phase shift between the pulses is necessary in order to then be able to time multiplex the signals.
  • 3 channels 20, 30, 40 are provided with these delay lines since it suffices that each carrier has a different offset with respect to the others. It is therefore not necessary to introduce a delay on the first channel 10, but of course there is nothing to prevent it either.
  • delay lines 102, 103, 104 can be fixed and designed to shift each optical carrier by a fixed period of time for each signal. It is however preferable to use variable delay lines, in order to be able to adjust the offsets and refine them.
  • the optical modulation means 112, 113, 114 allow, for their part, to modulate the optical power of the WDM signals.
  • the modulation means are for example constituted by variable attenuators. So, we for example introduces different optical losses on each of the WDM signals to attenuate them. WDM signals are then obtained carried by distinct wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 with different powers II, 12, 13, 14. These optical powers are adjusted so as to allow the desired later effect of solitonic trapping.
  • variable optical attenuators are used to be able to adjust the power of each WDM signal.
  • the delay lines 102, 103, 104 are arranged in front of the optical attenuators 112, 113, 114, but the order is really of no importance at this stage. It suffices that at the input of the optical multiplexer / demultiplexer 120 the WDM signals have been shifted and modulated.
  • the optical spectral and temporal multiplexer / demultiplexer 120 then makes it possible to multiplex the WDM signals so as to have only one WDM multiplex comprising pulses of wavelength ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, of powers II, 12, 13 , 14 different and offset (tl, t2, t3, t4) in time.
  • the multiplex thus obtained is then injected into a birefringent propagation medium 130, such as a birefringent optical fiber for example, so as to ensure a phenomenon of solitonic trapping and to obtain a time multiplex signal carried by a single wavelength, ⁇ 4 in the example, constituting an OTDM signal.
  • a birefringent propagation medium 130 such as a birefringent optical fiber for example
  • Absorption means 140 then make it possible to equalize the optical power of the different components constituting the final OTDM signal.
  • Figures 2 to 5, more detailed, allow a better understanding of the operation of this device, during the WDM / OTDM conversion.
  • each WDM signal comprises pulses which are carried by a distinct wavelength ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4. These pulses of the different WDM signals all have the same intensity II and operate simultaneously.
  • the multiplex presents pulses of wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 distinct, of intensities II, 12, 13, 14 different and temporally offset tl, t2, t3, t4.
  • the pulses of the OTDM signal which it is desired to obtain at the output of the device must be interleaved.
  • the distance between two pulses must therefore be identical each time.
  • the pulses are offset from each other by a difference of 6.25 ps.
  • the offset between the pulses is therefore previously set and adjusted by means of the variable delay lines 102, 103, 104.
  • the optical power II, 12, 13, 14 of each pulse of the WDM multiplex is previously set, by means of the variable attenuators 112 , 113, 114 to exacerbate the non-linear effects in the birefringent optical fiber 130 and thus promote the desired solitonic trapping effect and as illustrated in FIG. 3.
  • a birefringent propagation medium has two main axes of propagation.
  • the multiplex is injected according to a polarization at 45 ° relative to the main axes of propagation of the medium birefringent 130.
  • a polarization controller can for example be placed in front of the optical fiber 130. This controller makes it possible to transform any incoming polarization into another polarization and in particular a linear polarization at 45 ° from the main axes of birefringent fiber.
  • a soliton is a light pulse sufficiently intense to excite a non-linear effect which will compensate for the effects of chromatic dispersion during journeys over long distances.
  • the pulses 1 to 4 injected retain their integrity and do not deform over time.
  • their frequency spectrum is deformed and a frequency shift occurs with respect to the initial frequency of the spectrum of each of these pulses at the input of the propagation medium. This phenomenon, during which the pulse does not deform temporally but where the spectrum shifts in frequency, is known as solitonic trapping.
  • the frequency shift ⁇ vi is proportional to the light power Ii of the pulse i injected into the propagation medium.
  • the frequency offset ⁇ vi induced by the solitonic trapping phenomenon on the pulse i of the WDM multiplex can be adjusted to allow a perfect spectral correspondence of the spectrum displacements of the WDM channels.
  • This precise adjustment is obtained thanks to the variable delay lines and the variable attenuators placed in front of the multiplexer 120.
  • the pulses 1, 2, 3 of respective intensity II, 12, 13, each undergo a offset ⁇ vl, ⁇ v2, ⁇ v3 so that their wavelengths all coincide with the wavelength ⁇ 4 of the fourth pulse.
