[0001] L'invention concerne un dispositif de traitement optique de signaux électriques et
notamment un dispositif applicable en filtre transverse ou en corrélateur de signaux
hyperfréquences.
[0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble de dispositifs à fibre optique
permettant le traitement de signaux hyperfréquences à très large bande et notamment
réalisant les fonctions de filtre adapté et de corrélateur. Ces dispositifs exploitent
les propriétés de dispersion chromatique des fibres optiques mais également la possibilité
d'y induire de manière permanente des réseaux de Bragg.
[0003] Comme cela est connu dans la technique, un filtre transverse réalise la sommation
d'échantillons d'un signal, prélevé à des instants différents, avec une loi de pondération
caractéristique du signal à filtrer. A l'aide d'un tel filtre, on cherche à déterminer,
par exemple, la date d'apparition d'un signal p(t), connu a priori. Ce signal p(t)
transitoire de durée finie T est mélangé à un bruit b(t) indépendant de p(t). C'est
donc le signal x(t) = p(t)+b(t) qu'il est nécessaire de filtrer. Un tel filtre, s'il
maximise le rapport signal à bruit à l'instant T, est dit adapté. Dans le cas d'un
bruit blanc idéal, la réponse impulsionnelle h(t) du filtre adapté est h(t)=p(-t)
: lorsque le bruit n'est pas blanc, ce filtre n'est plus optimal mais permet cependant
de déterminer la date d'apparition de p(t) dans la plupart des cas.
[0004] La méthode de pondération décrite par exemple dans le document J. MAX "Méthodes et
techniques du traitement du signal et applications aux mesures physiques", Masson,
1987 est un exemple de réalisation d'un tel filtre. Comme cela est représenté sur
la figure 1, le signal x(t) alimente une ligne à retards constituée de N éléments,
chacun fournissant un retard T. On dispose en outre d'un échantillonnage sur N+1 points
du signal p(t) : p(0), p(τ), ... p(Nτ). Le signal issu de chaque élément constituant
la ligne à retards est pondérée par un coefficient λ
k tel que:

où |p
max| est la valeur maximale du module de p(t). A l'instant t
0, la somme y(t
0) des N+1 sorties pondérées vaut :

avec Nτ = T

[0005] Ceci est bien le résultat du filtrage adapté à l'instant t
0-T. Cette fonction est aujourd'hui réalisée à partir de dispositifs électroniques
numériques mais est alors limitée en fréquence et ne permet pas de traiter directement
des signaux à des fréquences de l'ordre de 20 GHz. D'autres solutions, analogiques
cette fois, à base de guides hyperfréquence ou de fibres optiques telles que décrites
dans K.P Jackson J.J Schaw "Fiber optics delay-line signal processors" in 'Optical
Signal Processing" J.L Horner Ed., Academic press permettent d'envisager d'atteindre
ce domaine de fréquence mais elles se heurtent à la difficulté de réalisation d'un
grand nombre de points de couplage.
[0006] L'invention concerne un dispositif permettant d'obtenir un grand nombre d'échantillons
sur des signaux à très haute fréquence, typiquement n ∼ 1024 de 0 à 20 GHz.
[0007] De plus il est souvent nécessaire en traitement du signal de calculer le produit
de corrélation :

