FR3148886A1 - Systeme de telecommunication optique en espace libre - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur un système de télécommunication optique (1) en espace libre comprenant un dispositif de modulation (DM) produisant une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) incohérents entre eux, chaque faisceau lumineux élémentaire (R1-RN) modulant des mêmes données numériques (M) à transmettre et un dispositif de traitement (DT) configuré pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) et ainsi produire un rayonnement lumineux dit « combiné » (Rc).  Le système comprend également un dispositif optique expanseur de faisceau (T), optiquement couplé en aval du dispositif de traitement (DT), pour recevoir le rayonnement lumineux combiné (Rc) et propager un rayonnement d’émission (I) en espace libre. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

SYSTEME DE TELECOMMUNICATION OPTIQUE EN ESPACE LIBRE DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne un système de télécommunication optique visant à s’affranchir des difficultés de transmission liées à la distorsion du front d’onde d’un rayonnement lumineux au cours de sa propagation. Cette distorsion peut trouver son origine dans les perturbations atmosphériques lors d’une communication optique en espace libre. Plus généralement cette distorsion est provoquée par la propagation du rayonnement lumineux dans son milieu. L’invention trouve notamment une application dans le domaine des télécommunications optiques en espace libre.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
En télécommunication optique en espace libre, un émetteur module un rayonnement lumineux (généralement produit par un laser) avec les informations à transmettre, le rayonnement lumineux prenant la forme d’un faisceau d’émission étroit, typiquement de quelques centimètres jusque 1 mètre, que l’on émet en direction d’un récepteur. Après propagation dans son milieu (l’air sera pris en exemple dans la suite de cette description, mais le milieu peut être de toute nature, comme de l’eau lorsqu’il s’agit de télécommunication sous-marine), le rayonnement lumineux est collecté au niveau d’un récepteur et démodulé pour récupérer l’information transmise.
Au cours de sa propagation, le rayonnement produit par l’émetteur est soumis aux perturbations de l’atmosphère, et notamment aux variations de température et de pression qui induisent une variation de l’indice optique et provoquent la déformation du rayonnement. Ces perturbations erratiques, dont la dynamique de variation s’étend typiquement entre 100Hz à quelques kHz, conduisent à le déformer, ce qui affecte son front d’onde. Plus précisément, les perturbations tendent à redistribuer spatialement l'énergie dans le rayonnement, produisant des fluctuations aléatoires d'amplitude et de phase. Cette déformation se matérialise sous la forme de figures dites de « speckle » dans la tache formée par la projection du faisceau sur le dispositif de collecte du rayonnement et par un phénomène de scintillation. Elle conduit à limiter le débit d’information de la liaison entre l’émetteur et le récepteur, et donc la qualité de la liaison. C’est notamment le cas lorsque la pupille du dispositif de collecte du rayonnement est relativement petite par rapport à la dimension du faisceau quand celui-ci atteint ce dispositif, et donc que peu d’énergie du faisceau d’émission peut être captée. Une telle situation se produit notamment dans les communications dites « ascendante » vers un récepteur disposé dans un satellite ou lors d’une communication terrestre « point à point », au cours de laquelle le faisceau d’émission se propage entièrement dans l’atmosphère.
