La présente invention concerne un dispositif de démodulation d'un signal modulé sur une porteuse optique.

II existe différentes techniques pour démoduler un signal sur porteuse optique, notamment à très haute fréquence, i.e. supérieure à 100 gigahertz (GHz), qui est modulé sur une porteuse optique.

Une de ces techniques est par exemple la démodulation directe. Selon cette technique, le signal optique modulé est envoyé sur un photodétecteur très rapide. Le signal à très haute fréquence est émis par une antenne attachée au photodétecteur qui peut alors être démodulé (c'est-à-dire multiplié) par un signal très haute fréquence de référence. Bien que l'architecture précédemment décrite semble simple, cette démodulation directe du signal très haute fréquence est délicate à mettre en œuvre. D'une part, les photodiodes et les mélangeurs standards sont limités en terme de fréquence maximale (typiquement 200 GHz max). De plus, les générateurs de signaux de référence très haute fréquence sont coûteux et peu efficaces.

Une solution alternative à la démodulation directe est la démodulation harmonique RF (Radio-Fréquence). Le schéma est identique au cas précédent à ceci près que le signal de référence est un signal radiofréquence (typiquement inférieur à 20 GHz). Cette technique nécessite l'utilisation de mélangeurs spécifiques et permet de démoduler des signaux typiquement jusqu'à 500 GHz, le signal de démodulation « effectif » étant une harmonique, c'est à dire un multiple entier, du signal de référence. Toutefois l'efficacité est moindre et la puissance du signal radiofréquence de référence doit être importante (typiquement 1 W). De plus les photodiodes permettant de détecter des signaux au delà de 200 GHz ne sont pas des composants standards.

Une autre technique connue est la démodulation harmonique optique selon laquelle le signal très haute fréquence sur porteuse optique est fourni en entrée d'un modulateur opto-électronique RF alimenté par un signal RF puissant, typiquement de caractéristiques telles que 1 Watt - 20 GHz. En sortie du modulateur opto-électronique, le signal optique est converti en signal électrique, par une photodiode. Les besoins en bande passante de la photodiode sont bien moindres que dans les cas précédents puisque le signal est déjà démodulé. Les modulateurs opto-électroniques sont généralement très non-linéaires : par exemple un modulateur commercial de type Mach- Zehnder a une réponse en sinus. Cette technique permet de démoduler des signaux jusqu'à environ 200 GHz. La fréquence de démodulation maximale peut être augmentée par la mise en série de plusieurs modulateurs opto-électroniques dont les signaux RF sont contrôlés en phase. La puissance d'injection RF requise augmente alors et les pertes d'insertion optique des modulateurs opto-électroniques deviennent un obstacle limitant. Ces pertes peuvent toutefois être compensées par un amplificateur.

La présente invention vise à proposer une solution stable, à complexité réduite, de démodulation d'un signal modulé sur une porteuse optique et permettant de démoduler des signaux largement supérieurs à 100 GHz.

A cet effet, suivant un premier aspect, l'invention propose un dispositif de démodulation d'un signal modulé sur une porteuse optique du type précité caractérisé en ce qu'il comprend une boucle optique adaptée pour réinjecter dans la boucle optique une portion du signal y circulant et comprenant :

- un modulateur opto-électronique adapté pour moduler en phase ou amplitude un signal qu'il reçoit en entrée,

- des moyens de transposition de fréquence optique adaptés pour décaler d'un pas de fréquence la fréquence d'un signal optique qu'ils reçoivent en entrée, et

- un amplificateur.

Dans des modes de réalisation, le dispositif de démodulation d'un signal modulé sur une porteuse optique suivant l'invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- le dispositif est adapté pour démoduler un signal de fréquence supérieure à 100 GHz et modulé sur une porteuse optique et dans lequel le modulateur opto-électronique est un modulateur radiofréquence ;

- les moyens de transposition de fréquence optique comportent un modulateur acousto-optique ;

- le dispositif comprend des moyens de mesure de la puissance d'une composante du signal extraite de la boucle et de fréquence f _op t ±kf _RF +nf _A oM -, où f _opt est la fréquence de la porteuse optique, f _RF est la fréquence du modulateur opto-électronique, f AOM est le pas de fréquence des moyens de transposition de fréquence optique), f _T H _∑ est la fréquence du premier signal et k, n, k', n' sont des entiers positifs ;