  • an OTDM signal is therefore obtained, the components of which are carried by a single wavelength ⁇ 4 and are temporally offset (tl, t2, t3, t4).
  • the components of the OTDM signal obtained do not have the same light power II, 12, 13, 14.
  • Absorption means 140 are therefore provided for restoring an identical optical power level between all the components of the OTDM signal.
  • This power equalization is for example based on the use of a MEA electro-absorption modulator which applies selective optical losses to the components of the OTDM channel, as illustrated in FIG. 4.
  • the temporal profile of the losses Pos can be in stair steps 142, or a linear ramp 143 as illustrated on the curves of the applied voltage V and the optical losses at output Pos as a function of time t.
  • the curve relating to the applied voltage V is in solid lines while the curve relating to the optical losses at output Pos is in broken lines.
  • the absorption of the MEA being a function of the applied voltage V and of time, and the components of the injected signal each having a different intensity and being themselves shifted with respect to each other over time, each of them they do not see the same absorption when passing through the MEA.
  • the different components 1, 2, 3, 4 then have an identical optical power Is.
  • An alternative embodiment, to perform this power equalization, consists in using a saturable absorbent as illustrated in FIG. 5.
  • the transfer function of a saturable absorbent has two distinct states: a blocking state when the power input le is less than a threshold power It, and a completely transparent state, when the input power is greater than this threshold power.
  • the signal at the output of the saturable absorbent has a constant output power Is. If the various components of the OTDM signal obtained all have a power II, 12, 13, 14 greater than the threshold power It, they all have, at the output of the absorbent, an identical output power Is. If, on the other hand, the components of the OTDM signal have a power lower than the threshold power, then they are completely absorbed.
  • the device 100 can also be used to carry out the reverse conversion, that is to say the conversion of an OTDM signal into WDM signals.
  • This reverse conversion uses the same device in reverse. It is therefore described more succinctly, with reference to FIG. 6 which represents the device used as an OTDM / WDM converter and the signals propagating at each stage of the conversion.
  • the OTDM signal passes through absorption means 140 so that selective optical losses are applied to its components.
  • absorption means are for example constituted by the electro-absorbing modulator MEA as described above.
  • the components of the OTDM signal do not see the same absorption and therefore undergo different optical losses.
  • the OTDM signal obtained is then injected into the birefringent optical fiber 130 so as to ensure the solitonic trapping effect described above.
  • the components of the OTDM spectrum undergo a frequency shift ⁇ vi proportional to their optical power.
  • We therefore obtain a WDM multiplex whose pulses 1, 2, 3, 4 are carried by lengths wave ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 distinct, have different optical powers II, 12, 13, 14 and are temporally offset from each other.
  • a polarization controller can for example be placed in front of the optical fiber 130 to facilitate the injection of the signal according to a polarization at 45 ° from the main axes of the optical fiber.
  • the next step then consists in passing the WDM multiplex into the multiplexer / demultiplexer 120, in order to demultiplex it spectrally and temporally and to obtain four " signals carried by wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4.
  • the last step finally consists in modifying the optical power of the pulses of the WDM signals, in order to equalize them.
  • This modification is done by means of modulation 112, 113, 114, which are for example constituted by variable attenuators as previously described.
  • modulation 112, 113, 114 which are for example constituted by variable attenuators as previously described.
  • the offset means 102 to 104 of FIG. 1 it is not essential to use the offset means 102 to 104 of FIG. 1.
  • delay lines for example, they make it possible to temporally offset the pulses supported by the optical carriers of the WDM signals, so as to make them simultaneous.
  • the device which has just been described is only an illustration and is in no way limited to this example. It finds its application in long distance high speed optical telecommunications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif, et un procédé, pour convertir des signaux WDM en un signal OTDM. Le dispositif comprend des moyens (102, 103, 104) de décalage, aptes à introduire un écart temporel entre les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM, des moyens (112, 113, 114) de modulation, aptes à modifier la puissance optique des signaux WDM, un multiplexeur/démultiplexeur (120) temporel optique, un milieu (130) de propagation biréfringent dans lequel les signaux WDM sont injectés de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique, des moyens (140) d'absorption, aptes à introduire des pertes optiques sur les composantes du signal OTDM. Ce dispositif permet de faire des conversions WDM/OTDM à très haut débit. Il permet aussi de faire des conversions inverses OTDM/WDM. Il est destiné à être implanté dans des réseaux de télécommunication longues distances.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE ET PROCEDE POUR CONVERTIR DES SIGNAUX WDM EN UN SIGNAL
OTDM, ET RECIPROQUEMENT
La présente invention concerne un dispositif optique, et un procédé, pour convertir des signaux WDM, comportant des impulsions simultanées portées par des longueurs d'onde distinctes, en un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une seule longueur d'onde et décalées temporellement , et réciproquement.