OBJET DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un système de communication optique remédiant, au moins en partie, au problème précité. Plus précisément, un but de l’invention est de proposer un système de télécommunication optique en espace libre permettant de rendre la communication plus fiable et/ou présentant un débit préservé malgré les perturbations induites par le milieu de propagation.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un système de télécommunication optique en espace libre comprenant :
  • un dispositif de modulation produisant une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires incohérents entre eux, chaque faisceau lumineux élémentaire modulant des mêmes données numériques à transmettre ;
  • un dispositif de traitement optiquement couplé en aval du dispositif de modulation et configuré pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires et ainsi produire un rayonnement lumineux dit « combiné »;
  • un dispositif optique expanseur de faisceau, optiquement couplé en aval du dispositif de traitement, pour recevoir le rayonnement lumineux combiné et propager un rayonnement d’émission en espace libre.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
  • le dispositif de traitement comprend au moins un dispositif de conversion multiplan ;
  • le dispositif de conversion multiplan comprend une pluralité de pièces optiques présentant chacune une face réfléchissante pour guider la propagation des faisceaux lumineux élémentaires, l’une au moins des faces réfléchissantes présentant une microstructuration configurée pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires et former, au cours d’une pluralité de réflexions, le rayonnement lumineux combiné ;
  • la microstructuration est également configurée pour mettre en forme les faisceaux lumineux élémentaires composant le rayonnement lumineux combiné ;
  • les faisceaux lumineux élémentaires sont conformés à des modes de Hermite-Gauss à des modes de Laguerre-Gauss ou à des modes propres d’une fibre de liaison ;
  • le rayonnement lumineux combiné présente une forme d’anneau ou de disque ;
  • le dispositif de modulation comprend une pluralité de sources lumineuses associée à une pluralité de modulateurs pour produire la pluralité de faisceaux lumineux élémentaires ;
  • les sources lumineuses émettent des rayonnements présentant des longueurs d’onde distinctes les unes des autres ;
  • le dispositif de modulation comprend une source à spectre large ;
  • le dispositif de modulation comprend une pluralité de retards respectivement disposés dans les chemins optiques des faisceaux lumineux élémentaires ;
  • le système de télécommunication optique comprend une pluralité de fibres optiques de liaison, optiquement disposée entre le dispositif de modulation et le dispositif de traitement pour guider les faisceaux lumineux élémentaires sur des ports d’entrée du dispositif de traitement ;
  • le système de télécommunication optique comprend une fibre optique de déport, optiquement disposée entre un port de sortie du dispositif de traitement et le dispositif optique expanseur de faisceau, pour guider la propagation du faisceau lumineux recombiné ;
  • Le système de télécommunication optique comprend un bloc optique de mise en forme disposé entre la fibre optique de déport et le dispositif optique expanseur de faisceau ;
  • le dispositif optique expanseur de faisceau (T) est un télescope ou une lunette.
 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
La représente un système de télécommunication optique conforme à l’invention ;
La illustre un exemple d’un dispositif de conversion multiplan ;
La illustre une forme en anneau du rayonnement recombiné.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Par souci de clarté, on définit dans la présente description un rayonnement lumineux ou un faisceau lumineux comme un rayonnement formé d’au moins un mode du champ électromagnétique, chaque mode formant une distribution spatio-fréquentielle de l’amplitude, de la phase, et de la polarisation du champ.
On désignera par « forme » d’un rayonnement ou d’un faisceau la distribution transverse de l’amplitude et de la phase du mode ou la combinaison des distributions transverses d’amplitude et de phase des modes composant ce rayonnement.
En référence à la , un système de télécommunication optique 1 conforme à l’invention vise à produire un rayonnement lumineux d’émission I portant, par modulation, une information à transmettre. Le rayonnement lumineux d’émission est fourni à un récepteur optique, apte à extraire l’information du rayonnement reçu. Dans l’exemple représenté sur cette , le récepteur optique est disposé dans un satellite SAT, mais le système de télécommunication de l’invention n’est nullement limité à cette application particulière. D’une manière générale, l’émetteur et le récepteur peuvent être disposés indifféremment sur terre, dans la mer ou dans l’espace, et se propager dans un espace libre quelconque, l’atmosphère dans le cas d’une communication terrestre, l’eau dans le cas d’une communication marine. L’émetteur et le récepteur peuvent être immobiles l’un et l’autre, ou se déplacer l’un relativement à l’autre.
Le rayonnement lumineux d’émission I prend la forme d’un faisceau étroit dirigé vers le récepteur. Au cours de sa propagation en espace libre, le rayonnement émis est soumis aux perturbations atmosphériques de l’atmosphère, si bien que le rayonnement lumineux incident I’ arrivant à la station hébergeant le récepteur présente des fluctuations spatiales et temporelles d’amplitude et de phase. Ce phénomène affecte la forme de ce rayonnement, qui prend une forme variable dans le temps, de manière erratique, irrégulière, et qui tend à s’étendre spatialement et à se distordre, si bien que l’énergie effectivement reçue par le dispositif de collecte du rayonnement au niveau du récepteur est limitée voire même intermittent. Le système de télécommunication optique de la présente description 1 vise à s’affranchir, au moins en partie, de ces difficultés en créant de la diversité spatiale dans le rayonnement d’émission I, cette diversité permettant d’atténuer les effets des fluctuations pour permettre l’exploitation du rayonnement par le récepteur optique OR et le décodage du message transmis. Cette atténuation des fluctuations repose sur le fait que chaque mode spatial du rayonnement d'émission I perçoit une couche atmosphérique différente et crée donc une figure de speckle différente sur la cible. Si les faisceaux lumineux portés par ces modes spatiaux sont incohérents entre eux, leurs intensités s’ajoutent et se moyennent en une figure plus uniforme.