où
R(t-t
0) est un signal de référence convenablement retardé
S(t) est le signal à corréler
T est le temps d'intégration
b est la densité de puissance de bruit par Hz.
[0008] L'objet de ce calcul est de déterminer la valeur de t
0 qui assure le maximum de la fonction de corrélation C(t
0). Il faut ainsi disposer d'un grand nombre d'échantillons du signal de référence
retardés de différentes valeurs de t
0 afin d'assurer avec précision la détermination du t
0 qui maximise C(t
0). Une telle fonction peut être réalisée en électronique mais elle est limitée à des
signaux dont la la fréquence et la bande passante n'excèdent pas quelques 100 MHz.
Cette limitation est due aux échantillons trop lents et aux capacités de mémoire trop
faibles.
[0009] Des dispositifs à base de fibres optiques réalisant la corrélation de deux signaux
transportés optiquement ont déjà été proposés (voir par exemple les Demandes de Brevets
français n° 87 10120 et n° 91 112040).
[0010] De plus, le document GB 2 189 028 décrit un filtre comportant en série une source
optique multilongueurs d'ondes, un modulateur électrooptique du faisceau multilongueurs
d'ondes, une fibre dispersive, un réseau dispersif angulairement et un filtre mécanique
filtrant le résultat du traitement optique.
[0011] Cependant, un tel signal n'est pas adaptatif facilement.
[0012] L'invention concerne donc un dispositif de traitement optique de signaux électriques,
comportant :
- une source optique émettant un faisceau optique multilongueur d'ondes ;
- au moins un premier modulateur électrooptique recevant le faisceau optique et le modulant
à l'aide d'un premier signal électrique à traiter pour fournir un premier faisceau
modulé ;
- au moins une première fibre optique recevant le faisceau module et incorporant des
moyens de séparation spatiale permettant de transmettre un faisceau dans lequel les
composantes correspondant aux différentes longueurs d'ondes sont retardées les unes
par rapport aux autres dans la fibre ;
- un réseau dispersif séparant les différentes longueurs d'ondes contenues dans le faisceau
reçu de la fibre optique et fournissant un faisceau dispersé dans lequel chaque longueur
d'onde est déviée selon une direction qui lui est caractéristique ;
caractérisé en ce qu'il comporte également un modulateur spatial de lumière reconfigurable
comportant une pluralité d'éléments de modulation recevant le faisceau dispersé et
commandant le niveau d'intensité optique de différentes directions du faisceau dispersé
et en ce que ladite fibre comporte des réseaux de Bragg, chaque réseau de Bragg ayant
un pas déterminé de façon à réfléchir la lumière d'une longueur d'onde déterminée
; et en ce que le dispositif comporte en outre, entre le modulateur et la fibre optique,
un séparateur de faisceau permettant de transmettre la lumière réfléchie par les réseaux
de Bragg vers le réseau dispersif.
[0013] Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description
qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent:
- la figure 1, un schéma théorique général d'un filtre transverse ;
- la figure 2, un exemple de réalisation d'un filtre transverse selon l'invention ;
- la figure 3, des courbes de dispersion chromatique de fibres optiques ;
- la figure 4, une variante de réalisation d'un filtre transverse selon l'invention
;
- la figure 5, un exemple de réalisation d'un corrélateur de signaux hyperfréquences
selon l'invention ;
- la figure 6, un autre exemple de réalisation d'un corrélateur de signaux hyperfréquences
de l'invention ;
- la figure 7, une variante de réalisation du corrélateur de la figure 6 ;
- la figure 8, une variante de réalisation applicable aux différents dispositifs des
figures 2 à 7.
[0014] En se reportant à la figure 2, on va décrire un exemple de réalisation du dispositif
de l'invention.
[0015] Ce dispositif comporte en série un laser L, un modulateur électrooptique MOD, une
fibre optique F, un réseau dispersif H ou dispositif dispersif de longueurs d'ondes,
un modulateur spatial de lumière SLM, une lentille (LE), un photodétecteur PD.
[0016] Le laser L fournit un faisceau B1 multilongueurs d'onde λ
1, ... λ
N. C'est par exemple, un laser état solide pompé diode délivrant un spectre continu
large bande ou un ensemble important de modes longitudinaux. Ce faisceau est couplé
dans le modulateur MOD. Celui-ci est par exemple, un modulateur intégré sur LiNbO
3 ou sur semiconducteur. Il possède une bande passante s'étendant entre deux fréquences
F
1 et F
2 (exemple: F
1 = 0 F
2 = 20 GHz) et est excité par un signal x(t) à traiter.
[0017] On dispose ainsi dans le faisceau B2 d'une porteuse optique multilongueurs d'onde
du signal à traiter. En fait, chaque longueur d'onde λ
1 à λ
N peut être considérée comme une porteuse indépendante du signal x(t).
[0018] Le faisceau B2 issu du modulateur MOD est couplé dans la fibre optique monomode F,
utilisée dans un domaine spectral où elle est dispersive c'est-à-dire où l'indice
de réfraction n de la fibre dépend de la longueur d'onde. Le faisceau B3 issu de la
fibre optique F comporte les différentes longueurs d'ondes délivrées par la source
L toutes modulées par le modulateur MOD, mais ces différentes longueurs d'ondes subissent
des retards différents lors de la traversée la fibre en raison de l'indice de réfraction
n différent pour chaque longueur d'onde.
[0019] Le faisceau B3 rencontre ensuite le réseau dispersif H, fonctionnant par exemple
en transmission. Ce dernier sépare spatialement les différentes composantes de longueurs
d'ondes de la porteuse optique. Chaque composante passe alors au travers d'un élément
du modulateur spatial de lumière SLM. La transmission de chaque élément du modulateur
est variable en fonction de la tension qui lui est appliquée et permet ainsi d'appliquer
à chaque composante la pondération désirée. Un système optique LE effectue ensuite
la sommation de toutes les composantes, sur un photodétecteur unique PD.
[0020] A l'instant t
0, l'intensité de la porteuse optique, sur chaque canal, avant la traversée du modulateur
SLM est de la forme :

où :
- C est la célébrité de la lumière
- S0 et S1 sont des valeurs d'intensités lumineuses telles que S0 > S1 |xmax|
- nk est l'indice de réfraction de la fibre à la longueur d'onde λk.
[0021] A la traversée de SLM, chaque canal est affecté d'un coefficient α
k caractéristique d'un signal à détecter dans x(t) et devient :

[0022] La sommation optique étant incohérente, la photodiode PD délivre un photocourant
proportionnel à la somme :

[0023] Le premier terme Y
0 est un biais constant alors que le second Y
1(t
0) est le résultat du filtrage adapté de x(t).
[0024] On donne maintenant un exemple de réalisation du système et de ses performances :
- Laser L : laser état solide pompé diode émettant sur Δλ∼100nm entre 800 et 900nm,
une puissance P0∼20mW.
- Modulateur MOD : modulateur optique intégré sur LiNbO3
large bande passante 0-->20 GHz
profondeur de modulation 80 à 100 %
pertes d'insertion : 6 dB
- Fibre : monomode, en silice dont un exemple de courbes de dispersions est donné
en figure 3. Il apparaît sur ces courbes qu'une fibre en silice pure est moins dispersive
qu'une fibre de silice comportant un autre constituant. Ainsi il est possible d'adapter
la dispersion de la fibre aux valeurs de retard désirées.
- Réseau dispersif H : ce réseau autorise couramment une résolution de 0,1nm.
- Modulateur spatial de lumière SLM : modulateur spatial à une dimension de 103 pixels ; cellule à cristal liquide présentant une dynamique de 20 à 30 dB. Transmission
∼ 50 %.
- Détecteur optique PD : photodiode rapide dont la puissance minimale détectable est
typiquement de l'ordre de

où B est sa bande passante de fonctionnement ; pour une bande passante Δf, l'incrément
de retard T doit être au plus de :