L'invention se situe dans le domaine des télécommunications optiques et plus particulièrement des télécommunications sur des longues distances. Dans le contexte actuel de la montée en débit des réseaux de transmission longues distances, l'augmentation du débit dans les canaux de transmission est inévitable car elle permet une réduction de l'encombrement des équipements d'extrémités et surtout une diminution de leur coût. Ainsi, d'ici quelques années, les réseaux de transport des opérateurs de télécommunication devraient voir le déploiement des premiers équipements WDM ("Wavelength Division Multiplexing" en littérature anglo-saxonne) fonctionnant à 40 Gbit/s par longueur d'onde et, à plus long terme, à 160 Gbits/s par longueur d'onde. Dans ces conditions, les besoins des réseaux de transport en fonctionnalités de multiplexage / démultiplexage temporel optique OTDM ("Optical Time Division Multiplexing" en littérature anglo-saxonne) vont également se développer. Dans ce contexte, il est particulièrement intéressant de mettre en œuvre une fonction de conversion d'une part WDM/OTDM toute optique, afin de transférer vers une porteuse unique 1 ' information contenue par plusieurs longueurs d'onde, et d'autre part OTDM/WDM toute optique, afin de transférer vers plusieurs porteuses optiques l'information contenue dans un canal optique fonctionnant à très haut débit, typiquement à 40 Gbit/s, lβOGbit/s, voire même 640 Gbit/s. Dans se dernier cas, le nombre de porteuses optiques sollicitées pour la conversion est égal au nombre de composantes OTDM présentes dans le signal optique à convertir. Ces composantes OTDM peuvent avoir un débit de 40 ou 10 Gbit/s.
Actuellement, des solutions capables de réaliser de telles conversions WDM/OTDM et OTDM/WDM existent déjà. Ainsi, il existe des solutions toutes électroniques qui impliquent l'utilisation de transpondeurs optoélectroniques équipés de photorécepteur ou de diodes lasers pour faire une conversion optique/électronique et réciproquement . Toute une chaîne de composants électroniques permet ensuite de faire du multiplexage/démultiplexage temporel. Ces solutions sont cependant complexes à mettre en œuvre, car elles requièrent des doubles conversions optique/électronique et/ou électronique/optique et utilisent un nombre important de composants, ce qui rend difficile leur implantation dans le réseau pour d'évidents problèmes d'encombrement. Elles sont par ailleurs limitées en largeur de bande électrique. L'inconvénient majeur de ces solutions réside dans le fait qu'elles sont limitées en débit puisque les systèmes électroniques utilisés sont incapables de fonctionner à des débits supérieurs ou égaux à 40 Gbits/s.
D'autres solutions toutes optiques existent également. Ainsi, la conversion OTDM/WDM consiste à faire du démultiplexage temporel optique puis de la conversion de longueur d'onde. Le démultiplexage temporel optique est réalisé par exemple en utilisant la modulation de phase croisée dans une fibre. Cette technologie est cependant très complexe à mettre en œuvre. Le démultiplexage temporel optique peut également être réalisé au moyen de miroirs optiques non linéaires utilisant des interféromètres de type Mach-Zehnder, Michelson ou Sagnac. Les miroirs optiques non linéaires présentent cependant l'inconvénient d'être instables, leur stabilité dépendant en effet de la température. La conversion en longueur d'onde, quant à elle, est réalisée au moyen d'amplificateurs optiques à semi-conducteur SOA, ("Semiconductor Optical Amplifier" en terminologie anglo- saxonne) . Un laser, placé derrière le SOA permet de fournir la longueur d'onde dans laquelle le signal doit être converti. Cependant, cette solution implique l'utilisation d'autant de SOA et de lasers qu'il y a de conversions en longueur d'onde à effectuer, si bien que le prix de revient de cette solution reste très élevé et ne permet pas une implantation à grande échelle, dans des réseaux actuellement en plein essor. De plus, les SOA ne sont pas complètement transparents au débit et des distorsions peuvent apparaître et affecter le signal.
