FR2677830A1

FR2677830A1 - Procede d'exploitation d'un laser d'emetteur optique dans un systeme de detection directe de signaux modules par deplacement de frequence et systeme de ce type.

Info

Publication number: FR2677830A1
Application number: FR9207114A
Authority: FR
Inventors: Richard Edward Epworth
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1992-12-18
Anticipated expiration: 2012-06-12
Also published as: GB9112882D0; US5452117A; GB2256762A; GB2256762B; FR2677830B1; JPH05211474A

Abstract

L'invention concerne plus spécialement un procédé pour commander un laser dans un système de détection directe MDF employant un interféromètre en série avec la sortie du laser. Le procédé comprend les étapes consistant à: détecter (52, 53, 54) quand la plage d'ajustement disponible est sur le point d'être dépassée, ce qui est représenté par le fait qu'un paramètre choisi du système atteint un seuil préfixé, et appliquer un pas de variation (55, 56) d'amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser (50) pour ramener le fonctionnement de l'émetteur dans la plage d'ajustement. Applicable en particulier à un système optique de transmission à débit binaire élevé.

Description

a Cette invention concerne la détection directe de signaux modulés par

déplacement de fréquence (MDF) dans un système de transmission optique à débit binaire élevé. Dans un système optique de détection directe MDF, un déphasage de la fréquence optique peut être

converti en données binaires au moyen d'un interféro-

mètre asymétrique à deux voies Le point de fonctionne-

ment du laser est habituellement stabilisé par une boucle de réaction afin d'assurer que les " 10 " et les " 1 " binaires correspondent respectivement aux maxima et aux minima des franges dans l'interféromètre Cette boucle

de réaction peut suivre les franges pendant que celles-

ci dérivent lentement r par suite de changements de température par exemple Il se pose cependant le pro- blème que la boucle de réaction risque de sortir de la plage de poursuite lors de changements de la fréquence laser moyenne et de la longueur différentielle de l'interféromètre La figure 1 montre l'effet de la dérive vers le bas du point de fonctionnement dans un système, jusqu'à ce que la limite inférieure de la plage de fonctionnement du laser (axe A) soit atteinte La partie gauche de la figure lmontre une série de franges F et l'action de la modulation laser sur la frange marquée F, qui est effective au- dessus de l'extrémité inférieure de la plage de fonctionnement du laser Le courant de pompage du laser(B) est modulé en conformité avec la séquence de

données sous forme de " O " et de " 1 " La figure 1 il-

lustre le mouvement général descendant (vers la droite) de la série de franges F avec le temps (comme indiqué par les lignes diagonales), jusqu' à ce que le laser sorte de sa plage de efonctionnement effectif Plus exactement, on arrive alors à une situation o le courant de pompage du laser pour des " O " binaires35 descend sous la limite inférieure, ce qui se produit à l'instant tl Dès lors, la boucle de réaction ne peut plus suivre la frange F 1 et un grand nombre d'erreurs se produira, jusqu'à ce que l'interféromètre réalise, à l'instant t 2, l'acquisition d'une nouvelle frange F, ce qui est le moment auquel la boucle de réaction peut reprendre le contrôle L'interféromètre glisse alors d'une quantité correspondant à 2 N pour l'acquisition de la frange suivante Toutefois, comme l'acquisition et le verrouillage forment un processus à rétroaction de faible largeur de bande, ce processus prend un certain temps et de nombreux bits d'information sont mutilés pendant cette période t 1-t 2, ce qui produit d'importants

paquets d'erreurs.

Si le système continue à dériver, il arrivera un moment, à l'instant t 3, o la frange F 2 descend à son

tour au point o le courant de pompage du laser redes-

cend sous la limite inférieure de la plage de fonction-

nement du laser, de sorte que de nombreuses erreurs seront produites de nouveau, jusqu'à l'acquisition de la

frange F 3 suivante.

Dans la pratique, la limite inférieure est le point auquel le courant de pompage du laser descend si bas que la puissance de sortie est trop petite ou que la

cohérence du rayonnement de sortie est trop faible.