[0025] Ainsi, la longueur de fibre l permettant de réaliser un dispositif à N canaux est
déterminée par :

d'où

[0026] Pour une fibre en silice, utilisée entre 800 et 900nm on a Δn ∼ 2.10
-3 d'où si N = 10
3, ΔF = 20 GHz
l = 3,8 km
[0027] Une telle longueur de fibre, à ces longueurs d'onde, introduit des pertes de transmission
optique de l'ordre de 8dB (2dB/km).
[0028] Par ailleurs, la bande passante de la photodiode doit être de l'ordre de ΔF/N. Si
P
l est la puissance minimum détectable par cette photodiode, elle doit satisfaire :

où T est la transmission optique totale du dispositif et D la dynamique permise par
SLM. Dans l'exemple donné :

d'où

[0029] Le dispositif ainsi décrit trouve une application préférentielle comme filtre transverse
et procure les avantages suivants :
- Ce système permet de réaliser le filtrage adapté, sans transposition de fréquence,
de signaux à très haute fréquence et à large bande passante. En effet, l'incrément
de retard peut être aussi faible que désiré : il suffit pour cela d'utiliser la fibre
optique sur un domaine spectral où sa dispersion chromatique est faible ou d'adapter
la nature de la fibre à l'incrément désiré.
- Le contrôle de pondération αk est assuré en parallèle au moyen d'un dispositif unique SLM. Celui-ci est commandé
par des tensions faibles et assure à chaque instant la reconfigurabilité du système.
- Le contrôle indépendant sur chaque canal de la transmission du modulateur spatial
SLM permet de compenser les non-uniformités du spectre émis par le laser ainsi que
celles dues à la transmission de la fibre.
- Le volume du dispositif devrait être faible et ne pas excéder le litre. De plus sa
consommation restera réduit, compte tenu des rendements des sources actuelles.
[0030] En se reportant à la figure 4, on va maintenant décrire une variante du dispositif
de la figure 2.
[0031] Dans cette variante, la fibre optique n'est plus utilisée en tant que milieu dispersif.
Elle est au contraire utilisée à une longueur d'onde pour laquelle la dispersion est
minimale.
[0032] Des réseaux de Bragg, accordés aux longueurs d'onde λ
1, λ
2 ... λ
N, travaillant en réflexion sont photoinduits dans la fibre. L'accord de Bragg aux
différentes longueurs d'onde est obtenu par variation de la période du réseau photoinduit.
La méthode d'inscription est analogue à celle décrite par exemple dans le document
G. Meltz, W.W Morey, W.H Glenn "Formation of Bragg gratings in optical fibers by a
transverse holographic method" Opt. Lett., 14, 823 (1989) et utilise un laser UV,
garantissant la permanence des réseaux.
[0033] La source laser L émet un spectre étendu Δλ, contenant des longueurs d'onde λ
1... λ
N. De plus, le faisceau B1 qui en est issu est polarisé linéairement. Il est ensuite
couplé dans le modulateur MOD identique à celui précédemment décrit, excité par le
signal hyper x(t) à filtrer. Cette porteuse optique multifréquences est alors couplée
dans la fibre à réseaux, où chaque composante va subir une réflexion à une abscisse
différente. Cette fibre est à maintien de polarisation afin de pouvoir aisément séparer
les faisceaux incidents et réfléchis.
[0034] La lame quart d'onde λ/4 achromatique et le séparateur de polarisation PBS (cube
séparateur de polarisateur) permettent de collecter la lumière réfléchie par la fibre
F. Le système de dispersion-pondération-sommation reste identique à celui précédemment
décrit. Ainsi donc, l'intensité de la porteuse optique, sur chaque canal, après traversée
du modulateur SLM, est de la forme :