- la fréquence du modulateur opto-électronique est située dans la plage [10 GHz - 20 GHz] ;

- le modulateur opto-électronique est adapté pour moduler des signaux de première polarisation et pour ne pas moduler des signaux de deuxième polarisation, lesdites première et deuxième polarisations étant croisées ;

- le dispositif comprend un premier séparateur de polarisation et un deuxième séparateur de polarisation, le premier séparateur de polarisation étant adapté pour sélectivement fournir : - à la boucle optique la partie de première polarisation du signal modulé, et

- en entrée du deuxième séparateur de polarisation, la partie de deuxième polarisation du signal modulé, au moins une portion du signal étant extraite de la boucle optique et étant en outre fournie en entrée du deuxième séparateur de polarisation ;

- le dispositif est adapté pour croiser en polarisation la composante du signal de fréquence égale à la fréquence optique par rapport à une autre composante du signal modulé par la fréquence optique, et pour fournir lesdites composantes de polarisations croisées en entrée de la boucle optique ;

- la boucle optique comprend en outre un coupleur optique.

Suivant un deuxième aspect, la présente invention propose un procédé de démodulation d'un signal modulé sur une porteuse optique, comprenant les étapes de réception dudit signal modulé, puis de démodulation dudit signal, caractérisé en ce que l'étape de démodulation comprend la fourniture du signal reçu à une boucle optique comprenant un modulateur opto-électronique adapté pour moduler en phase ou amplitude un signal qu'il reçoit en entrée, des moyens de transposition de fréquence optique adaptés pour décaler d'un pas de fréquence la fréquence d'un signal optique qu'ils reçoivent en entrée, et un amplificateur.

Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 représente un démodulateur dans un mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2 représente un démodulateur dans un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 3 représente un démodulateur dans un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 4 représente un démodulateur dans un autre mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 5 représente des étapes d'un procédé de démodulation dans un mode de réalisation de l'invention.

Les figures 1 à 4 représentent un démodulateur dans différents modes de mise en œuvre de l'invention. Ce démodulateur est adapté pour démoduler un signal modulé sur une porteuse optique.

Le démodulateur, référencé 1 , 10 ou 1 1 selon les figures, comprend une boucle optique, référencée 2, 20 ou 21 selon les figures, et un coupleur optique 6. Le coupleur optique 6 est adapté pour recevoir, en entrée 7, un signal optique fourni en entrée du démodulateur et pour le mélanger avec un signal issu de la boucle optique en entrée 7b du coupleur, puis pour injecter une partie de ce signal mélangé dans la boucle optique par la sortie 8b du coupleur et pour délivrer en sortie 8 du coupleur, l'autre partie de ce signal mélangé.

La boucle optique, référencée 2, 20 ou 21 selon les figures, comprend un modulateur opto-électronique référencé 5 ou 50 selon les figures, un amplificateur 4 et un moyen de transposition de fréquence optique (par exemple un modulateur acousto- optique) référencé 3. Dans les boucles optiques considérées en référence aux figures, le moyen de transposition de fréquence optique 3 suit l'amplificateur 4, qui lui-même suit le modulateur opto-électronique 5 ou 50, mais ces modules sont disposés dans un ordre différent dans d'autres modes de réalisation de l'invention. Le moyen de transposition de fréquence optique 3 est adapté pour recevoir un signal optique et pour transposer la fréquence du signal optique reçu à l'aide d'une fréquence de transposition f _AOM - L'amplificateur 4 est adapté pour recevoir un signal optique et pour amplifier le signal reçu, idéalement de manière à compenser les pertes subies par le signal optique dans la boucle optique et à compenser l'extraction d'une portion du signal à chaque tour vers la sortie 8. Cette amplification permet notamment de préserver les composantes issues de la modulation par f _RF pendant plusieurs tours dans la boucle optique. L'amplificateur peut être un amplificateur à fibre ou un amplificateur à semi-conducteur par exemple.

Le modulateur opto-électronique 5 ou 50 est adapté pour recevoir un signal optique, puis pour moduler le signal optique reçu, en amplitude ou en phase, à l'aide d'un signal. La fréquence du signal pour moduler le signal optique a une fréquence inférieure à la porteuse du signal optique reçu. Par exemple, dans le cas considéré, ce signal est un signal radiofréquence, de fréquence nommée f _RF et la valeur de f _RF est comprise entre 10 et 20 GHz.