La conversion WDM/OTDM, quant à elle, consiste à convertir la longueur de chaque signal WDM en une longueur d'onde unique puis à faire du multiplexage temporel optique. La conversion de longueurs d'onde nécessite là encore l'utilisation d'autant de SOA et de lasers qu'il y a de signaux WDM, si bien que le prix de revient de cette solution est très élevé. Enfin, même si les solutions qui viennent d'être présentées pour les deux types de conversion OTDM/WDM et WDM/OTDM présentent l'avantage d'être toutes optiques, ce qui simplifie la chaîne de traitement sur les signaux, elles ne peuvent fonctionner que pour de faibles débits, inférieurs à 40Gbits/s.
Du fait de leurs limitations, les solutions existantes ne peuvent donc pas être utilisées pour la conversion de signaux WDM/OTDM ou OTDM/WDM à très haut débit, c'est à dire à des débits supérieurs à 40 Gbit/s. Aussi, le problème technique à résoudre par la présente invention est de proposer un dispositif optique pour convertir des signaux WDM, dont les impulsions sont simultanées et portées par des longueurs d'onde distinctes, en un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde et décalées temporellement, qui permettrait de fonctionner à des très hauts débits pour pouvoir être implanté dans des réseaux de transmission optique longues distances fonctionnant à des débits très élevés, typiquement supérieurs ou égaux à 40 Gbit/s.
La solution au problème technique posé est obtenue, selon la présente invention, du fait que ledit dispositif comprend : - des moyens de décalage, aptes à introduire un écart temporel entre les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM,
- des moyens de modulation, aptes à modifier la puissance optique des signaux WDM, - un multiplexeur/démultiplexeur spectral et temporel optique,
- un milieu de propagation biréfringent dans lequel les signaux WDM sont injectés de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique, -des moyens d'absorption, aptes à introduire des pertes optiques sur les composantes du signal OTDM.
Ainsi, le dispositif selon l'invention utilise le phénomène bien connu de piégeage solitonique (ou "soliton trapping" en littérature anglo-saxonne) dans un milieu de propagation biréfringent, qui permet de créer un décalage de la fréquence optique de la porteuse, proportionnel à la puissance optique d'un signal. En ajustant préalablement la puissance optique des impulsions d'un signal, le piégeage solitonique permet de décaler la longueur d'onde de ces impulsions vers une longueur d'onde dite "cible" de la porteuse optique devant finalement porter 1 ' information.
La solution au problème technique posé est également obtenue, selon la présente invention, grâce à un procédé de conversion de signaux WDM, dont les impulsions sont simultanées et portées par des longueurs d'onde distinctes, en un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde et décalées temporellement, au moyen dudit dispositif. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- décaler temporellement les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM,
-atténuer les signaux WDM, afin qu'ils présentent des puissances optiques différentes, - multiplexer spectralement et temporellement les signaux WDM,
- injecter le multiplex WDM obtenu dans le milieu de propagation biréfringent de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique et obtenir un signal OTDM, - égaliser la puissance optique des composantes du signal OTDM obtenu.
Un autre problème technique à résoudre par la présente invention est de proposer un dipositif optique apte à faire la conversion inverse, c'est à dire apte à convertir un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde (λ4) et décalées temporellement (tl, t2 , t3, t4) , en signaux WDM, dont les impulsions sont portées par des longueurs d'onde (λl, λ2 , λ3 , λ4) distinctes qui permettrait de fonctionner à des très haut débits pour pouvoir être implantés dans des réseaux de transmission optiques longues distances.
La solution à ce problème est obtenue, selon la présente invention, du fait que ledit dispositif comprend: des moyens d'absorption, aptes à introduire des pertes optiques sur les composantes du signal OTDM, un milieu de propagation biréfringent dans lequel le signal OTDM est injecté de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique, un multiplexeur/démultiplexeur spectral et temporel optique, des moyens de modulation, aptes à modifier la puissance optique des signaux WDM.