où:
- n est l'indice de réfraction de la fibre ;
- lk la position, dans la fibre, du réseau accordé à λk. De manière identique à ce qui précède, la sommation cohérente sur la photodiode
fournit un photocourant qui rend compte du filtrage adapté de x(t). Afin de définir
de façon précise l'échantillon temporel prélevé, il est nécessaire que l'épaisseur
de chaque réseau soit petite devant la longueur d'onde du signal à traiter.
[0036] Ainsi donc, pour l'application décrite précédemment, on aura par exemple :
l
k+1 - l
k = 2,5 mm
l = 2,5 m
coefficient des réseaux = 250 µm
épaisseur de réflexion de chaque réseau = 10 %
[0037] Le dimensionnement précédent du dispositif reste valable puisqu'on substitue aux
pertes par transmission dans la fibre, l'efficacité en réflexion des réseaux.
[0038] La figure 8 représente une autre variante de réalisation dans laquelle, orsque la
divergence du faisceau multifréquence B4 est trop importante par rapport à la taille
des pixels du modulateur SLM ou lorsqu'on désire un système très compact, il est avantageux
de mettre en oeuvre le système symétrique de la figure 8.
[0039] L
c et L'
c sont les lentilles symétriques, par exemple de même focale. Dans ce cas H et H' sont
des réseaux semblables. Toutes les longueurs d'onde sont ainsi recombinées sur une
direction unique avant être sommées au moyen de la lentille de sortie. Les pixels
de SLM ont les dimensions des lignes lumineuses formées par L
c.
[0040] Selon une autre variante, la lentille sphérique de sortie et le détecteur unique
de la figure 8 sont remplacés respectivement par une lentille cylindrique, parallèle
à Lc, et par une barrette de photodiodes. De plus SLM devient un modulateur spatial
de lumière à deux dimensions (Nxp pixels). Chaque ligne du SLM comporte q pixels adressables
indépendamment. A chaque pixel est associé un élément de la barrette de photodiodes.
Le système permet ainsi en parallèle d'effectuer le filtrage adapté à q signaux différents
pouvant être contenus dans le signal x(t).
[0041] Le dispositif de l'invention est également applicable à un corrélateur de signaux
électriques (hyperfréquences notamment).
[0042] La figure 5 représente un exemple d'un tel corrélateur selon l'invention. Ce corrélateur
comporte en série :
- une source optique (laser) L
- un premier modulateur électrooptique MOD1
- une fibre optique dispersive F
- un deuxième modulateur électrooptique MOD2
- un réseau dispersif H
- un modulateur spatial de lumière SLM
- un dispositif de détection optique CCD.
[0043] Les différents éléments de ce corrélateur ont des caractéristiques similaires à celles
du dispositif décrit précédemment. On précise que le dispositif de détection optique
CCD peut comporter autant de détecteurs élémentaires qu'il y a d'éléments images et
que ces détecteurs sont couplés à un dispositif à transfert de charges.
[0044] Ce dispositif a pour rôle de corréler deux signaux électriques S(t) et R(t). Le premier
modulateur électrooptique MOD1 utilise le signal S(t) pour moduler le faisceau B1.
Le deuxième modulateur électrooptique MOD2 utilise le signal R(t) pour moduler le
faisceau B3 issu de la fibre F.
[0045] Le faisceau B3 est comme on l'a vu précédemment constitué d'une pluralité de faisceaux
élémentaires de longueurs d'onde optique différente et ayant subi des retards différents
dans la fibre optique F. Le modulateur MOD2 applique donc une modulation à chacun
de ces faisceaux élémentaires. Cela revient donc à ce que chacun de ces faisceaux
élémentaires ait une amplitude proportionnelle au produit des modulations S(t) et
R(t), réalisé à des instants différents pour chacun de ces faisceaux élémentaires.
[0046] Le réseau dispersif H réparti spatialement les composants du faisceau B'3 correspondant
chacune à une longueur d'onde (ou une gamme étroite de longueurs d'ondes). Les différents
faisceaux élémentaires du faisceau B4 sont modulés par le modulateur spatial de lumière
SLM puis transmis aux photodétecteurs CCD. Le rôle du modulateur SLM est de corriger
les dispersions de la source L ainsi que du système de transmission (fibres notamment).
Cependant selon une variante de réalisation le modulateur SLM peut ne pas exister
et cette correction peut se faire au niveau de la détection sur le détecteur CCD ou
au niveau du traitement du signal détecté par le CCD.
[0047] A l'instant t, sur chaque élément photodétecteur du CCD, l'amplitude du faisceau
optique incident à la longueur d'onde λ
k est proportionnel à :

où
- Io,k est l'intensité du faiceau à λk reçue par l'élément photodétecteur en l'absence de modulation ;
- m1 et m2 les profondeurs de modulation du signal optique obtenues sur mod1 et mod2.
[0048] On rappelle que la bande passante totale du système est ΔF et que le nombre d'échantillons
du signal de corrélation est N. Dans ce cas la bande passante de chaque élément du
CCD est de l'ordre de Δf/N. Ainsi le temps d'intégration sur chaque élément du CCD
vaut: T = N/2ΔF
[0049] Ainsi le photocourant délivré par chaque élément k du CCD est proportionnel :

et rend bien compte, dans sa partie modulée, du produit de corrélation S(t)∗R(t).
[0050] De même que pour le filtre transverse, si ΔF = 20 GHz et N = 10
3 on a :
1 ∼ 4km
et