Le système de télécommunication optique 1 comprend à cet effet un dispositif de modulation DM produisant une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires R1-RNincohérents entre eux. Chaque faisceau lumineux élémentaire R1-RNest modulé par les mêmes données numériques M à transmettre. D’une manière générale, un nombre croissant de faisceaux lumineux élémentaires permet d’accroitre la diversité spatiale du rayonnement d’émission I et la robustesse de la liaison, au prix toutefois d’un coût plus important du système. Pratiquement, on peut prévoir un nombre de faisceaux lumineux élémentaires R1-RNcompris entre 2 et 50, et préférentiellement entre 2 et 15.
Par « incohérents entre eux », on signifie que les faisceaux lumineux ne sont pas susceptibles d'interférer entre eux sur des échelles de temps comparable ou plus longue que la durée d'un symbole des données numériques M. Typiquement, le débit visé est compris entre 10 Gbauds/s à 50 Gbauds/s, voire jusque 100Gbauds/s.
Les données numériques peuvent être encodées et modulées selon tout protocole qui convient, par exemple en modulation d’amplitude ou en modulation cohérente intradyne.
Le dispositif de modulation DM comprend au moins une source lumineuse associée à au moins un modulateur auquel sont transmises les données numériques. Toute technique de modulation peut convenir, par exemple une modulation acousto-optique (AOM pour « Acousto-Optic Modulation » selon la dénomination anglo-saxonne), une modulation électro-optique (EOM pour «Electro-Optic Modulation »), par amplification optique à semi-conducteurs (SOA pour « Semiconductor Optical Amplifiers ») par modulation directe de la source laser.
Le caractère incohérent des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN produits peut être obtenu de multiples manières accessibles à la personne du métier.
A titre d’illustration, la source peut être choisie pour présenter un spectre large. La largeur du spectre de la source est déterminée par le débit visé et par le nombre de faisceaux lumineux élémentaires. Ainsi, une transmission à 10 Gbauds à l’aide de 10 faisceaux lumineux élémentaires conduit à choisir la largeur du spectre de la source supérieure à 100 GHz.
Chaque faisceau lumineux élémentaire peut être formé à partir une portion de ce spectre, cette portion de spectre étant obtenue par filtrage.
Alternativement, un rayonnement lumineux produit par la source à spectre large et modulé par le modulateur peut être séparé pour produire la pluralité de faisceaux lumineux élémentaire R1-RN. Le dispositif de modulation DM peut comprendre une pluralité de retards éventuellement ajustables respectivement disposés dans les chemins optiques des faisceaux lumineux élémentaires R1-RNafin de les rendre incohérents entre eux, en choisissant les retards pour qu’ils soient grands devant le temps de cohérence de la source, mais petits devant la durée d’un symbole de modulation. Les retards peuvent être réalisés par des fibres optiques de longueurs différentes, des cordons de raccordement (« patchcord » selon la dénomination anglo-saxonne) de longueurs différentes, des lignes en espace libre à retards fixes ou ajustables.
A titre d’illustration la source à spectre large peut être une source à émission spontanée amplifiée (ou « Amplified spontaneous emission), une diode superluminescente, une source EDFA (amplificateur optique à fibre dopée aux ions erbium). Il peut encore s’agir d’une source de lumière incohérente découpée en tranches de spectre (ou « spectrum sliced incoherent light source ») décrite dans le document de D. Lee, V. V. Mai and H. Kim, "Mitigation of Scintillation in FSOC Using RSOA-Based Spectrum-Sliced Incoherent Light," inIEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 5, pp. 227-230, 1 March, 2021 .
Mais, avantageusement, le dispositif de modulation DM comprend une pluralité de sources lumineuses associée à une pluralité de modulateurs pour produire de manière indépendante la pluralité de faisceaux lumineux élémentaires R1-RN. Les sources lumineuses peuvent être choisies pour émettre des rayonnements présentant des longueurs d’onde distinctes les unes des autres et suffisamment espacées pour assurer leurs incohérences (par exemple distinctes de 10GHz ou de 100 GHz ou de quelques centaines de GHz). Cette approche est avantageuse en ce qu’elle permet de produire un rayonnement lumineux d’émission I de forte puissance, en combinant une pluralité de sources indépendantes.
