L' invention concerne un filtre transverse électrique à fonc¬ tionnement optique et plus particulièrement un filtre transverse programmable utilisant une architecture optique.

Ce filtre transverse programmable est plus particulièrement applicable au filtrage adapté de signaux à large bande.

Le principe du filtre transversal est la sommation de signaux prélevés avec différents retards et différents poids, le long d'une ligne de transmission excitée par le signal à filtrer. A l'aide d'un tel filtre linéaire, on cherche à déterminer la date d'apparition d'un signal p(t) connu a priori. Ce signal p(t) transitoire de durée finie T, est en réalité mélangé à un bruit b(t) supposé indépendant de p(t). C'est alors le signal x(t) = p(t) + b(t) qu'il est nécessaire de filtrer. Lorsqu'un tel filtre est réalisé et qu' il maximise le rapport signal à bruit à l'instant T, il est dit adapté. Dans le cas d'un bruit blanc idéal, la réponse impulsionnelle h(t) du filtre adapté est h(t) = p(-t). Lorsque le bruit n'est pas blanc, ce filtre n'est plus optimal mais il permet cependant encore de déterminer la date d'arrivée de p(t) dans la majorité des cas. La réalisation de filtres adaptés est obtenue dans la plupart des cas par la méthode de pondération telle que décrite dans le document : "J. Max - "Méthodes et techniques de traitement du signal et applications aux mesures physiques" Masson Editeurs 1987. On injecte en permanence, le signal x(t) à l'entrée d'une ligne à retard constituée de N éléments donnant chacun un retard τ comme cela est représenté en figure 1. On suppose en outre disposer d'un échantillonnage sur N+l points du signal p(t) : p(o), p(τ), p(Nτ). La sortie de chaque élément constituant la ligne à retard est pondérée par un coefficient λ tel que : λ _k = p [(N- )τJ / |P _maχ |

où lP I est la valeur maximale du module de p(t). On a ainsi -1 ¹ max'

< λ, < 1. Lorsqu'à un instant donné t , on fait la somme des N+l sorties pondérées on dispose d'un signal Y(t ) tel que :

N = Σ ^x ^ - kτ) p [(N-k)τ] avec Nτ = T k=o

N = , Σ ^x (ti.) P [t.K - (tO - T)] avec (tK = tO - kτ) k=o Ceci est bien la sortie du filtre adapté à l'instant t - T. La technique actuelle permet la réalisation d'un tel dispositif par des moyens numériques mais elle est alors limitée aux basses et moyennes fréquences. D'autres solutions, à base de fibres optiques ont été proposées telle que celle décrite dans le document K.P. Jackson - H.J. Shaw - "Fiber-optic delay-line signal processors" in Optical Signal Processing" édité par J.L. Horner, Académie Press, mais elles se heurtent à la difficulté de réalisation d'un grand nombre de points de couplage.

Le dispositif selon l'invention permet de résoudre ces deux problèmes à savoir, il permet un fonctionnement à hautes fréquences avec un grand nombre de points de couplage, il autorise donc un grand nombre d'échantillons sur des signaux à très hautes fréquences, typiquement N = 1024 de 0 à 20 GHz.

L' invention concerne donc un filtre transverse caractérisé en ce qu' il comporte :

- un modulateur électrooptique recevant une onde optique et un signal électrique à filtrer et retransmettant l'onde optique modulée par le signal électrique, cette onde optique retransmise étant polarisée linéairement ; - un séparateur de faisceau séparant l'onde optique modulée selon plusieurs canaux élémentaires ;

- au moins un ensemble de création de retards en série selon

la direction des canaux élémentaires, un ensemble comportant autant de circuits de création de retard qu' il y a de canaux élémentaires et placés chacun sur un canal élémentaire ;

- un concentrateur de faisceau regroupant les différents canaux et les focalisant sur un détecteur d'intensité lumineuse.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent :

- la figure 1, un système selon l'art connu déjà décrit ; - la figure 2, un exemple général de réalisation d'un filtre transverse selon l'invention ;

- la figure 3, un exemple de réalisation détaillé d'un filtre transverse selon l'invention ;

- la figure 4, un exemple de réalisation d'un ensemble de création de retards ;

- la figure 5, une variante de réalisation d'un ensemble de création de retards ;

- la figure 6, une variante de réalisation des moyens de détection de l'intensité lumineuse. En se reportant à la figure 2, on va donc maintenant décrire un exemple général de réalisation d'un filtre transverse selon 1' invention.