où P
1 vaut ici typiquement 10
-10 W (détectivité du CCD de l'ordre de 3.10
-2 pW/H2
1/2).
D ∼ 40 dB
et donc P
o >60 mW
[0051] Ce dispositif procure les mêmes avantages que les dispositifs 2 et 4 et permet une
détection optiquement incohérente sur chaque élément du CCD.
[0052] La figure 6 représente une variante de réalisation du corrélateur de l'invention.
[0053] Le laser L, émettant sur un large spectre Δλ, est couplé à deux modulateurs MOD1
et MOD2 tels que ceux décrits précédemment (ΔF ∼ 20 GHz). Ils sont respectivement
excités par les signaux S(t) et R(t). Les faisceaux issus de ces modulateurs sont
polarisés linéairement et passent au travers des séparateurs de polarisation ou cube
séparateurs de polarisations PBS
1 et PBS
2. Ils sont ensuite couplés dans deux fibres optiques F1, F2 à maintien de polarisation
de même longueur 1 où ont été photoinduits des réseaux identiques à ceux précédemment
décrits. Dans la fibre F1 les réseaux sont disposés de manière à réfléchir successivement
λ
1 puis λ
2,... λ
N. L'ordre en est inversé dans la fibre F2. Après réflexion, les différentes composantes
des porteuses optiques S(t) et R(t) repassent au travers des lames λ/4 et sont parfaitement
réfléchies par PBS
1 et PBS
2. Le faisceau réfléchi par la fibre F1 subit une rotation de polarisation de 90° et
passe au travers de PBS
2. Ainsi, les porteuses des signaux R(t) et S(t) sont superposées à l'issue de PBS
2 et leurs polarisations sont croisées. Ce faisceau doublé passe ensuite au travers
d'un réseau dispersif H où les différentes longueurs d'ondes sont dispersées spatialement.
Chacune d'elle passe au travers d'un premier modulateur spatial de lumière SLM
1. Ce dernier est, par exemple, une cellule à cristal liquide opérant en biréfringence
contrôlée électriquement. La polarisation coïncide par exemple avec l'axe optique
des molécules de cristal liquide. Ainsi l'indice de réfraction vu par cette polarisation
varie, suivant la tension appliquée sur le pixel, entre n
0 et n
e (indices ordinaires et extraordinaires du cristal liquide). Au contraire la polarisation
voit un indice de réfraction constant n0. SLM
1 permet donc de contrôler le déphasage relatif ϕ des porteuses de S(t) et R(t). Un
polarisateur P, orienté à 45° des directions de polarisation othogonales permet la
recombinaison de ces deux polarisations. Un second modulateur spatial SLM
2 accolé au premier et comptant le même nombre de pixels, permet de contrôler les poids
α
k affectés à chaque canal de composante de longueur d'onde. En sortie de ce dispositif,
un système optique permet de focaliser chaque canal sur un des éléments d'un photodétecteur
multiple PDA, par exemple de type CCD. Ainsi après intégration, chaque pixel du CCD
délivre un signal proportionnel au produit de corrélation S(t)∗R(t).
[0055] Dans ce cas, pour un temps d'intégration T, le photocourant délivré par le photodétecteur
l est proportionnel à :

[0056] Sur chaque canal, le déphasage ϕ
l est ajusté de manière à ce que :

[0057] Ainsi les fluctuations de chemin optique sont compensées au moyen de SLM
1. On retrouve donc dans l'expression i
1(t) deux premiers termes qui constituent un biais et un troisième terme qui rend compte
du produit de corrélation S(t) ∗R(t).
[0058] On donne dans la suite un exemple de réalisation du système et ses dimensions escomptées.
La bande passante totale du système est ΔF. Le nombre de canaux ou d'échantillons
du signal de corrélation est N.
[0059] Dans ce cas, le temps d'intégration vaut au moins :

[0060] De même que pour le filtre transverse :


[0061] Ainsi donc si
Δf = 20 GHz et N = 10
3
T = 25 ns
l
i+1-l
i = 2,5 mm
L = 2,5 m.
[0062] Si p
o est la puissance optique disponible en sortie de la source laser, la puissance totale
optique maximum reçue sur un canal est de l'ordre :

où:
- Tmod1 :
- : perte d'insertion des modulateurs (∼ 6dB)
- ηi :
- coefficient de réflexion à λi du réseau photoinduit (∼ 10 %)
- ηh :
- efficacité de diffraction du réseau dispersif
- Tslmk :
- coefficient de transmission des modulateurs spatiaux (TSLM1 ∼ 90 %, TSLM2 ∼ 50 %)
[0063] Par ailleurs, un pixel de CCD pour un temps d'intégration de 1 ms, permet la détection
de 1pW, soit une détectivité de l'ordre de 3.10
-2 pW/Hz
1/2 Pour un temps d'intégration T le NEP (noise equivalent power) qui correspond à la
plus petite puissance détectable, devient donc :

(La durée de l'intégration n'est pas dans ce cas optimum puisque bien inférieure
à la durée de la lecture de la barrette CCD (fréquence de lecture ∼ 20 MHz pour 10
3 pixels)).
[0064] Pour que la dynamique du système soit D il est alors nécessaire d'avoir :

[0065] D'où ici P
0 > 140 mW (pour D = 40dB) puissance compatible avec les sources laser état solide
pompé diode actuelles. Il faut cependant remarquer qu'il est nécessaire, pour chaque
λ
i de disposer d'une longueur de cohérence supérieure à 2L afin d'obtenir le produit
de corrélation. Ainsi dans le cas précédemment décrit (L = 2,5 m) chaque W
i est définie à mieux que 60 MHz. Il semble donc plus réaliste pour cette application
d'utiliser un ensemble de sources lasers multidiodes.
[0066] Ce corrélateur selon l'invention présente les mêmes avantages que ceux indiqués précédemment
pour le dispositif de filtrage. En effet :
- la corrélation ne nécessite aucune transposition de fréquences des signaux S(t), R(t)
;
- les contrôles de pondération des différentes composantes du faisceau B5 est reconfigurable
à chaque instant ;
- la non-uniformité du spectre de la source L et de la transmission du système (de la
ou des fibres notamment) peut être corrigée par le modulateur spatial SLM.
[0067] La figure 7 représente une variante de réalisation de la figure 6. Selon cette variante,
la fibre F1 présente une dispersion chromatique sur un domaine de longueur d'onde
optique Δλ. Sur le même domaine, la fibre F2 est quasiment exempte de dispersion.
[0068] Le dispositif PBS1 situé en sortie de la fibre F1 est en fait un dispositif de réflexion.
Le dispositif PBS2 situé en sortie de la fibre F2 permet de combiner les faisceaux
issus des fibres F1 et F2. A titre d'exemple sur la figure 7, le dispositif SP situé
en entrées des fibres F1, F2 est un séparateur de polarisation. Cependant les faisceaux
transmis aux fibres F1, F2 pourraient également être de même direction de polarisation
et le dispositif SP pourrait être un séparateur de lumière.
[0069] Comme précédemment, les faisceaux superposés issus des fibres F1, F2 sont transmis
par le réseau dispersif H et les modulateurs spatiaux de lumière SLM1 et SLM2 au dispositif
de détection optique CCD.
[0070] Sur chaque élément détecteur de CCD on dispose ainsi du produit :

