L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans différents domaines tels que, par exemple, le domaine des télécommunications par fibres optiques ou encore le domaine du marquage en sécurité oculaire.

Dans le domaine des télécommunications par fibres optiques, les signaux optiques sont transmis à l'aide de fibres optiques agencées sous forme de réseaux. Les signaux optiques ainsi transmis ont besoin d'tre amplifiés, soit du fait de l'atténuation linéique due à la propagation dans les fibres, soit du fait des divisions successives du signal dues aux diverses ramifications du réseau.

Cette amplification du signal optique, communément appelée régénération, est effectuée au moyen d'amplificateurs électroniques ou au moyen d'amplificateurs optiques.

La figure 1 décrit la structure d'un amplificateur optique selon l'art connu.

L'amplificateur optique comprend, cascades en série, un premier isolateur 1, une première fibre optique 2, un premier multiplexeur 3, une deuxième fibre optique 5, un deuxième multiplexeur 6 et un deuxième isolateur 8. Les fibres optiques 2 et 5 sont le plus souvent dopées par} des ions Erbium. Une première diode de pompe 4, placée sur une voie du

premier multiplexeur 3, envoie un premier signal de pompe, par exemple à la longueur d'onde de 0,98 pm, dans la fibre 2. Une deuxième diode de pompe 7, placée sur une voie du deuxième multiplexeur 6, envoie un deuxième signal de pompe, par exemple à la longueur d'onde de 1,48pm, dans la fibre 5. Les premier et deuxième signaux de pompe créent une inversion de population des ions Erbium permettant ainsi de rendre ces ions actifs. Les fibres optiques 2 et 5 sont généralement de nature différente l'une de l'autre afin d'élargir la bande passante de l'amplification. Les isolateurs 1 et 8 permettent d'éviter l'établissement de réflexions parasites et, partant, l'apparition d'oscillations parasites.

Les fibres optiques présentent l'atténuation la plus faible pour les signaux dont la longueur d'onde se situe autour de 1,5pm. La longueur d'onde retenue pour la propagation des signaux sur fibres optiques est ainsi choisie de façon à se situer autour de 1,5pm.

Par ailleurs, les ions Erbium sont pratiquement les seuls à pouvoir réaliser une émission laser autour de 1,5pm. C'est la raison pour laquelle les ions Erbium sont choisis pour réaliser l'amplificateur. Cependant, les ions Erbium requièrent une puissance de pompe importante pour atteindre le niveau d'inversion de population nécessaire à un effet laser.

Les fibres de silice ne peuvent pas tre fortement dopées. Il est alors nécessaire-d'utiliser une puissance de signal de pompe relativement élevée, par exemple 100 W/cm2, pour'atteindre le seuil de 1'effet laser. Des fibres optiques de grandes longueurs

(plusieurs dizaines de mètres) sont alors nécessaires pour obtenir des facteurs d'amplification de l'ordre de 20 dB.

L'invention ne présente pas cet inconvénient.

En effet, l'invention concerne un amplificateur optique pour amplifier un signal optique par émission stimulée d'ions de terre rare rendus actifs sous l'action d'un signal de pompe. L'amplificateur optique comprend une cavité laser constituée de deux miroirs dont l'un est un miroir de sortie pour le signal optique amplifié, la cavité contenant des moyens d'amplification optique dopés par des ions de terre rare et des moyens de conversion de mode pour pomper les ions de terre rare.

Selon l'invention, toute l'énergie provenant du signal de pompe finit par tre absorbée dans les moyens d'amplification dopés par les ions de terre rare.

L'invention permet avantageusement d'accroître le rendement des amplificateurs optiques.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles : -la figure 1 représente un amplificateur optique selon l'art antérieur, -les figures 2A et 2B représentent deux variantes d'un amplificateur optique selon un premier mode de réalisation de l'invention,

-la figure 3 représente un premier perfectionnement de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention.

-la figure 4 représente un deuxième perfectionnement de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention, -la figure 5 représente une première application d'un amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention, -la figure 6 représente une deuxième application d'un amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention, -la figure 7 représente une troisième application d'un amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention, -la figure 8 représente un amplificateur optique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, -la figure 9 représente un premier exemple d'amplificateur optique selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, -la figure 10 représente un deuxième exemple d'amplificateur optique selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Sur toutes les figures, les mmes repères désignent les mmes éléments.