Poursuivant la description de la , le système de télécommunication optique 1 comprend également un dispositif de traitement DT optiquement couplé au dispositif de modulation DM, en aval de celui-ci. On peut prévoir une pluralité de fibres optiques de liaison, par exemple une pluralité de fibres monomodes, optiquement disposée entre le dispositif de modulation DM et le dispositif de traitement DT pour guider les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNsur des ports d’entrée du dispositif de traitement DM.
Le dispositif de traitement DT est configuré pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNet ainsi produire un rayonnement lumineux dit « combiné » Rc. Par « rayonnement lumineux combiné » on désigne un rayonnement formé des faisceaux lumineux élémentaires R1-RNcopropageant (i.e. se propageant selon une unique direction).
Outre cette fonction de combinaison, le dispositif de traitement peut également avoir pour fonction de mise en forme des faisceaux lumineux élémentaires R1-RNcomposant le rayonnement lumineux combiné Rc.
Le dispositif de traitement DT peut être réalisé en assemblant en faisceau l’extrémité des fibres optiques de liaison, parallèlement entre elles. Ce faisceau de fibres optiques peut, éventuellement, être collimatées avec des microlentilles. En tout état de cause, le rayonnement lumineux émergeant du faisceau de fibres forme le rayonnement combiné Rc. Le faisceau de fibres peut être arrangé en matrice, ou plus généralement les extrémités des fibres du faisceau être arrangées en ligne ou dans un plan, par exemple en forme de disque ou inscrites dans un disque, pour former au mieux le rayonnement lumineux combiné Rc. Le faisceau de fibres optiques peut être arrangé pour que les extrémités des fibres soient arrangées dans un anneau, la partie centrale de l’anneau n’étant pas pourvue de fibres et correspondant à une zone centrale obstruée d’un télescope comme cela sera décrit dans une section ultérieure de cette description.
Le dispositif de traitement DT peut également comprendre des pièces optiques diverses pour contribuer à mettre en forme les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNcomposant le rayonnement lumineux combiné Rc .Il peut par exemple s’agir d’au moins une pièce optique diffractive (DOE pour Diffractive Optical Element selon l’expression anglo-saxonne), un modulateur de phase spatiale (SLM pour « Spatial Light Modulator » selon l’expression anglo-saxonne), un système optique imageant ou comportant au moins une lentille, un axicon, au moins un élément optique, transmissif ou réflectif, non sphérique et non plan, tel qu’un élément optique asphérique ou de forme libre (de la traduction de l’expression anglo-saxonne « freeform optics »).
Mais de préférence, le dispositif de traitement comprend, à la place ou en complément des éléments qui viennent d’être décrits, au moins un dispositif de conversion multiplan désigné « dispositif MPLC » dans la suite de cette description. Un tel dispositif permet de bien maitriser les paramètres spatiaux des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN traités par le dispositif de traitement et constituant le rayonnement lumineux combiné Rccomme par exemple la direction de propagation des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN(cette direction pouvant être définie par l’intermédiaire de la phase linéaire moyenne du champ électromagnétique associée), la position des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN dans le faisceau combiné Rc(définie comme la position du centre de gravité de la distribution d’intensité du faisceau dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de ces faisceaux), la taille horizontale ou verticale des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN(définie comme la déviation standard de la distribution d’intensité marginale horizontale ou verticale), l’ellipticité et la divergence des faisceaux lumineux élémentaires R1-RNdans le rayonnement combiné Rc.
On rappelle que dans un dispositif MPLC, un rayonnement lumineux incident subit une succession de réflexions et/ou de transmissions, chaque réflexion et/ou transmission étant suivie par une propagation du rayonnement en espace libre. Certaines au moins des pièces optiques sur lesquelles s’opèrent les réflexions et/ou les transmissions, et qui guident la propagation du rayonnement incident, présentent des zones microstructurées qui modifient le rayonnement lumineux incident.