c'est-à-dire

[0071] On va maintenant décrire des variations de réalisation applicables de façon générale
aux différents dispositifs décrits précédemment.
[0072] Selon une première variante, la source laser unique L est remplacée après un ensemble
de p sources émettant chacun un spectre Δλ/p. Dans ce cas on utilise un coupleur px1
pour combiner les p sources dans une seule fibre amorce connectée au modulateur mod.
On pourra ainsi par exemple, pour N = 1024 utiliser 64 lasers semiconducteurs de quelques
mW, émettant chacun 16 modes longitudinaux distants de 0,1 nm.
1. Dispositif de traitement optique de signaux électriques, comportant :
- une source optique (L) émettant un faisceau optique (B1) multilongueur d'ondes ;
- au moins un premier modulateur électrooptique (MOD) recevant le faisceau optique
(B1) et le modulant à l'aide d'un premier signal électrique à traiter pour fournir
un premier faisceau modulé ;
- au moins une première fibre optique (F) recevant le faisceau modulé (B2) et incorporant
des moyens de séparation spatiale permettant de transmettre un faisceau (B3) dans
lequel les composantes correspondant aux différentes longueurs d'ondes sont retardées
les unes par rapport aux autres dans la fibre (F) ;
- un réseau dispersif (H) séparant les différentes longueurs d'ondes contenues dans
le faisceau (B3) reçu de la fibre optique (F) et fournissant un faisceau dispersé
(B4) dans lequel chaque longueur d'onde est déviée selon une direction qui lui est
caractéristique ;
caractérisé en ce qu'il comporte également un modulateur spatial de lumière reconfigurable
(SLM) comportant une pluralité d'éléments de modulation recevant le faisceau dispersé
(B4) et commandant le niveau d'intensité optique de différentes directions du faisceau
dispersé (B4) et en ce que ladite fibre (F) comporte des réseaux de Bragg, chaque
réseau de Bragg ayant un pas déterminé de façon à réfléchir la lumière d'une longueur
d'onde déterminée ; et en ce que le dispositif comporte en outre, entre le modulateur
(MOD) et la fibre optique (F), un séparateur de faisceau (PBS) permettant de transmettre
la lumière réfléchie par les réseaux de Bragg vers le réseau dispersif (H).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif
de focalisation entre le modulateur spatial de lumière (SLM) et le système de détection
optique (PD) pour focaliser le faisceau (B5) traité par le modulateur (SLM), sur le
système de détection optique (PD).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre optique (F) est
une fibre optique dispersive.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière transmise par
le modulateur (MOD) est polarisée selon une direction et en ce que le dispositif comporte,
entre le séparateur de faisceau (PBS) et la fibre optique (F), une lame quart d'onde,
le séparateur de faisceau étant alors un séparateur de polarisations.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de détection
optique (PD) est un photodétecteur optique et en ce que le dispositif comporte un
dispositif de focalisation situé entre le modulateur spatial de lumière (SLM) et le
système de détection optique.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une première
lentille cylindrique (Lc) entre le réseau dispersif (H) et le modulateur spatial de lumière (SLM) ainsi qu'une
lentille cylindrique (L'c) symétrique de la première lentille cylindrique par rapport à un modulateur spatial
(SLM) et un deuxième réseau dispersif (H') symétrique du premier réseau dispersif
par rapport au modulateur spatial (SLM).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système de détection
optique (PD) est une ligne de photodétecteurs et en ce que le dispositif comporte
une lentille cylindrique comprise entre le modulateur spatial de lumière et le système
de détection optique (PD).
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième
modulateur électrooptique (MOD2) recevant également le faisceau optique multilongueur
d'ondes et le modulant à l'aide d'un deuxième signal électrique à traiter pour fournir
un deuxième faisceau modulé, ce deuxième faisceau modulé étant superposé au premier
faisceau modulé avant transmission au réseau dispersif.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième modulateur
électrooptique (MOD2) est situé entre la fibre optique (F) et le réseau dispersif
(H).
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième modulateur
électrooptique (MOD2) reçoit en parallèle avec le premier modulateur électrooptique
(MOD1) le faisceau optique multilongueur d'onde et qu'il le retransmet à une deuxième
fibre optique comportant également des moyens permettant de retarder de manière différente
les différentes longueurs d'ondes ; les faisceaux issus des deux fibres optiques étant
transmis à un système de couplage (PBS1, PBS2) qui les combine et les retransmet au
réseau dispersif.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux fibres optiques
comportent des réseaux de Bragg, chaque réseau de Bragg ayant un pas déterminé de
façon à réfléchir la lumière d'une longueur d'onde déterminée ; et en ce que le dispositif
comporte en outre les modulateurs (MOD1, MOD2) et les fibres optiques (F1, F2), des
séparateurs de faisceaux (PBS1, PBS2) permettant de transmettre la lumière réfléchie