Une portion du signal optique ainsi reçu en entrée 7 est injectée dans la boucle optique, tandis que l'autre portion du signal est délivrée en sortie 8.

Ce signal optique reçu en entrée 7 injecté dans la boucle optique effectue un tour de la boucle optique et y subit successivement les traitements réalisés par le modulateur opto-électronique 5 ou 50, l'amplificateur 4 et le moyen de transposition de fréquence optique 3 et est reçu sur l'entrée 7b.

A l'issue de chaque tour, une portion du signal traité est ainsi réinjectée dans la boucle optique afin d'effectuer un tour supplémentaire de boucle optique, tandis que l'autre portion du signal traité est délivrée en sortie 8. En référence à présent plus spécifiquement à la figure 1 , le démodulateur 1 , dans un mode de mise en œuvre considéré de l'invention, comprend le coupleur 6 et la boucle optique 2 comprenant le moyen de transposition de fréquence optique 3, qui est dans ce cas un modulateur acousto-optique, l'amplificateur 4 et le modulateur opto-électronique 5, qui est dans le cas considéré un modulateur d'amplitude électro-optique de type Mach- Zehnder.

Un signal E1 est fourni à l'entrée du démodulateur 1 et appliqué en entrée 7 du coupleur 6. Une vue du spectre du signal E1 est représentée en haut à gauche de la figure 1 . Il comporte une composante à la fréquence de la porteuse optique f _opt et comporte en outre deux composantes correspondant à une modulation à très haute fréquence définissant le signal utile, i.e. portant l'information, aux fréquences respectives f ₀ pt - f-rhz et f _op t + f-rhz, où f _T hz est la fréquence du signal utile. Par exemple, la valeur de f _T h _∑ est une très haute fréquence, égale ici à 1 Thz.

Un signal S1 issu de la sortie 8 du coupleur 6 est délivré en sortie du démodulateur 1 .

Considérons les traitements effectués sur la partie du signal E1 injectée dans la boucle optique, lors de son premier parcours de la boucle, i.e. n= 1

Dans une étape 101 mise en œuvre par le modulateur électro-optique 5, la modulation à la fréquence f _RF des composantes f _opt et f _opt ± f-mz, du fait des non-linéarités du modulateur 5, donne des composantes aux fréquences f _opt ± fRF, f _op t ± 2 f _RF f _o t ± k f RF, et fopt ± f-mz ± fRF, fopt ± f-mz ± 2 f RF, f _op t ± fîHz ± k f RF avec k entier quelconque.

Dans une étape 102, le signal dans la boucle est amplifié par l'amplificateur 4.

Dans une étape 103 mise en œuvre par le modulateur acousto-optique 3, les fréquences optiques sont décalées de f AOM- Le spectre du signal S1 délivré par le démodulateur 1 à l'issue de ce premier tour de boucle par S1 comporte ainsi les composantes suivantes : f _opt + ÎAOM, f _op t ± f-rhz + f ΑΟΜ, et fopt ± fRF+ fAOM; fopt 2 Î F + f AOMJ■■■ j fopt k f RF + f AOMJ■■■ et f _op t ± fïHz ± ÎRF+ ÎAOM; fopt ± fïHz ± 2 fRF+ f AOM; ^■■■ fopt ± fïHz ± k f RF+ f AOM-

Lors d'un deuxième tour (n=2) dans la boucle optique, le signal ré-injecté après un premier tour subit une nouvelle modulation par f _RF et un nouveau décalage de f AOM-

On notera que les fréquences issues d'un n' ^eme tour de signal (n quelconque) sont décalées par n f AOM et ne peuvent pas interférer avec une fréquence d'un autre tour.

D'une manière générale, au cours d'un n' ^eme tour de boucle par un signal considéré, pour une valeur de n supérieure à 1 , en considérant une fréquence en optique du signal en entrée de ce n' ^eme tour de boucle égale à f _kn -i , en référence à la figure 5, les étapes suivantes sont mises en œuvre. Dans une étape 101 mise en œuvre par le modulateur électro-optique 5, la modulation à la fréquence f _RF donne lieu à un signal comportant des composantes aux fréquences f _k±k ^< _n -i =fkn-i±k'fRF _, avec k' entier quelconque.

Dans une étape 102, ce signal dans la boucle est amplifié par l'amplificateur 4. Dans une étape 103 mise en œuvre par le modulateur acousto-optique 3, les composantes fréquentielles du signal sont translatées de f AOM pour donner les composantes aux fréquences f _k ±k n= fk±k n-i +fAOM-

Un nouveau tour de boucle optique est réalisé par une portion du signal optique présent dans la boucle, soit n = n+1 (étape 104).