Par « zone microstructurée » on signifie que la surface de la pièce optique présente sur cette zone un relief, qui peut par exemple se décomposer sous la forme de « pixels » dont les dimensions peuvent être comprises entre quelques microns à quelques centaines de microns. Il peut s’agir de métasurfaces. Le relief ou chaque pixel de ce relief présente une élévation variable par rapport à un plan moyen définissant la surface en question, d’au maximum quelques microns ou d’au maximum quelques centaines de microns. Quelle que soit la nature de la microstructuration des zones, une pièce optique présentant de telles zones forment un masque de phase introduisant un déphasage local au sein de la section transverse du rayonnement qui s’y réfléchit ou qui s’y transmet.
Ainsi, un rayonnement lumineux qui se propage au sein d’un dispositif MPLC subit une succession de déphasages locaux séparés par des propagations. La succession de ces transformations élémentaires (par exemple au moins quatre transformations successives comme par exemple 8, 10, 12, 14, voire au moins 20 transformations) établit une transformation globale du profil spatial du rayonnement incident. Il est ainsi possible de configurer la microstructuration des zones microstructurées de réflexion ou de transmission pour transformer un premier rayonnement lumineux, qui présente notamment une forme spécifique, en un deuxième rayonnement dont la forme est différente.
On trouvera dans les documents «P rogrammable unitary spatial mode manipulation », Morizur et Al, J. Opt. Soc. Am. A/Vol. 27, No. 11/November 2010; N. Fontaine et Al, (ECOC, 2017),“Design of High Order Mode-Multiplexers using Multiplane Light Conversion”; US9250454 et US2017010463 les fondements théoriques et des exemples de mise en œuvre pratique d'un dispositif MPLC.
Comme cela est présenté dans le détail dans les documents précités, et en référence à l’illustration de la , la ou les pièces optiques 2a,2b formant le dispositif MPLC ainsi que les zones microstructurées 3 portées par cette ou ces pièces optiques sont conçues et configurées combiner les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNet former, au cours d’une pluralité de réflexions, le rayonnement lumineux combiné Rc. La microstructuration peut également être configurée pour mettre en forme les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNcomposant le rayonnement lumineux combiné Rc.
Les faisceaux lumineux élémentaires R1-RNreçus sur les ports d’entrée sont respectivement décomposés selon une famille de modes dite « d’entrée ». Les énergies des faisceaux lumineux élémentaires R1-RNrespectivement présentent dans les modes de la famille d’entrée sont transportées et respectivement conformées aux modes d’une famille de modes « de sortie » au niveau du port de sortie du dispositif MPLC. Le dispositif MPLC est configuré, notamment à travers la microstructuration des zones microstructurées, pour mettre en correspondance respective les modes de la famille d’entrée et les modes de la famille de sortie. Il s’agit d’un dispositif passif et dont la fonction de transfert est particulièrement stable et robuste.
Dans le cadre de la présente description, et à titre d’exemple, la famille des modes d’entrée peut comprendre à des modes gaussiens disposés spatialement en vis-à-vis des faisceaux lumineux élémentaires R1-RN. La famille des modes de sortie peut être formée de N modes de Hermite-Gauss ou de N modes de Laguerre-Gauss. Le dispositif MPLC est configuré pour associer un mode gaussien de la famille des modes d’entrée vers un mode de la famille des modes de sortie. L’énergie d’un faisceau lumineux R1-RNreçu sur un port d’entrée est transportée dans le dispositif MPLC pour se répartir et se conformer au mode de sortie avec lequel il est associé.
Bien entendu, les modes gaussiens, de Hermite-Gauss ou de Laguerre-Gauss pris en exemple ne sont donnés qu’à titre d’illustration et on pourrait choisir d’autres modes pour réaliser cette transformation. Lorsque le port de sortie du dispositif MPLC est couplé à une fibre de déport multimode, comme cela sera présenté en détail dans une section ultérieure de cet exposé, on choisira de préférence les modes de la famille de modes de sortie pour qu’ils correspondent à des modes propres de cette fibre de déport. Cette configuration permet de contrôler le contenu modal du rayonnement émis en sortie de la fibre et donc les propriétés du faisceau d’émission I.
Il n’est pas nécessaire que les modes de sortie soient spatialement superposés. C’est notamment le cas lorsque l’on souhaite que le rayonnement lumineux combiné Rcprésente une forme d’anneau. Cela est illustré sur la , sur laquelle on a représenté la forme du rayonnement lumineux combiné Rc« en anneaux » formé de la combinaison de trois faisceaux lumineux élémentaires R1-R3. Ces faisceaux présentent des formes, en secteurs annulaires, qui se répartissent de manière homogène dans l’anneau, sans se recouvrir.