La solution à ce problème technique est également obtenue, selon la présente invention, grâce à un procédé de conversion d'un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde et décalées temporellement les unes par rapport aux autres, en signaux WDM, dont les impulsions sont et portées par des longueurs d'onde distinctes, au moyen dudit dispositif. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- atténuer les composantes du signal OTDM de manière à ce qu'elles présentent des puissances optiques différentes, - injecter le signal OTDM dans le milieu de propagation biré ringent, de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique et récupérer un multiplex WDM,
- démultiplexer spectralement et temporellement le multiplex WDM de manière à obtenir plusieurs signaux WDM dont les impulsions, portées par des longueurs d'onde distinctes, sont décalées temporellement,
- égaliser la puissance optique des impulsions des signaux WDM obtenus . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en regard des figures annexées qui représentent :
-la figure 1, un dispositif selon l'invention, utilisé comme convertisseur WDM/OTDM, -la figure 2, les signaux WDM se propageant en entrée du dispositif de la figure 1 et en sortie du multiplexeur spectral et temporel,
- la figure 3, les signaux se propageant en entrée et en sortie du milieu de propagation biréfringent du dispositif de la figure 1,
-la figure 4, des moyens d'absorption utilisés dans le dispositif de la figure 1 et les signaux de propageant en entrée et en sortie de ces moyens d'absorption,
-la figure 5, d'autres moyens d'absorption utilisés, selon une variante de réalisation, dans le dispositif de la figure 1, et les signaux se propageant en entrée et en sortie de ces moyens d'absorption, la figure 6, un dispositif selon l'invention, utilisé comme convertisseur OTDM/WDM, et un schéma des signaux se propageant à chaque étape de la conversion. Dans la suite de la description, il est question d'une conversion de quatre signaux WDM, portés par quatre canaux fonctionnant par exemple à 40 Gbit/s, dont les longueurs d'onde sont distinctes, en un signal OTDM, porté par un seul canal sur une seule porteuse optique, fonctionnant à 160Gbit/s, et réciproquement.
L'invention peut bien sûr s'appliquer aux signaux ayant un débit quelconque. Préfèrentiellement, elle s'applique aux signaux ayant des débits binaires de 40, 160 voire même 640 Gbit/s. Le dispositif de conversion WDM/OTDM et OTDM/WDM est mis en œuvre pour des signaux comprenant des données de type "RZ", selon la terminologie couramment utilisée pour dire "return to zéro" ou "remise à zéro". Ces données du type RZ peuvent être du type solitonique ou non. On rappelle qu'un signal RZ est un signal numérique comportant deux états 0 et 1, les bits à 1 correspondant à des impulsions et les bits à 0 correspondant à l'absence d'impulsion dans le temps bit.
Sur la figure 1, le dispositif référencé 100 est utilisé comme convertisseur WDM/OTDM. Il est destiné à convertir, dans cet exemple, les quatre signaux WDM, portés par quatre canaux 10, 20, 30, 40 fonctionnant par exemple à 40 Gbit/s et dont les longueurs d'onde λl, λ2 , λ3 , λ4 sont distinctes, en un signal OTDM, porté par un seul canal, sur une seule porteuse optique λ4 , et fonctionnant à 160Gbit/s.
En sortie des quatre canaux WDM, sont disposés des moyens de décalage 102, 103, 104, et des moyens de modulation 112, 113, 114. Les moyens de décalage, constitués par exemple par des lignes à retard, permettent d'introduire un écart temporel entre les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM. Ce décalage de phase entre les impulsions est nécessaire pour pouvoir ensuite multiplexer temporellement les signaux. Dans cet exemple, seuls 3 canaux 20, 30, 40 sont munis de ces lignes à retard puisqu'il suffit que chaque porteuse ait un décalage différent par rapport aux autres. Il n'est donc pas nécessaire d'introduire un retard sur le premier canal 10, mais bien sûr rien ne s'y oppose non plus.
Ces lignes à retard 102, 103, 104 peuvent être fixes et conçues pour décaler chaque porteuse optique d'une période de temps fixée pour chaque signal. Il est cependant préférable d'utiliser des lignes à retard variable, afin de pouvoir régler les décalages et les affiner .
Les moyens de modulation optique 112, 113, 114 permettent, quant à eux, de moduler la puissance optique des signaux WDM. Les moyens de modulation sont par exemple constitués par des atténuateurs variables. Ainsi, on introduit par exemple des pertes optiques différentes sur chacun des signaux WDM pour les atténuer. On obtient alors des signaux WDM portés par des longueurs d'onde λl, λ2, λ3, λ4 distinctes avec des puissances II, 12, 13, 14 optiques différentes. Ces puissances optiques sont ajustées de manière à permettre l'effet ultérieur recherché de piégeage solitonique.
Dans cet exemple, seuls 3 canaux 20, 30, 40 sont munis de ces atténuateurs, mais pour les mêmes raisons qu'avec les lignes à retard, chaque canal peut être muni d'un atténuateur. De préférence on utilise des atténuateurs optiques variables pour pouvoir régler la puissance de chaque signal WDM.