Ce filtre comporte :

- une source S émettant un faisceau lumineux FI ; - un modulateur électrooptique mod recevant le faisceau FI ainsi qu'un signal électrique de commande x(t) qui permet de moduler le faisceau de façon à fournir un faisceau F2 modulé par le signal électrique x(t) auquel on désire appliquer un filtrage transverse c'est-à-dire détecter une information de fréquences réparties sur un temps T ;

- un séparateur de faisceaux DIV recevant le faisceau F2 et le répartissant sur n canaux élémentaires fl à fn ;

- des circuits de création de retards optiques CRI à CRn situés chacun en série sur un canal élémentaire f1 à fn ;

- des modulateurs d'amplitude mal à man modulant l'intensité de la lumière de chaque canal élémentaire ; - un dispositif de focalisation L focalisant les différents canaux ; un dispositif détecteur d'intensité lumineuse PD (photodétecteur) recevant le faisceau focalisé.

Ainsi en affectant des retards adéquats à chaque circuit à retard CRI à CRn on trouvera une information déterminée contenue dans le signal x(t) par détection d'un pic d'intensité lumineuse.

En se reportant à la figure 3, on va maintenant décrire un exemple de réalisation détaillé du dispositif de l'invention.

Le faisceau FI polarisé linéairement issu d'une source laser S est couplé dans un modulateur mod. Celui-ci est par exemple un modulateur intégré sur LiNbO et possède une bande passante s'étendant de 0 à 20 GHz. Il est excité par le signal à filtrer x(t). Le faisceau F2 polarisé linéairement issu de mod est ensuite étendu au moyen d'un système afocal BE de manière à couvrir la surface d'un modulateur spatial de lumière M . Ce modulateur est par exemple une cellule à cristal liquide comportant nxn éléments images. Sur chaque élément image la polarisation de la lumière incidente peut être tournée de 0° à

90° suivant la tension appliquée. On peut noter que seuls deux états (0 et 90°) sont nécessaires et donc, des cellules à cristaux liquides ferroélectriques sont bien adaptées. Le modulateur spatial M. est disposé de telle sorte qu' il découpe nxn voies parallèles dans le faisceau laser étendu. Un ensemble de cubes séparateurs de polarisation PBS.. et PBS.,, et d'un prisme à réflexion totale PI est placé en série avec le modulateur M.. Comme on le voit sur la figure 4, le choix de l'état de la polarisation sur chaque élément image du modulateur

M permet de choisir le chemin suivi par chacun des nxn canaux comportant la porteuse optique du signal x(t). L'ensemble modulateur spatial M - cubes séparateurs PBS. /PBS dispositif de réflexion PI constitue un premier circuit de création de retard.

Ce premier circuit de création de retard est suivi par un deuxième circuit de création de retard placé en série (modulateur spatial M„ - cubes séparateurs PBS„ /PBΞ _? - dispositif de

161116 réflexion P2) et ainsi de suite jusqu'à un p circuit de créa- tion de retard (modulateur spatial Mp - cubes séparateurs PBSpl/PBSp2 dispositif de réflexion Pp). Ces différents circuits sont tels que chaque élément image de chaque modulateur spatial M à M est aligné sur un canal élémentaire créé par le modulateur spatial M.. Lorsque le faisceau étendu a traversé tous les cubes séparateurs (PBS.), il passe dans un modulateur spatial d'am¬ plitude MA. C'est par exemple une cellule à cristal liquide, identique aux modulateurs spatiaux Mi, mais disposée entre pola- riseurs croisés pour moduler l'intensité du faisceau qui la tra¬ verse. Le modulateur MA permet d'affecter sur chaque canal, l'am- plitude de la porteuse optique d'un coefficient λk précédemment défini. On dispose ensuite une lentille L qui assure la sommation de tous ces canaux parallèles sur une photodiode rapide PD. Cette sommation doit être incohérente pour ne pas être perturbée par des termes de déphasages optiques. Il faut donc que la longueur de cohérence du laser soit inférieure à la plus petite différence de marche permise par le système, c'est-à-dire par celle imposée par le plus petit incrément de retard. A l'instant t , la por¬ teuse optique, sur chaque canal, avant traversée de MA est de la forme : - x(t - kτ) |exp j ω (t -kτ) |' ou

- ω est la pulsation du laser,

- τ l'incrément de retard du dispositif.

En effet les dispositifs de réflexion (prismes Pi) sont disposés de manière à définir des retards en progression géométrique : τ, 2τ, 4τ, ... 2 ^P τ avec en outre 2 ^P τ = Nτ. A la traversée de MA chaque canal est affecté d'un coefficient λ caractéristique du signal à détecter dans x(t) et devient ainsi :

S. (t ) = S λ, x (t - kτ) k o o k o

= [p ((N-k)τ). x (t - kτ)/|P I o ' max'

La sommation étant incohérente, la photodiode PD délivre un photocourant proportionnel à la somme :

1 N Y(t ) = p [(N-k)τJ x (t - kτ)

qui est la sortie du filtre adapté à l' instant t - T.