En étalant spatialement les faisceaux lumineux élémentaires R1-RN, ici en secteurs annulaires disjoints, on limite la densité spatiale d’énergie dans le rayonnement combiné et, plus en aval, dans le rayonnement d’émission I. On peut donc maitriser cette densité d’énergie présente dans le rayonnement d’émission I pour que celui-ci soit sans danger pour les yeux, ce qui est un critère de sécurité essentiel à respecter dans un système de télécommunication optique mettant en œuvre une propagation en espace libre.
Revenant à la description de la , le système de télécommunication optique 1 comprend également un dispositif optique expanseur de faisceau T, optiquement couplé au dispositif de traitement DT, en aval de celui-ci. Le dispositif optique expanseur de faisceau T reçoit le rayonnement lumineux combiné Rcet propage le rayonnement d’émission I en espace libre.
Le dispositif optique expanseur de faisceau T peut prendre toute forme qui convient, par exemple un télescope ou une lunette.
Comme cela est bien connu en soi, un télescope peut être formé d’un objectif qui comprend un miroir concave permettant de propager en espace libre un rayonnement lumineux. Ici, le rayonnement combiné Rcreçu sur un port optique P du télescope peut être projeté sur le miroir concave à l'aide d'un second miroir plan ou convexe de l’objectif O. Le second miroir, lorsqu’il est présent, conduit à former une zone centrale obstruée, de très faible intensité, dans le rayonnement lumineux d’émission I. C’est pourquoi il peut être intéressant de former un rayonnement combiné Rcen anneau (comme cela a été évoqué dans deux passages précédents de cette description), afin de ne pas placer inutilement de l’énergie lumineuse dans une portion centrale du rayonnement combiné Rc, cette énergie ne pouvant être propagée en espace libre.
Lorsque le dispositif optique expanseur de faisceau T est une lunette, le rayonnement combiné Rcpeut prendre la forme d’un disque.
Le dispositif optique expanseur de faisceau T peut être orientable afin de pointer et/ou de suivre un récepteur, ici disposé dans le satellite SAT. Le système de télécommunication optique 1 peut également comprendre un dispositif de guidage du rayonnement d’émission I (tel qu’un miroir inclinable ou « tip tilt mirror » selon l’expression anglo-saxonne usuellement employée dans le domaine) afin de guider au mieux le rayonnement d’émission et, plus généralement, corriger des éventuels écarts de pointage du télescope T.
Le dispositif de modulation DM et de traitement DT sont composés d’une pluralité d’éléments optiques ou photoniques assemblés avec précision et qui peuvent être particulièrement sensibles à leur environnement de fonctionnement. Ils sont ainsi généralement disposés dans une armoire, un local, dans un véhicule ou tout autre abri d’un centre d’opération. Il peut donc être avantageux de découpler mécaniquement et déporter le dispositif optique expanseur de faisceau T des autres éléments du système. On peut ainsi le positionner en un lieu favorable à l’émission du rayonnement d’émission I sans induire de vibration sur la chaine optique amont lorsque, par exemple, le dispositif optique expanseur de faisceau T est mobile.
Pour permettre cette distanciation on peut prévoir au moins une fibre optique de déport F, optiquement disposée entre un port de sortie du dispositif de traitement DT et le port P1 du dispositif optique expanseur de faisceau T, pour guider la propagation du faisceau lumineux recombiné Rc. Cette fibre est avantageusement multimode. Cette fibre F peut présenter une longueur typiquement comprise entre 1 m et 10 m ou entre 1 m et 50 m. On peut également prévoir une fibre très courte, par exemple de 10 cm à 1 m, s’il s’agit simplement de découpler mécaniquement le dispositif optique expanseur de faisceau T du reste du système.
Bien naturellement cette fibre optique de liaison n’est pas obligatoire et on peut également choisir de coupler optiquement ces deux éléments par simple propagation en espace libre du rayonnement combiné Rc. C’est notamment le cas lorsque le dispositif de traitement DT met en forme le rayonnement lumineux combiné Rc, par exemple sous une forme annulaire, comme cela a été proposé dans une section précédente.