Dans cet exemple, les lignes à retard 102, 103, 104 sont disposées devant les atténuateurs 112, 113, 114 optiques, mais l'ordre n'a en réalité aucune importance à ce stade. Il suffit en effet qu'en entrée du multiplexeur/démultiplexeur 120 optique les signaux WDM aient été décalés et modulés. Le multiplexeur/démultiplexeur 120 spectral et temporel optique permet ensuite de multiplexer les signaux WDM pour n'avoir plus qu'un multiplex WDM comprenant des impulsions de longueurs d'onde λl, λ2 , λ3 , λ4 différentes, de puissances II, 12, 13, 14 différentes et décalées (tl, t2, t3, t4) temporellement.
Le multiplex ainsi obtenu est ensuite injecté dans un milieu 130 de propagation biréfringent, tel qu'une fibre optique biréfringente par exemple, de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique et obtenir un signal multiplexe temporellement et porté par une seule longueur d'onde, λ4 dans l'exemple, constituant un signal OTDM.
Des moyens d'absorption 140 permettent ensuite d'égaliser la puissance optique des différentes composantes constituant le signal OTDM final . Les figures 2 à 5, plus détaillées, permettent de mieux comprendre le fonctionnement de ce dispositif, au cours de la conversion WDM/OTDM.
Sur la figure 2, sont représentés les chronogrammes de chaque signal WDM en entrée du dispositif, et le chronogramme du multiplex WDM en sortie du multiplexeur/démultiplexeur 120 spectral et temporel optique. En entrée du dispositif, chaque signal WDM comporte des impulsions qui sont portées par une longueur d'onde λl, λ2 , λ3 , λ4 distinctes. Ces impulsions des différents signaux WDM présentent toutes la même intensité Il et interviennent simultanément.
En sortie du multiplexeur 120, le multiplex présente des impulsions de longueurs d'onde λl, λ2 , λ3 , λ4 distinctes, d'intensités II, 12, 13, 14 différentes et décalées temporellement tl, t2 , t3, t4.
Les impulsions du signal OTDM que l'on souhaite obtenir en sortie du dispositif doivent être entrelacées. L'écart entre deux impulsions doit donc être identique à chaque fois. Ainsi, à 160 Gbit/s par exemple, les impulsions sont décalées les unes par rapport aux autres d'un écart de 6,25ps. Le décalage entre les impulsions est donc préalablement réglé et ajusté au moyen des lignes à retard variables 102, 103, 104. La puissance optique II, 12, 13, 14 de chaque impulsion du multiplex WDM est préalablement réglée, au moyen des atténuateurs variables 112, 113, 114 pour exacerber les effets non linéaires dans la fibre optique biréfringente 130 et favoriser ainsi l'effet de piégeage solitonique souhaité et tel qu'illustré sur la figure 3.
On rappelle qu'un milieu de propagation biréfringent comporte deux axes principaux de propagation. Pour favoriser le phénomène de piégeage solitonique, le multiplex est injecté selon une polarisation à 45° par rapport aux axes principaux de propagation du milieu biréfringent 130. Dans ce cas, un contrôleur de polarisation peut par exemple être placé devant la fibre optique 130. Ce contrôleur permet de transformer n'importe quelle polarisation entrant en une autre polarisation et en particulier une polarisation linéaire à 45° des axes principaux de la fibre biréfringente.
On rappelle qu'un soliton est une impulsion lumineuse suffisamment intense pour exciter un effet non linéaire qui va compenser les effets de la dispersion chromatique lors de trajets sur de longues distances. Dans certaines conditions, notamment de puissance et de dispersion chromatique, bien connues de l'homme du métier, les impulsions 1 à 4 injectées conservent leur intégrité et ne se déforment pas temporellement. En revanche, leur spectre fréquentiel est déformé et il se produit un décalage fréquentiel par rapport à la fréquence initiale du spectre de chacune de ces impulsions à l'entrée du milieu de propagation. Ce phénomène, au cours duquel l'impulsion ne se déforme pas temporellement mais où le spectre se décale frequentiellement, est connu sous le nom de piégeage solitonique. Le décalage fréquentiel Δvi , est proportionnel à la puissance lumineuse Ii de l'impulsion i injectée dans le milieu de propagation.
Ainsi, en réglant précisément la puissance lumineuse Ii de chaque impulsion i du multiplex WDM, le décalage fréquentiel Δvi induit par le phénomène de piégeage solitonique sur l'impulsion i du multiplex WDM peut être ajusté pour permettre une correspondance spectrale parfaite des déplacements de spectre des canaux WDM. Cet ajustement précis est obtenu grâce aux lignes à retard variable et aux atténuateurs variables placés devant le multiplexeur 120. Dans l'exemple de la figure 3, les impulsions 1, 2, 3 d'intensité respective II, 12, 13, subissent chacune un décalage Δvl, Δv2 , Δv3 pour que leurs longueurs d'onde coïncident toutes avec la longueur d'onde λ4 de la quatrième impulsion.