La figure 1 a été décrite précédemment. Il est donc inutile d'y revenir.

Les figures 2A et 2B représentent deux variantes d'un amplificateur optique selon un premier mode de réalisation de l'invention.

L'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend une cavité laser C et des moyens 13 pour introduire un signal de pompe P dans la cavité C.

La cavité laser C comprend deux miroirs 9 et 10, des moyens de conversion de mode 11 et un milieu amplificateur 12.

Les miroirs 9 et 10 sont totalement ou partiellement transparents pour les longueurs d'onde à amplifier. Les miroirs 9 et 10 sont préférentiellement constitués d'empilements de couches multidiélectriques optimisées, par exemple, pour des longueurs d'onde du domaine des télécommunications.

Les moyens de conversion de mode 11 sont pompés par le signal de pompe P qui leur est appliqué.

Selon le premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de conversion de mode 11 sont faits d'un cristal de YAG : Nd. Préférentiellement, le signal de pompe P a une longueur d'onde de 0,808 pm et le cristal de YAG : Nd émet à la longueur d'onde de 1,06 pm. Le matériau amplificateur 12 est pompé par le signal issu des moyens de conversion de mode 11. Sous l'action du signal issu des moyens de conversion de mode 11, le matériau amplificateur 12 émet un signal dont la longueur d'onde est la longueur d'onde du signal E à amplifier qui pénètre dans la cavité C.

Le matériau amplificateur 12 est, préférentiellement, un verre co-dopé Erbium et

Ytterbium. L'épaisseur du matériau amplificateur 12 est, par exemple, égale à 1 cm. De façon générale, l'épaisseur du matériau amplificateur dépend de la concentration en ions Erbium.

La cavité laser C est, préférentiellement, une cavité microlaser permettant une réalisation compacte de la fonction d'amplification.

Le signal de pompe P peut tre introduit dans la cavité C, de manière axiale, au moyen d'une lame dichroïque 13 telle que représentée sur les figures 2A et 2B.

Selon la première variante du premier mode de réalisation de l'invention représentée en figue 2A, le signal à amplifier E traverse le miroir dichroïque 13 avant de pénétrer dans la cavité par le miroir 9 et le signal amplifié S sort de la cavité par le miroir 10.

Selon la deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention représentée en figure 2B, le signal à amplifier E et le signal amplifié S sont situés du mme côté de la cavité. Le signal à amplifier E pénètre dans la cavité par le miroir 10 et le signal amplifié sort de la cavité par ce mme miroir 10. Le signal de pompe est alors introduit dans la cavité, par exemple, du côté ou se situe le miroir 9.

Selon cette deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention, le signal de pompe peut également tre introduit dans la cavité du côté où se situe le miroir 10.

La figure 3 représente un premier perfectionnement de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention. En plus des

miroirs 9 et 10, des moyens de conversion de mode 11 et du matériau amplificateur 12, la cavité comprend un étage 14 de conversion de longueur d'onde. Selon cette configuration, l'étage 14 de conversion de longueur d'onde est pompé par le signal issu des moyens de conversion de mode 11 et le matériau amplificateur 12 est pompé par le signal issu de l'étage 14 de conversion de longueur d'onde.

Préférentiellement, les moyens de conversion de mode 11 sont faits d'un cristal de YAG : Nd qui émet une longueur d'onde de 1,06pm, et l'étage 14 de conversion de longueur d'onde est fait d'un cristal de YAG : Cr qui émet une longueur d'onde de 1,48pm. La raie de longueur d'onde 1,48pm permet de pomper efficacement le milieu amplificateur 12. Le milieu amplificateur 12 émet alors un signal de longueur d'onde sensiblement égale à 1,5pm qui constitue le signal de sortie S de la cavité.

Selon le perfectionnement représenté en figure 3, le signal d'entrée à amplifier E et le signal de pompe P pénètrent dans la cavité par le miroir 9 et le signal amplifié S sort de la cavité par le miroir 10 situé à l'opposé du miroir 9. L'invention concerne cependant également le cas où les signaux E et S se situent du mme côté de la cavité.

