(19)
(11) EP 0 603 036 B1

(12) FASCICULE DE BREVET EUROPEEN

(45) Mention de la délivrance du brevet:
28.07.1999  Bulletin  1999/30

(21) Numéro de dépôt: 93402985.1

(22) Date de dépôt:  10.12.1993
(51) Int. Cl.6G06E 3/00

(54)

Dispositif de traitement optique de signaux électriques

Optische Verarbeitungsvorrichtung für elektrische Signale

Optical processing apparatus for electrical signals


(84) Etats contractants désignés:
DE GB IT

(30) Priorité: 15.12.1992 FR 9215085

(43) Date de publication de la demande:
22.06.1994  Bulletin  1994/25

(73) Titulaire: THOMSON-CSF
75008 Paris (FR)

(72) Inventeurs:
  • Dolfi, Daniel
    F-92402 Courbevoie Cédex (FR)
  • Huignard, Jean-Pierre
    F-92402 Courbevoie Cédex (FR)
  • Chazelas, Jean
    F-92402 Courbevoie Cédex (FR)
  • Souchay, Philippe
    F-92402 Courbevoie Cédex (FR)

(74) Mandataire: Guérin, Michel et al
Thomson-CSF Propriété Intellectuelle, 13, Avenue du Président Salvador Allende
94117 Arcueil Cédex
94117 Arcueil Cédex (FR)


(56) Documents cités: : 
EP-A- 0 473 121
GB-A- 2 189 028
GB-A- 2 176 281
US-A- 5 007 705
   
  • Journal of the Optical Society of America A, 9 (1992), July, No.7, pp.1159-1166. J. Rosen et al.: "Electro-optic hologram generation on spatial light modulators".
   
Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen).


Description


[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 λk tel que:

où |pmax| est la valeur maximale du module de p(t). A l'instant t0, la somme y(t0) des N+1 sorties pondérées vaut :

avec Nτ = T



[0005] Ceci est bien le résultat du filtrage adapté à l'instant t0-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 :


   R(t-t0) 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 t0 qui assure le maximum de la fonction de corrélation C(t0). Il faut ainsi disposer d'un grand nombre d'échantillons du signal de référence retardés de différentes valeurs de t0 afin d'assurer avec précision la détermination du t0 qui maximise C(t0). 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 λ1, ... λN. 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 LiNbO3 ou sur semiconducteur. Il possède une bande passante s'étendant entre deux fréquences F1 et F2 (exemple: F1 = 0 F2 = 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 λ1 à λN 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 t0, 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 αk 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 Y0 est un biais constant alors que le second Y1(t0) 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 = 103, 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 Pl 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 λ1, λ2 ... λN, 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 λ1... λN. 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.


[0035] Si Δf est la bande passante à traiter et 1 la longueur totale de fibre :







[0036] Ainsi donc, pour l'application décrite précédemment, on aura par exemple :
   lk+1 - lk = 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] Lc 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 Lc.

[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 λk est proportionnel à :

  • 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 = 103 on a :
   1 ∼ 4km
   et

   où P1 vaut ici typiquement 10-10 W (détectivité du CCD de l'ordre de 3.10-2 pW/H21/2).
   D ∼ 40 dB
   et donc Po >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 PBS1 et PBS2. 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 λ1 puis λ2,... λN. 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 PBS1 et PBS2. Le faisceau réfléchi par la fibre F1 subit une rotation de polarisation de 90° et passe au travers de PBS2. Ainsi, les porteuses des signaux R(t) et S(t) sont superposées à l'issue de PBS2 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 SLM1. 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 n0 et ne (indices ordinaires et extraordinaires du cristal liquide). Au contraire la polarisation voit un indice de réfraction constant n0. SLM1 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 SLM2 accolé au premier et comptant le même nombre de pixels, permet de contrôler les poids αk 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).

[0054] En effet :
  • à l'entrée de ces fibres les champs électriques associés aux deux ondes issues de mod1 et mod2 sont de la forme :



  • sur l'élément 1 du photodétecteur multiple, les champs électriques incidents sont devenus :



       où :
       v : est la célérité de la lumière dans la fibre (Δλ est choisie au voisinage d'un minimum de dispersion de la fibre et donc v1 = C/ni = v = cst)
       L : la longueur totale des deux fibres
       IF : la position du réseau réfléchissant λi dans la fibre 2
       wi : la pulsation associée à la longueur λi
       ϕi : le déphasage relatif introduit par SLM1 entre les deux composantes à λi qui interfèrent sur le photodétecteur i.


[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 ϕl est ajusté de manière à ce que :



[0057] Ainsi les fluctuations de chemin optique sont compensées au moyen de SLM1. On retrouve donc dans l'expression i1(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 = 103
   T = 25 ns
   li+1-li = 2,5 mm
   L = 2,5 m.

[0062] Si po 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/Hz1/2 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 103 pixels)).

[0064] Pour que la dynamique du système soit D il est alors nécessaire d'avoir :



[0065] D'où ici P0 > 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 λi 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 Wi 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.


Revendications

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.
 


Ansprüche

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.
 


Claims

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.
 




Dessins