L'invention procure un procédé d'exploitation ou procédé pour faire fonctionner un laser d'émetteur optique dans un système de détection directe de signaux de données MDF, possédant un circuit de commande à réaction agencé pour ajuster le fonctionnement de l'émetteur en réponse à des changements de paramètres de fonctionnement de l'émetteur, procédé qui comporte les étapes consistant à: détecter quand la plage d'ajustement dispo- nible est sur le point d'être dépassée, ce qui est représenté par le fait qu'un paramètre choisi du système35 atteint un seuil préfixé, et appliquer un pas de variation d'amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser pour ramener le fonctionnement de l'émetteur dans la plage d'ajustement. L'invention apporte également un procédé pour faire fonctionner un laser d'émetteur optique dans un s-ystème de détection directe de signaux de données modulés par déplacement de fréquence (MDF), possédant un circuit de commande à réaction agencé pour ajuster le

fonctionnement de l'émetteur en réponse à des change-

ments de paramètres de fonctionnement de l'émetteur, qui

est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consis-

tant à: détecter quand le niveau de sortie du système 2.5 atteint un seuil prédéterminé et appliquer un pas de variation prédictive d'amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser.

Le procédé comporte de préférence la synchro-

nisation de l'application d'un pas de variation prédic-

tive au courant de pompage avec une transition de

l'horloge du signal de modulation appliqué au laser.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront plus clairement de la descrip-

tion qui va suivre d'exemples de réalisation non limi-

tatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre l'effet de la dérive vers le bas du point de fonctionnement d'un système de détection directe MDF (déjà décrite; art antérieur); la figure 2 montre l'effet de l'application d'un pas de variation prédictive au courant de pompage pour obtenir un déphasage de 2 N dans l'interféromètre; la figure 3 montre l'effet de l'application d'un pas de variation prédictive au courant de pompage pour obtenir un déphasage de + T dans l'interféromètre,

en synchronisme avec une transition de données corres-

pondant à r dans le signal modulant; la figure 4 montre l'effet de l'application d'un pas de variation prédictive du courant de pompage en synchronisme avec une transition de données corres-

pondant à N dans le signal modulant en cas d'utilisa-

tion d'un codage bipolaire alternant (AMI);

la figure 5 représente un mode de réalisa-

tion d'un dispositif pour appliquer un pas de variation prédictive au courant de pompage d'un laser dans un système de détection directe MDF; et la figure 6 représente une variante du mode

de réalisation selon la figure 5.

La figure 2 montre de quelle manière un pas de variation prédictive est appliqué au courant de pompage de laser lorsque celui-ci s'approche de la limite inférieure de sa plage de fonctionnement La valeur du pas de variation prédictive appliqué est choisie de manière qu'un déphasage de la grander 2 W se produise

dans l'interféromètre peu avant l'instant t 1, c'est-à-

dire peu avant que la puissance de sortie du laser ne descende sous la limite inférieure de la plage de

fonctionnement du laser Ce déphasage de 2 r T est dé-

clenché en synchronisme avec une transition de l'horloge du signal modulant et il a pour résultat que le système se déplace sensiblement à la même position sur la frange suivante de l'interféromètre Il s'agit là d'un pas ou saut "au jugé" à un nouveau point de fonctionnement et il produit une puissance de sortie presque identique à l'instant du pas Ceci se distingue nettement de la situation o aucun pas de variation n'est appliqué et le suivi est perdu, comme le montre la figure 1, de sorte que l'acquisition de la frange suivante s'effectue uniquement au moyen de la boucle de réaction, ce qui demande un temps de stabilisation relativement long. Pour que ce pas de variation de 2 W du courant de pompage soit possible, l'interféromètre associé au laser doit être du type à deux voies, c'est-à-dire du type Ilach-Zehnder, de sorte que la courbe de la puissance de

sortie en fonction de la phase est périodique.