par les réseaux de Bragg vers le réseau dispersif.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la lumière transmise par
les modulateurs (MOD1, MOD2) est polarisée selon une direction et en ce que le dispositif
comporte une lame quart d'onde située entre les séparateurs de faisceaux (PBS1, PBS2)
et les fibres (F1, F2), les séparateurs de faisceaux (PBS1, PBS2) étant alors des
séparateurs de polarisations.
1. Vorrichtung zur optischen Verarbeitung elektrischer Signale, mit :
- einer Lichtquelle (L), die ein Mehrwellenlängen-Lichtstrahlenbündel (B1) aussendet;
- wenigstens einem ersten elektrooptischen Modulator (MOD), der das Lichtstrahlenbündel
(B1) empfängt und es mit Hilfe eines ersten zu verarbeitenden elektrischen Signals
moduliert, um ein erstes moduliertes Strahlenbündel auszugeben;
- wenigstens einer ersten Lichtleitfaser (F), die das modulierte Strahlenbündel (B2)
empfängt und Mittel zur räumlichen Trennung enthält, die die Übertragung eines Strahlenbündels
(B3) ermöglichen, in dem die den verschiedenen Wellenlängen entsprechenden Komponenten
in der Faser (F) relativ zueinander verzögert sind;
- einem Streugitter (H), das die verschiedenen Wellenlängen, die in dem von der Lichtleitfaser
(F) empfangenen Strahlenbündel (B3) enthalten sind, trennt und ein gestreutes Strahlenbündel
(B4) ausgibt, in dem jede Wellenlänge in eine für sie charakteristische Richtung abgelenkt
wird;
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen rekonfigurierbaren räumlichen Lichtmodulator
(SLM) enthält, der mehrere Modulationselemente umfaßt, die das gestreute Strahlenbündel
(B4) empfangen und den Lichtstärkepegel für die verschiedenen Richtungen des gestreuten
Strahlenbündels (B4) steuern, und daß die Faser (F) Bragg-Gitter enthält, wovon jedes
eine bestimmte Schrittweite hat, derart, daß das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge
reflektiert wird; und daß die Vorrichtung außerdem zwischen dem Modulator (MOD) und
der Lichtleitfaser (F) einen Strahlenbündeltrenner (PBS) enthält, der ermöglicht,
das von den Bragg-Gittern reflektierte Licht an das Streugitter (H) zu übertragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem räumlichen
Lichtmodulator (SLM) und dem optischen Erfassungssystem (PD) eine Fokussierungsvorrichtung
enthält, um das Strahlenbündel (B5), das vom Modulator (SLM) verarbeitet wird, auf
das optische Erfassungssystem (PD) zu fokussieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (F) eine
dispersive Lichtleitfaser ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Modulator (MOD) übertragene
Licht in einer Richtung polarisiert ist und daß die Vorrichtung zwischen dem Strahlenbündeltrenner
(PBS) und der Lichtleitfaser (F) ein Viertelwellenlängenplättchen enthält, wobei der
Strahlenbündeltrenner dann ein Polarisationstrenner ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Erfassungssystem
(PD) ein optischer Photodetektor ist und daß die Vorrichtung eine Fokussierungsvorrichtung
enthält, die sich zwischen den räumlichen Lichtmodulator (SLM) und dem optischen Erfassungssystem
befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen dem Streugitter
(H) und dem räumlichen Lichtmodulator (SLM) eine Zylinderlinse (Lc) sowie eine zur ersten Zylinderlinse in bezug auf den räumlichen Modulator (SLM)
symmetrische Zylinderlinse (L'c) und ein zweites Streugitter (H'), das in bezug auf den räumlichen Modulator (SLM)
zum ersten Streugitter symmetrisch ist, enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Erfassungssystem
(PD) eine Zeile aus Photodetektoren ist und das die Vorrichtung eine Zylinderlinse
enthält, die zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem optischen Erfassungssystem
(PD) enthalten ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen zweiten elektrooptischen
Modulator (MOD2) enthält, der ebenfalls das Mehrwellenlängen-Lichtstrahlenbündel empfängt
und es mit Hilfe eines zweiten zu verarbeitenden elektrischen Signals moduliert, um
ein zweites moduliertes Strahlenbündel auszugeben, wobei dieses zweite modulierte
Strahlenbündel dem ersten modulierten Strahlenbündel vor der Übertragung an das Streugitter
überlagert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite elektrooptische
Modulator (MOD2) zwischen der Lichtleitfaser (F) und dem Streugitter (H) befindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrooptische
Modulator (MOD2) parallel zum ersten elektrooptischen Modulator (MOD1) das Mehrwellenlängen-Lichtstrahlenbündel
empfängt und es an eine zweite Lichtleitfaser überträgt, die ebenfalls Mittel enthält,
die die unterschiedliche Verzögerung der verschiedenen Wellenlängen ermöglicht; wobei
die von den beiden Lichtleitfasern ausgegebenen Strahlenbündel an ein Kopplungssystem
(PBS1, PBS2) übertragen werden, das sie kombiniert und an das Streugitter überträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtleitfasern
Bragg-Gitter enthalten, wovon jedes eine bestimmte Schrittweite besitzt, derart, daß
das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektiert wird; und daß die Vorrichtung
außerdem die Modulatoren (MOD1, MOD2), die Lichtleitfasern (F1, F2) und die Strahlenbündeltrenner
(PBS1, PBS2) enthält, die die Übertragung des von den Bragg-Gittern reflektierten
Lichts an das Streugitter ermöglichen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Modulatoren