La figure 4 représente un deuxième perfectionnement de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Selon le perfectionnement représenté en figure 4, la cavité est une cavité stable. Un des deux miroirs, référence 15 sur la'figure 4, est alors un miroir concave permettant de focaliser le signal de

pompe P à l'intérieur des moyens de conversion de mode 16 et du matériau amplificateur 12. La densité de puissance du signal de pompe est alors très sensiblement accrue dans le matériau amplificateur.

La stabilité de la cavité peut également tre obtenue par un dispositif à lentille intérieur à la cavité.

Le perfectionnement décrit en figure 4 s'applique à un amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention décrit en figure 2A.

Le perfectionnement selon lequel la cavité est stable s'applique également à un amplificateur optique tel que celui décrit en figure 2B.

Quel que soit le mode de réalisation, diverses matrices (silice, verre fluoré,...) dopées en ions actifs peuvent tre cascadées pour élargir la bande d'amplification. Ces matrices sont alors placées au sein de la cavité laser.

Par ailleurs, l'absorption du signal de pompe peut tre augmentée dans le matériau amplificateur, d'une part, en privilégiant la raie à 0,946pm du YAG par des miroirs de cavité totalement réflecteurs à cette longueur d'onde et faiblement réflecteurs à d'autres longueurs d'onde, d'autre part, en co-dopant le milieu amplificateur avec de l'Ytterbium (Yb) qui élargit la bande d'absorption.

Comme cela est connu de l'homme de l'art, par miroir totalement réflecteur, il faut entendre un miroir dont le coefficient de réflexion est, par exemple, de l'ordre de 99,5%.'

Selon l'invention, différents éléments optiques peuvent tre associés aux amplificateurs optiques décrits ci-dessus. Les structures obtenues constituent alors des composants complexes en optique tridimensionnelle ayant avantageusement une forte compacité.

De telles structures sont décrites aux figures 5,6 et 7.

La figure 5 représente une première application de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Le dispositif de la figure 5 comprend un amplificateur optique tel que celui représenté en figure 2A associé à un isolateur.

L'isolateur 17 est positionné entre le matériau amplificateur 12 et le miroir de sortie 10. L'isolateur 17 peut tre réalisé, par exemple, au moyen d'un barreau de matériau à effet Faraday placé entre des polariseurs optiques immergés dans un champ magnétique.

L'isolateur est dimensionné pour"bloquer"la bande du matériau laser (par exemple 1,5 Hm) et pour laisser passer la longueur d'onde du convertisseur 11. Un tel dispositif présente l'avantage d'tre très compact.

Le dispositif représenté en figure 5 comprend un amplificateur optique tel que celui décrit en figure 2A. L'invention concerne également les cas où un isolateur est associé à un amplificateur optique tel que ceux décrits aux figures 2B, 3 ou 4.

La figure 6 représente une deuxième application d'un amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Le dispositif représenté en figure 6 est un répartiteur sans pertes à trois voies. La puissance du signal Si (i=1,2,3) qui sort sur chaque voie i est alors égale à la puissance du signal d'entrée E.

La figure 6 représente à titre d'exemple un répartiteur à trois voies. Plus généralement, l'invention concerne un répartiteur à n voies, n étant un nombre entier pouvant atteindre, par exemple, la valeur 64.

Le répartiteur à trois voies comprend successivement un miroir 9, des moyens de conversion de mode 11, un milieu amplificateur 12, un isolateur 17, un miroir 18, un élément d'optique diffractive 19, un espaceur 20, et des moyens 21 pour le positionnement de voies de répartition telles que, par exemple, des fibres optiques.

La figure 7 représente une troisième application de l'amplificateur optique selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Le dispositif de la figure 7 représente une source microlaser amplifiée. Il est alors possible de réaliser une source de longueur d'onde 1,55pm dont la puissance peut atteindre, par exemple, plusieurs Watts.

La source microlaser amplifiée comprend une source microlaser M et un amplificateur optique A selon le premier mode de réalisation de l'invention. La source microlaser M comprend une zone laser active 23 comprise entre deux miroirs 22 et 24.

La zone active 23 ainsi que les miroirs 22 et 24 sont constitués, par exemple, de verre dopé Erbium/Ytterbium. Sous l'action d'un signal de pompe P1

appliqué à la zone active 23, la source M émet un signal Su de longueur d'onde 1,5pm.