Une autre solution consiste à appliquer le pas de variation prédictive du courant de pompage à un moment quelconque, au lieu de façon synchrone avec l'horloge du signal modulant, mais en assurant que le pas de variation soit effectué rapidement Comme cela se 0 produira seulement de façon peu fréquente, le taux

d'erreur qui en résulte sera bas et peut être accep-

table Si le pas de variation prédictive peut être

accompli en moins d'une période binaire, chaque ré-

acquisition d'une frange provoquera seulement des

erreurs isolées.

La figure 3 montre de quelle manière un pas de variation prédictive d'amplitude suffisante peut être appliqué pour produire seulement un déphasage de la grandeur r dans l'interféromètre Dans ce cas, non

seulement le pas de variation est effectué en synchro-

nisme avec une transition de l'horloge, le déphasage de + r T est produit seulement lorsqu'un déphasage de données correspondant à r T est attendu, c'est-à-dire au moment o le signal modulant passe d'un " 1 " binaire à un " O " binaire Ceci est équivalent à l'introduction d'un déphasage de 2 r en synchronisme avec une transition de l'horloge lorsqu'il n'y a pas de changement de la valeur

binaire des données.

La figure 4 montre comment un déphasage de

l'interféromètre peut être produit par un pas de varia-

tion prédictive du courant de pompage du laser au cas o le signal modulant a la forme d'une information binaire codée bipolaire alternante (AMI) Toutefois, du fait

qu'un signal bipolaire alternant peut avoir une dévia-

tion de + ru autour du niveau moyen ou niveau " O ", ce qui ferait agir l'interféromètre sur deux franges voisines, la valeur de la variation prédictive nécessaire dépendra de la grandeur, N ou 2 T, du changement de phase prévu au moment du pas de variation prédictive Cette grandeur dépendra à son tour du type de changement de la valeur binaire à la transition de l'horloge, de "O" à "l" (dans un sens ou dans l'autre) ou de "+l" à "-1 " et vice versa Le codage bipolaire alternant (AMI) est employé en de nombreux processus optiques de modulation MDF parce qu'il a une teneur basse fréquence négligeable, ce qui évite le problème du "creux" dans la réponse MF

basse fréquence de nombreux lasers à semi-conducteurs.

La détection directe MDF à codage bipolaire alternant utilise déjà le fait que l'information de sortie d'un interféromètre à deux voies est ambiguë quant aux changements de phase d'une quantité n Le niveau " O " est typiquement la base d'une frange et des " 1 " (alternants)

sont respectivement + et n.

Dans le mode de réalisation représentée sur la

figure 5, le laser 50 est amené dans sa plage de fonc-

tionnement par une source de courant 51 modulée par les données Une partie de la puissance de sortie du laser est détectée par une photodiode locale 52 dont le signal

de sortie est envoyé à une boucle de commande conven-

tionnelle 53 pour la stabilisation de la frange Dans une boucle de stabilisation de frange typique, le point de fonctionnement est habituellement stabilisé pour assurer que les " O " et les "'" correspondent de près aux minima et maxima de frange respectivement Ceci est réalisable au moyen d'une simple boucle qui stabilise le 3 o point de fonctionnement courant continu, mais utilise un courant de modulation préfixé Une boucle de commande plus sophistiquée contrôlerait simultanément l'amplitude du courant de modulation pour assurer que les "'0} et les " 1 " correspondent exactement aux minima et aux maxima des ?,5 franges 1 respectivement Ces boucles à réaction agissent lentement en comparaison avec le débit binaire La boucle 53 commande une source de courant secondaire de polarisation 54 pour assurer que les " O " et les " 1 " binaires suivent la frange de l'interféromètre Lorsque le signal d'erreur de la boucle de commande indique que la valeur du courant de polarisation appliqué à partir de la source 54 s'approche d'un niveau auquel la boucle

sortira de la plage de poursuite, c'est-à-dire à l'ins-

tant t ou peu avant, un circuit 55 générateur de pas est

alimenté pour superposer un courant de pompage supplé-

mentaire (pas de variation), fourni par la source de courant 56, afin de provoquer le déphasage requis dans l'interféromètre Dans la pratique, ce déphasage est produit par un changement de la fréquence laser dû au

changement du courant de pompage.