On peut remarquer que la reconfigurabilité des modulateurs spatiaux Mi n'est pas indispensable ici. En effet, les trajets peuvent être fixés une fois pour toutes et seule la valeur des λ peut être modifiée. Les modulateurs spatiaux Mi peuvent donc être remplacés par des matrices fixes de lames λ/2 (λ longueur d'onde du laser).

Une certaine reconfigurabilité du système peut cependant p être utile lorsque 2 > N. En effet, on peut choisir alors la séquence de retard désirée : τ, 2τ, 4τ 2 ^(n~1) τ = Nτ ou τ' = 2τ, 2τ' , 4τ' , ... 2 ^(n_2) τ' = Nτ etc ...

et ainsi adapter la bande passante du filtre à celle du signal p(t ) à détecter.

La figure 5 représente une variante de réalisation d'un circuit à retard. II comporte un dispositif (cube) séparateur de polarisation d'entrée PBS. ., deux dispositifs de réflexion (prisme) P. . et l,ι l,ι

P„ . et un dispositif (cube) de séparation ou recombineur de <-., 1 polarisations de sortie PBS ₉ .. Ces quatre dispositifs

—*» 1 déterminent pour les deux polarisations, deux trajets optiques de même longueur géométrique. Cependant l'un des trajets comporte une lame à faces parallèles FPi qui incorpore un retard optique dans le trajet optique. Les deux trajets optiques n'ont donc pas la même longueur optique. Une telle variante permet ainsi de réaliser des retards très faibles. La figure 6 représente une variante de réalisation du dispositif de l'invention.

Dans cette variante, la lentille L est remplacée par une matrice de lentilles Ll, ... Ln. Au foyer de chacune d'elle est placée une photodiode rapide PD1, PD (1 < n < j). Chaque lentille permet la sommation de N canaux parallèles. Ainsi le modulateur MA est partagé en n domaines de N pixels chacun. A chaque domaine on associe une série de coefficients λ . permettant la recon¬ naissance d'un signal pj(t) présent dans x(t). Cela équivaut à disposer de J filtres adaptés en parallèle, le photocourant fournit par chaque photodiode étant le résultat du filtre de x(t) par le filtre correspondant à pj(t).

Selon une autre variante de réalisation, le nombre d'échan¬ tillons désiré est typiquement N = 1024. Dans cette variante, le nombre d'éléments des modulateurs spatiaux Mi est nxn = Nxn'. A l'intérieur d'un même groupe de n' éléments images, ceux-ci sont dans le même état d'excitation. L'architecture proposée fournit ainsi N faisceaux de n' voies parallèles. Chaque faisceau

joue donc le rôle précédemment décrit d'un élément image. De même MA comporte nxn pixels. Les éléments images de ce modulateur spatial MA n'ont plus que deux états de transmission possibles 0 et 1. Ainsi en choisissant le nombre d'éléments images du modu- lateur MA à l'état passant dans un faisceau de n' voies, on af¬ fecte le poids désiré à la valeur de retard fournie par ce fais¬ ceau. Le contrôle des poids n'est plus alors analogique mais devient digital. Le nombre n' chiffre alors la dynamique des poids. A titre d'exemple de réalisation, le filtre transverse selon l'invention peut être réalisé de la manière suivante : S : Laser solide, pompé diode largement multimode, qqs 100 mW, λ 1,3 μ - 1,5 μm

mod : modulateur optique intégré sur LiNbO„ large bande O —> 20 GHz profondeur de modulateur 80 à 100 '/. pertes d' insertion 6 dB

Mi : cellules à cristal liquide nématique twisté ou

2 ferroélectrique 40 x 40 mm

32 x 32 pixels commandés individuellement taux d'extinction entre polariseurs croisés : 1:1000

MA : identique aux Mi mais placé entre polariseurs croisés

PD : photodiode rapide

Valeur des retards : pour 20 GHz de bande passante l' incrément τ = 25 ps

1024 incréments sont réalisés sur 1024 voies au moyen de 10 modulateurs Mi

Le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants :

- Il permet de filtrer des signaux de très haute fréquence et à large bande passante puisque la valeur de l'incrément de retard peut être aussi faible que voulue (voir figure 5 : le retard résulte de l'interposition d'une lame à faces parallèles sur le trajet d'une des polarisations).

- Le contrôle des poids λ est assuré en parallèle sur un dispositif unique Mi. En outre, ce contrôle indépendant sur chaque voie permet la compensation de la dispersion des niveaux résultant des différents chemins suivis.

- L'architecture proposée est entièrement, et à chaque instant reconfigurable. La valeur de l'incrément de retard peut ainsi être en permanence, adaptée à la bande passante du signal à filtrer.

- Un nombre de voies supérieur à celui des retards autorise la défaillance de certains éléments images sans affecter les performances du système.

Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les dispositifs de création de retard (cellules à cristaux liquides, séparateurs de polarisation, etc. ) ainsi que le modulateur d'amplitude peuvent être réalisés différemment que ce qui a été décrit.