Le signal Su est transmis en entrée de l'amplificateur A. A titre d'exemple non limitatif, l'amplificateur optique A est un amplificateur à cavité stable dont le miroir de sortie 25 est un miroir concave.

Les moyens de conversion de mode 16 sont pompés par un signal de pompe P2 introduit dans la cavité, par exemple par le miroir de sortie 25, à l'aide d'un miroir dichroïque 26.

La structure de la source microlaser selon l'invention permet avantageusement de conserver, après amplification, les caractéristiques du faisceau initial telle que la qualité du faisceau ou encore l'accordabilité en longueur d'onde si nécessaire.

La figure 8 représente un amplificateur optique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

L'amplificateur optique comprend deux miroirs 28 et 29, une diode laser 30 et des moyens d'amplification optiques 27 dopés par des ions de terre rare.

Les miroirs 28 et 29 et la diode laser 30 constituent une cavité à diode étendue au-delà de la face de sortie de la diode. Le miroir 29 est totalement réfléchissant pour le signal issu de la diode laser.

Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, la diode laser 30 constitue les moyens de conversion de mode.

La diode laser 30 peut tre, par exemple, une diode laser multimode qui, introduite dans la cavité étendue, devient quasi-monomode.

Les moyens d'amplification optiques 27 sont placés dans la cavité constituée par les miroirs 28 et 29 et absorbent le signal de pompe issu de la diode 30.

Les moyens d'amplification optiques 27 reçoivent par ailleurs le signal E à amplifier à l'aide de moyens de couplage.

Le signal amplifié S traverse le miroir de sortie 29, lequel est transparent ou partiellement transparent pour le signal amplifié. Avantageusement, le couplage entre l'onde de pompe issue de la diode et les moyens d'amplification est rendu efficace du fait des multiples passages de l'onde de pompe dans le milieu amplificateur, par effet cavité.

Dans le cas particulier représenté en figure 9, les moyens d'amplification se présentent sous la forme d'un guide optique 32 avantageusement monomode. La cavité de la diode est alors fermée par un miroir 33 placé à l'extrémité du guide 32. Le miroir 33 est réalisé, par exemple, par une structure périodique d'indice, communément appelée réseau de Bragg, obtenue par gravure de la surface ou par photo inscription du guide 32. Le guide 32 peut tre une fibre optique ou un guide obtenu par échange d'ions dans des verres.

Le signal E à amplifier est couplé à l'amplificateur, par exemple, par une jonction Y ou par un coupleur dichroïque 31 de type coupleur directionnel optimisé pour tre transparent'au signal à amplifier E et n'induisant pas de pertes du signal de pompe.

Selon un perfectionnement de l'amplificateur représenté en figure 9, le couplage de la diode au guide peut tre optimisé par la présence d'au moins une couche antireflet entre la diode 30 et le guide 32. La diode 30 présente une face FI en regard d'une face F2 du guide 32. Une couche antireflet peut alors tre constituée par un traitement approprié de la face FI et/ou de la face F2.

Une microlentille peut tre interposée entre la diode 30 et le guide 32 afin d'adapter les dimensions de la diode aux dimensions du guide. L'adaptation des dimensions de la diode et du guide peut également tre réalisée à l'aide d'un guide à raccord progressif, communément appelé"taper".

La figure 10 représente un deuxième exemple d'amplificateur optique selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.

Le couplage de la diode au guide est alors optimisé en réalisant un guide à double coeur (zones Zl et Z2 d'indices différents), ce qui permet de relâcher les contraintes d'alignement et d'augmenter le couplage.

L'utilisation d'une cavité étendue couplée à un guide permet avantageusement de bénéficier d'un effet d'auto-alignement des éléments qui constituent la cavité. Il n'est alors pas nécessaire d'aligner avec une grande précision la diode laser et le guide (une précision de 1 pm à 100 pm peut, par exemple, suffire).

Le montage de la cavité s'en trouve simplifié.

Du fait des multiples passages de l'onde de pompe dans le milieu amplificateur, le fonctionnement

de type intracavité de la diode laser et du milieu amplificateur permet avantageusement une absorption quasi-complète de la puissance de pompe dans le milieu actif, indépendamment du coefficient d'absorption linéique du milieu actif.

Par ailleurs, le fonctionnement en cavité étendue permet également de transformer une diode intrinsèquement multimode en diode quasi-monomode, favorisant ainsi le couplage au guide monomode.