Au cas o le pas de déphasage doit être

synchronisé avec une transition d'horloge dans l'infor-

mation modulante, un circuit de retard 57 est utilisé pour piloter le circuit générateur de pas, ainsi que le montre la figure 6 Le circuit de retard 57 reçoit la base de temps des données et l'amplitude du déphasage

dépend du sens du déphasage produit par les données.

Ainsi, dans le cas de la disposition illustrée sur la figure 4, par exemple, si un pas de 2 N est nécessaire

lorsque la boucle de commande est sur le point d'at-

2 r teindre la limite de sa plage effective, le circuit de retard attendra l'arrivée de la transition de données, o se produira un déphasage n, et amènera ensuite le générateur de pas, en synchronisme avec la transition d'horloge, à ajouter le déphasage + n, c'est-à-dire de provoquer un déphasage dans le sens opposé Ceci est l'équivalent d'un pas de 2 A, mais nécessite seulement la déviation du courant de pompage d'une transition de

données normale.

Il n'est pas nécessaire que les pas de varia-

tion prédictive de N (ou 2 n) requis soient des pas à courant continu s'il y a une boucle de réaction (non g représentée) qui maintient le point de fonctionnement du laser à long terme Il suffit de prévoir un pas différentié (avec une forme d'onde comme représentée en a sur la figure 5),qui décroît beaucoup plus lentement que le5 temps de réponse de la boucle de commande à réaction. Ceci évitera le besoin d'un circuit de pas rapide,

devant produire des pas d'une amplitude totale, aug- mentant sans cesse, d'un grand nombre de pas (forme d'onde b sur la figure 5).

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé pour faire fonctionner un laser d'émetteur optique dans un système de détection directe

de signaux de données modulés par déplacement de f ré-

quence (MDF), possédant un circuit de commande à réac- tion agencé pour ajuster le fonctionnement de l'émetteur

en réponse à des changements de paramètres de fonction-

nement de l'émetteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:

détecter quand la plage d'ajustement dispo-

nible est sur le point d'être dépassée, ce qui est représenté par le fait qu'un paramètre choisi du système atteint un seuil préfixé, et appliquer un pas de variation d'amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser pour ramener le fonctionnement de l'émetteur dans la plage d'ajustement. 2 Procédé pour commander un laser dans un système de détection directe de signaux modulés par

déplacement de fréquence (MDF) employant un interféro-

mètre en série avec la sortie du laser, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: détecter quand le niveau de sortie du système atteint un seuil prédéterminé et appliquer un pas de variation prédictive d'amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé

en ce que le pas de variation prédictive est en syn-

chronisme avec une transition d'horloge dans l'informa-

tion modulante.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplitude du pas de variation prédictive

possède une valeur telle que ce pas provoque un dépha-

sage de 2 N de l'interféromètre.

Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pas de variation prédictive possède une valeur telle que ce pas provoque un déphasage de + N de l'interféromètre, et que ce pas est synchronisé avec une transition de données entraînant un déphasage de T

dans l'interféromètre.

6 Système de détection directe de signaux modulés par déplacement de fréquence (MDF), caractérisé en ce qu'un déphasage de la fréquence optique d'un laser

est converti en données binaires au moyen d'un interfé-

romètre asymétrique et que le système comporte un moyen ( 52, 53, 54) pour détecter quand le niveau de sortie du système atteint un seuil prédéterminé et un moyen ( 55, 56) pour appliquer un pas de variation prédictive d'une amplitude prédéterminée au courant de pompage du laser ( 50) en réponse à une information de sortie du moyen de

détection ( 52, 53, 54).

7 Système selon la revendication 6, comportant

une boucle de réaction maintenant le point de fonction-

nement à long terme du laser, caractérisé en ce que le moyen ( 55, 56) pour appliquer le pas de variation prédictive au courant de pompage du laser est adapté ( 57) pour fournir des pas différentiés de courant ayant un temps de décroissance (a) sensiblement plus long que

le temps de réponse (b) de la boucle de réaction.