En sortie du milieu biréfringent, on obtient donc un signal OTDM dont les composantes sont portées par une seule longueur d'onde λ4 et sont décalées temporellement (tl, t2, t3, t4) .
Cependant, les composantes du signal OTDM obtenu ne présentent pas la même puissance lumineuse II, 12, 13, 14. Des moyens d'absorption 140 sont donc prévus pour rétablir un niveau de puissance optique identique entre toutes les composantes du signal OTDM.
Cette égalisation de puissance est par exemple basée sur l'utilisation d'un modulateur à électro-absorption MEA qui applique des pertes optiques sélectives sur les composantes du canal OTDM, tel qu'illustré sur la figure 4. Le profil temporel des pertes Pos peut être en marches d'escalier 142, ou une rampe linéaire 143 comme illustré sur les courbes de la tension appliquée V et des pertes optiques en sortie Pos en fonction du temps t. La courbe relative à la tension V appliquée est en traits pleins alors que la courbe relative aux pertes optiques en sortie Pos est en traits discontinus.
Ainsi, l'absorption du MEA étant fonction de la tension V appliquée et du temps, et les composantes du signal injecté présentant chacune une intensité différente et étant elles-mêmes décalées les unes par rapport aux autres dans le temps, chacune d' entre-elles ne voit pas la même absorption en passant dans le MEA. A la sortie du MEA, les différentes composantes 1, 2, 3, 4 ont alors une puissance optique identique Is.
Une variante de réalisation, pour effectuer cette égalisation de puissance, consiste à utiliser un absorbant saturable tel qu'illustré sur la figure 5. La fonction de transfert d'un absorbant saturable présente deux états distincts : un état de blocage lorsque la puissance d'entrée le est inférieure à une puissance seuil It, et un état totalement transparent, lorsque la puissance d'entrée est supérieure à cette puissance seuil. A l'état transparent, le signal en sortie de l'absorbant saturable présente une puissance de sortie Is constante. Si les différentes composantes du signal OTDM obtenu ont toutes une puissance II, 12, 13, 14 supérieure à la puissance seuil It, elles présentent toutes, en sortie de l'absorbant, une puissance de sortie Is identique. Si, par contre, les composantes du signal OTDM ont une puissance inférieure à la puissance seuil, alors elles sont totalement absorbées .
Le dispositif 100 peut être également utilisé pour réaliser la conversion inverse, c'est à dire la conversion d'un signal OTDM en signaux WDM. Cette conversion inverse utilise le même dispositif en sens inverse. Elle est donc décrite plus succinctement, en regard de la figure 6 qui représente le dispositif utilisé comme convertisseur OTDM/WDM et les signaux se propageant à chaque étape de la conversion.
Dans un premier temps, le signal OTDM traverse des moyens d'absorption 140 afin que des pertes optiques sélectives soient appliquées sur ses composantes. Ces moyens d'absorption sont par exemple constitués par le modulateur électro-absorbant MEA tel que décrit précédemment. Les composantes du signal OTDM ne voient pas la même absorption et subissent donc des pertes optiques différentes .
Le signal OTDM obtenu est ensuite injecté dans la fibre optique 130 biréfringente de manière à assurer l'effet de piégeage solitonique précédemment décrit. Dans ce cas, les composantes du spectre OTDM subissent un décalage fréquentiel Δvi proportionnel à leur puissance optique. On obtient donc un multiplex WDM dont les impulsions 1, 2, 3, 4 sont portées par des longueurs d'onde λl, λ2, λ3 , λ4 distinctes, présentent des puissances optiques II, 12, 13, 14 différentes et sont décalées temporellement les unes par rapport aux autres.
Tout comme pour la conversion WDM/OTDM, un contrôleur de polarisation peut par exemple être placé devant la fibre optique 130 pour faciliter l'injection du signal selon une polarisation à 45° des axes principaux de la fibre optique.
L'étape suivante consiste alors à faire passer le multiplex WDM dans le multiplexeur/démultiplexeur 120, afin de le démultiplexer spectralement et temporellement et obtenir quatre" signaux portés par des longueurs d'onde λl, λ2 , λ3 , λ4 différentes.