(MOD1, MOD2) übertragene Licht in einer Richtung polarisiert wird und daß die Vorrichtung
ein Viertelwellenlängenplättchen enthält, das sich zwischen den Strahlenbündeltrennern
(PBS1, PBS2) und den Fasern (Fl, F2) befindet, wobei die Strahlenbündeltrenner (PBS1,
PBS2) dann Polarisationstrenner sind.
1. Device for the optical processing of electrical signals, comprising:
- an optical source (L) emitting a multiwavelength optical beam (B1);
- at least one first electrooptical modulator (MOD) receiving the optical beam (B1)
and modulating it with the aid of a first electrical signal to be processed so as
to provide a first modulated beam;
- at least one first optical fibre (F) receiving the modulated beam (B2) and incorporating
spatial splitting means making it possible to transmit a beam (B3) in which the components
corresponding to the various wavelengths are delayed with respect to one another in
the fibre (F);
- a dispersive grating (H) splitting the various wavelengths contained in the beam
(B3) received from the optical fibre (F) and providing a dispersed beam (B4) in which
each wavelength is deviated in a direction characteristic thereto;
characterized in that it also comprises a reconfigurable spatial light modulator
(SLM) comprising a plurality of modulation elements receiving the dispersed beam (B4)
and controlling the optical intensity level of various directions of the dispersed
beam (B4) and in that the said fibre (F) comprises Bragg gratings, each Bragg grating
having a spacing determined in such a way as to reflect the light of a determined
wavelength; and in that the device furthermore comprises, between the modulator (MOD)
and the optical fibre (F), a beam splitter (PBS) making it possible to transmit the
light reflected by the Bragg gratings towards the dispersive grating (H).
2. Device according to Claim 1, characterized in that it comprises a focusing device
between the spatial light modulator (SLM) and the optical detection system (PD) for
focusing the beam (B5) processed by the modulator (SLM), onto the optical detection
system (PD).
3. Device according to Claim 1, characterized in that the optical fibre (F) is a dispersive
optical fibre.
4. Device according to Claim 1, characterized in that the light transmitted by the modulator
(MOD) is polarized in one direction and in that the device comprises, between the
beam splitter (PBS) and the optical fibre (F), a quarter-wave plate, the beam splitter
then being a polarization splitter.
5. Device according to Claim 1, characterized in that the optical detection system (PD)
is an optical photodetector and in that the device comprises a focusing device situated
between the spatial light modulator (SLM) and the optical detection system.
6. Device according to Claim 1, characterized in that it comprises a first cylindrical
lens (Lc) between the dispersive grating (H) and the spatial light modulator (SLM) as well
as a cylindrical lens (L'c) symmetric with the first cylindrical lens with respect to a spatial modulator (SLM)
and a second dispersive grating (H') symmetric with the first dispersive grating with
respect to the spatial modulator (SLM).
7. Device according to Claim 6, characterized in that the optical detection system (PD)
is a line of photodetectors and in that the device comprises a cylindrical lens lying
between the spatial light modulator and the optical detection system (PD).
8. Device according to Claim 1, characterized in that it comprises a second electrooptical
modulator (MOD2) likewise receiving the multiwavelength optical beam and modulating
it with the aid of a second electrical signal to be processed so as to provide a second
modulated beam, this second modulated beam being superimposed on the first modulated
beam before transmission to the dispersive grating.
9. Device according to Claim 8, characterized in that the second electrooptical modulator
(MOD2) is situated between the optical fibre (F) and the dispersive grating (H).
10. Device according to Claim 8, characterized in that the second electrooptical modulator
(MOD2) receives, in parallel with the first electrooptical modulator (MOD1), the multiwavelength
optical beam and that it retransmits it to a second optical fibre likewise comprising
means making it possible to delay differently the various wavelengths; the beams emanating
from the two optical fibres being transmitted to a coupling system (PBS1, PBS2) which
combines them and retransmits them to the dispersive grating.
11. Device according to Claim 10, characterized in that the two optical fibres comprise
Bragg gratings, each Bragg grating having a spacing determined in such a way as to
reflect the light of a determined wavelength; and in that the device furthermore comprises
the modulators (MOD1, MOD2) and the optical fibres (F1, F2), beam splitters (PBS1,
PBS2) making it possible to transmit the light reflected by the Bragg gratings towards
the dispersive grating.
12. Device according to Claim 11, characterized in that the light transmitted by the modulators
(MOD1, MOD2) is polarized in one direction and in that the device comprises a quarter-wave
plate situated between the beam splitters (PBS1, PBS2) and the fibres (F1, F2), the
beam splitters (PBS1, PBS2) then being polarization splitters.