Finalement, la boucle contient les composantes de fréquence suivantes, en nommant N l'ensemble des entiers naturels positifs quelconques :

Composantes A : f _opt ± kf _RF +nf _AOM (k e N et n e N)

Composantes B : f ₀ p _t ±f _T Hz±k'f _R F+n'f _A oM (k'=e N et n' e N)

Dans un mode de réalisation, le démodulateur selon l'invention comprend une photodiode adaptée pour mesurer la puissance d'un signal à une basse fréquence f _dem od (typiquement inférieure à f AOM) _J qui est le signal démodulé.

Pour rappel, le signal de battement, correspondant à l'interférence entre des composantes, a pour puissance le produit des puissances de ces composantes et a pour fréquence la différence des fréquences des composantes.

La photodiode mesure la puissance du signal de battement de fréquence f _d emod, entre deux de ces composantes respectives A et B délivrées en sortie 8,

En effet, certaines valeurs particulières de k, k', n, n' permettent d'obtenir comme souhaité un signal de démodulation à basse fréquence f _de mod telles que f ₀ pt±kfRF+nf _A oM - (f _op t±fTHz±k'fRF+n'f _A oM) - La puissance de ce signal de démodulation est mesurée avec la photodiode.

La présente invention permet de démoduler des signaux dont la fréquence f _T H _∑ est largement supérieure à 100 GHz, et se trouve par exemple au-delà du THz.

Le dispositif selon l'invention est insensible au bruit de phase optique et ne génère pas de bruit d'intensité supplémentaire.

Le modulateur acousto-optique décalant les fréquences d'un tour à l'autre, il n'est aucunement nécessaire d'accorder la fréquence optique f _opt et la longueur de la boucle optique : le choix de la fréquence optique n'est ainsi pas imposé. Un démodulateur selon l'invention n'étant pas résonant optiquement, dans un mode de réalisation, plusieurs signaux modulés sur porteuse optique multiplexés sont injectés dans le démodulateur et sont démodulés en parallèle.

D'autres modes de réalisation de l'invention sont représentés en référence aux figures 2 à 4.

Des références identiques sur différentes figures désignent des éléments similaires.

En référence à la figure 2, le démodulateur 1 est semblable à celui de la figure 1 , le signal optique E1 fourni en entrée étant remplacé par le signal optique E2 avec deux fréquences optiques, f _opt et f _op t+f-mz séparées d'un écart de très haute fréquence (par exemple f _T H _∑ = 1 THz).

Le spectre du signal S2 délivré par le démodulateur 1 comporte ainsi les composantes suivantes :

f _op ,± kf _RF +nf _AO M (ke N et ne N )

f ₀ p _t 2±k'f _RF +n'f _AO M (k'e N et n'e N ) avec

Une vue d'une partie du spectre du signal, nommé S2n, délivré par le démodulateur 1 est schématiquement représentée en bas à gauche de la figure 2 (pour faciliter la lecture du spectre, l'effet des décalages de fréquences par le modulateur acousto-optique n'y a pas été représenté). La puissance correspondante fait intervenir les produits croisés des composantes de fréquence décrites précédemment et notamment celles correspondant à des valeurs de k, k', n, n' telles que f _de mod= f _op t ±kf _RF +nf _AOM - (fo _P t+fTHz±k'f _RF +n'f _AO M),

La puissance du signal de battement de fréquence f _de mod est par exemple mesurée avec une photodiode comme indiqué précédemment

En référence à présent à la figure 3, un démodulateur 10 dans un mode de réalisation de l'invention comporte une boucle optique 20, dans laquelle un modulateur de phase électro-optique 50 est disposé à la place du modulateur opto-électronique 5 de la boucle optique 2 des modes de réalisation considérés précédemment en référence aux figures 1 et 2. Et par rapport au signal E2, dans le signal E3 fourni en entrée du démodulateur 10, les deux fréquences f _opt et f _opt + f-rhz ont été croisées en polarisation. Le modulateur de phase 50 est adapté pour ne moduler que les signaux dont la polarisation est égale à une seule des polarisations parmi celles des fréquences f _opt et f _opt + f-rhz.