La dernière étape consiste enfin à modifier la puissance optique des impulsions des signaux WDM, afin de les égaliser. Cette modification se fait grâce aux moyens de modulation 112, 113, 114, qui sont par exemple constitués par les atténuateurs variables tels que précédemment décrits. Pour la conversion OTDM/WDM, il n'est pas indispensable d'utiliser les moyens de décalage 102 à 104 de la figure 1. Lorsque ces moyens sont utilisés, des lignes à retard par exemple, ils permettent de décaler temporellement les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM, de manière à les rendre simultanées.
Le dispositif qui vient d'être décrit n'est qu'une illustration et n'est en aucun cas limité à cet exemple. Il trouve son application dans les télécommunications optiques longues distances à haut-débit.
Il présente l'avantage d'être tout optique, il est facile à réaliser et à implanter dans le réseau. Il n'utilise pas de source laser mais que des composants peu coûteux. Il est indépendant de la largeur de bande. Enfin, ce dispositif présente un très gros intérêt pour les générations de systèmes de transmission à haut-débit, fonctionnant à des débits supérieurs ou égaux à 40 Gbit/s.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100) optique pour convertir des signaux WDM, dont les impulsions sont simultanées et portées par des longueurs d'onde (λl, λ2, λ3, λ4) distinctes, en un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde (λ4) et décalées temporellement (tl, t2, t3, t4) , caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (102, 103, 104) de décalage, aptes à introduire un écart temporel entre les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM,
- des moyens (112, 113, 114) de modulation, aptes à modifier la puissance optique des signaux WDM,
- un multiplexeur/démultiplexeur (120) spectral et temporel optique,
- un milieu (130) de propagation biréfringent dans lequel les signaux WDM sont injectés de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique,
- des moyens (140) d'absorption, aptes à introduire des pertes optiques sur les composantes du signal OTDM.
2. Dispositif optique pour convertir un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde (λ4) et décalées temporellement (tl, t2, t3, t4) , en signaux WDM, dont les impulsions sont portées par des longueurs d'onde (λl, λ2, λ3, λ4) distinctes, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (140) d'absorption, aptes à introduire des pertes optiques sur les composantes du signal OTDM,
- un milieu (130) de propagation biréfringent dans lequel le signal OTDM est injecté de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique,
- un multiplexeur/démultiplexeur (120) spectral et temporel optique, - des moyens (112, 113, 114) de modulation, aptes à modifier la puissance optique des signaux WDM.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (102,
103, 104) de décalage, aptes à introduire un écart temporel entre les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (102, 103, 104) de décalage sont constitués par des lignes à retard variable.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (112, 113, 114) de modulation sont constitués par des atténuateurs variables.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un contrôleur de polarisation en entrée du milieu (130) de propagation biréfringent pour favoriser l'injection des signaux (WDM/OTDM) dans ledit milieu de propagation avec une polarisation à 45° de ses axes principaux.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (140) d'absorption sont constitués par un modulateur électro-absorbant (MEA) .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisé en ce que les moyens (140) d'absorption sont constitués par un absorbant saturable.
9. Procédé de conversion de signaux WDM, dont les impulsions sont simultanées et portées par des longueurs d'onde (λl, λ2, λ3 , λ4) distinctes, en un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde (λ4) et décalées temporellement, au moyen du dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- décaler temporellement les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM,
- atténuer les signaux WDM, afin qu'ils présentent des puissances optiques différentes,
- multiplexer spectralement et temporellement les signaux WDM,
- injecter le multiplex WDM obtenu dans le milieu de propagation biréfringent de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique et obtenir un signal OTDM, - égaliser la puissance optique des composantes du signal OTDM obtenu.
10. Procédé de conversion d'un signal OTDM, dont les composantes sont portées par une même longueur d'onde (λ4) et décalées temporellement (tl, t2, t3, t4) , en signaux WDM, dont les impulsions sont portées par des longueurs d'onde (λl, λ2, λ3, λ4) distinctes, au moyen du dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- atténuer les composantes du signal OTDM de manière à ce qu'elles présentent des puissances optiques différentes, - injecter le signal OTDM dans le milieu de propagation biréfringent, de manière à assurer un phénomène de piégeage solitonique et récupérer un multiplex WDM,
- démultiplexer spectralement et temporellement le multiplex WDM de manière à obtenir plusieurs signaux WDM, dont les impulsions, portées par des longueurs d'ondes distinctes, sont décalées temporellement,
- égaliser la puissance optique des impulsions des signaux WDM obtenus .
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à décaler temporellement les impulsions supportées par les porteuses optiques des signaux WDM obtenus, de manière à les rendre simultanées.
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