Le système de télécommunication optique qui vient d’être présenté permet de former un rayonnement d’émission I présentant une diversité modale importante permettant donc d’atténuer les effets des fluctuations engendrés dans le rayonnement par les perturbations atmosphériques.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Un système de communication conforme à la présente invention peut comprendre d’autres éléments ou dispositifs que ceux présentés dans le détail dans la présente description.
Par exemple, lorsqu’il est prévu une fibre de déport F entre le dispositif de traitement DT et le dispositif optique expanseur de faisceau T, on peut ajouter un bloc optique de mise en forme du rayonnement produit par cette fibre F avant de l’injecter dans le dispositif optique expanseur de faisceau T. Ce bloc optique de mise en forme peut ainsi permettre d’ajuster la forme du rayonnement recombiné à la nature du dispositif optique expanseur de faisceau T : par exemple en disque pour une lunette et en anneau pour un télescope. Ce bloc optique de mise en forme peut être mis en œuvre à l’aide de tout élément optique qui convient : pièces optiques diffractives, modulateurs de phase spatiale, systèmes optiques imageant ou comportant au moins une lentille, axicons, un élément optique asphérique ou de forme libre, un dispositif MPLC.
On peut également prévoir qu’une partie des éléments qui compose le système puisse être exploitée à la fois en émission et en réception. C’est notamment le cas du dispositif optique expanseur de faisceau T, télescope ou lunette par exemple, de la fibre de déport F lorsque celle-ci est présente, voire même du dispositif de traitement DT.

Claims (14)

  1. Système de télécommunication optique (1) en espace libre comprenant :
    • un dispositif de modulation (DM) produisant une pluralité de faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) incohérents entre eux, chaque faisceau lumineux élémentaire (R1-RN) modulant des mêmes données numériques (M) à transmettre ;
    • un dispositif de traitement (DT) optiquement couplé en aval du dispositif de modulation (DM) et configuré pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) et ainsi produire un rayonnement lumineux dit « combiné » (Rc) ;
    • un dispositif optique expanseur de faisceau (T), optiquement couplé en aval du dispositif de traitement (DT), pour recevoir le rayonnement lumineux combiné (Rc) et propager un rayonnement d’émission (I) en espace libre.
  2. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication 1 dans lequel le dispositif de traitement (DT) comprend au moins un dispositif de conversion multiplan.
  3. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de conversion multiplan comprend une pluralité de pièces optiques présentant chacune une face réfléchissante pour guider la propagation des faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN), l’une au moins des faces réfléchissantes présentant une microstructuration configurée pour combiner les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) et former, au cours d’une pluralité de réflexions, le rayonnement lumineux combiné (Rc).
  4. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication précédente dans lequel la microstructuration est également configurée pour mettre en forme les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) composant le rayonnement lumineux combiné (Rc).
  5. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication précédente dans lequel les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) sont conformés à des modes de Hermite-Gauss à des modes de Laguerre-Gauss ou à des modes propres d’une fibre de liaison.
  6. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel le rayonnement lumineux combiné (Rc) présente une forme d’anneau ou de disque.
  7. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dispositif de modulation (DM) comprend une pluralité de sources lumineuses associée à une pluralité de modulateurs pour produire la pluralité de faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN).
  8. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication précédente dans lequel les sources lumineuses émettent des rayonnements présentant des longueurs d’onde distinctes les unes des autres.
  9. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel le dispositif de modulation (DM) comprend une source à spectre large.
  10. Système de télécommunication optique (1) selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de modulation comprend une pluralité de retards respectivement disposés dans les chemins optiques des faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN).
  11. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant une pluralité de fibres optiques de liaison, optiquement disposée entre le dispositif de modulation (DM) et le dispositif de traitement (DT) pour guider les faisceaux lumineux élémentaires (R1-RN) sur des ports d’entrée du dispositif de traitement (DM).
  12. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant une fibre optique de déport (F), optiquement disposée entre un port de sortie du dispositif de traitement et le dispositif optique expanseur de faisceau (T), pour guider la propagation du faisceau lumineux recombiné.
  13. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant un bloc optique de mise en forme disposé entre la fibre optique de déport (F) et le dispositif optique expanseur de faisceau (T).
  14. Système de télécommunication optique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le dispositif optique expanseur de faisceau (T) est un télescope ou une lunette.
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