Grâce à la biréfringence du modulateur de phase 50, seule une des composantes fopt et f _op t + f-rhz est modulée efficacement dans la boucle optique 20.

Une vue d'une partie du spectre du signal, nommé S3 _n est schématiquement représentée en bas à gauche de la figure 2 (pour faciliter la lecture du spectre, l'effet des décalages de fréquences par le modulateur acousto-optique n'y a pas été représenté). Le démodulateur 1 1 dans le mode de réalisation de l'invention représenté en figure 4 présente une boucle optique 21 similaire à la boucle optique 20 de la figure 3. Il comporte en outre deux séparateurs de polarisation 12, 13, en anglais dit « polarization beam splitter », ou « PBS ».

Le PBS 12 est disposé en entrée du démodulateur 1 1 , en amont du coupleur 6. Ce PBS 12 sépare le signal lumineux reçu à l'entrée du démodulateur 1 1 en faisceaux distincts, tels que les fréquences de deux faisceaux distincts sont différentes et les polarisations de deux faisceaux distincts sont orthogonales, et le PBS 12 fournit sélectivement une des composantes, par exemple, la composante f _opt + f-rhz, à l'entrée du coupleur 6, tandis que l'autre composante, dans le cas considéré, la composante f _opt , à l'entrée du séparateur de polarisation 13.

Le séparateur de polarisation 13 est disposé après la sortie du coupleur 6, en aval de la sortie du démodulateur 1 1 . Le PBS 13 est adapté pour recombiner en un signal lumineux unique des faisceaux lumineux distincts qui lui sont fournis en entrée et dont les polarisations respectives sont orthogonales.

Ainsi considérons un signal E4 similaire au signal E3, fourni en entrée du démodulateur 1 1 . Le PBS 12 est adapté pour délivrer en entrée 7 du coupleur par exemple la composante de fréquence d'entrée f _opt + f-rhz du signal E4, tandis que la composante du signal E4 de fréquence f _op t _z est, elle fournie, en entrée du PBS 13.

Le traitement opéré par la boucle optique 21 n'est ainsi effectué que sur cette composante du signal E4 de fréquence f _opt du signal E4.

Une vue d'une partie du spectre du signal, nommé S4 _n , délivré par le coupleur 6 en sortie 8 du coupleur à l'issue d'un n' ^eme tour de la boucle optique 21 et fourni en entrée du PBS 13, est schématiquement représentée en bas à gauche de la figure 4 (pour faciliter la lecture du spectre, l'effet des décalages de fréquences par le modulateur acousto-optique n'y a pas été représenté). Il comporte ainsi des composantes aux fréquences, f ₀ pt+fTHz±kfRF+nf _A oM (k=0,1 ,2, ... et n=0,1 ,2,...).

Le PBS 13 reçoit en entrée la composante de fréquence f _opt - f-rhz du signal E4 et le signal S4n, et délivre en sortie un signal S5 _n combinant les signaux optiques reçus en entrée La modulation de puissance induite par les produits croisées fait intervenir dans ce cas des composantes aux fréquences : fopt+f-mz ±kf _RF +nf _A oM - (fopt-f-mz)-

Par rapport à la configuration de la figure 3, cette configuration présente l'intérêt de ne pas être sensible à la modulation résiduelle de la composante (fopt-f-mz) ^{au se} i ⁿ du modulateur de phase. La présente invention s'applique tout particulièrement à la démodulation de signaux de très haute fréquence (i.e. supérieurs à 100 GHz) sur porteuse optique, dans le cadre d'applications telles que :

- la génération de signaux millimétriques et térahertz à haute pureté spectrale ;

- la génération de signaux RF à haute pureté spectrale par division optique non- résonante ;

- le traitement de signaux à très hautes fréquences ;

- la métrologie de fréquences optiques.

On notera que d'autres moyens de transposition (en anglais « frequency shifter » de la fréquence optique que le modulateur acousto-optique pourraient être utilisés, par exemple les équipements nommés de transposition de fréquence électro-optique.

Dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures, le signal issu de la démodulation délivré par le démodulateur est fourni en sortie 8 du coupleur 6.

Dans un autre mode de réalisation, à la place de la sortie 8 du coupleur 6, pour prélever une partie du signal correspondant au signal démodulé, un coupleur additionnel est inséré dans la boucle optique, ou la deuxième sortie d'un MZM double sortie est utilisée, ou encore la sortie « ordre 0 » d'un AOM double sortie.