FR2839160A1 - OPTICAL FILTERING DEVICE PROVIDING A PROGRAMMABLE DIFFRACTIVE ELEMENT, SPATIAL ROUTER OF SPECTRAL BANDS, AND CORRESPONDING CHROMATIC DISPERSION COMPENSATION DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif optique de filtrage comprenant au moins une fibre optique d'entrée et au moins une fibre optique de sortie.Selon l'invention, un tel dispositif comprend des moyens de transfert, vers au moins une desdites fibres optiques de sortie, d'au moins une bande spectrale d'au moins un signal à multiples longueurs d'onde incident par au moins une desdites fibres optiques d'entrée, lesdits moyens de transfert mettant en oeuvre au moins un élément diffractif programmable situé sur un chemin optique entre la ou lesdites fibres optiques d'entrée et la ou lesdites fibres optiques de sortie.L'invention concerne également un routeur de bandes spectrales et un dispositif de compensation de dispersion chromatique mettant en oeuvre un tel dispositif de filtrage.The invention relates to an optical filtering device comprising at least one input optical fiber and at least one output optical fiber. According to the invention, such a device comprises transfer means, to at least one of said output optical fibers , at least one spectral band of at least one signal with multiple wavelengths incident by at least one of said input optical fibers, said transfer means implementing at least one programmable diffractive element located on an optical path between said input optical fiber (s) and said output optical fiber (s). The invention also relates to a spectral band router and a chromatic dispersion compensation device using such a filtering device.
Description
inférieure à 500 mm/minute.less than 500 mm / minute.
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Dispositif optique de filtrage mettant en auvre un élément diffractif programmable, routeur spatial de bandes spectrales et dispositif de Optical filtering device implementing a programmable diffractive element, spectral band spatial router and device
compensation de dispersion chromatique correspondants. corresponding chromatic dispersion compensation.
Le domaine de l' invention est celui des télécommunications par fibres optiques. Plus précisément, l'invention concerne une technique de réalisation de filtres optiques accordables, notamment utilisés dans la conception de dispositifs The field of the invention is that of optical fiber telecommunications. More specifically, the invention relates to a technique for producing tunable optical filters, in particular used in the design of devices.
de routage de bandes spectrales et de compensation de dispersion chromatique. spectral band routing and chromatic dispersion compensation.
Les fonctions de routage de bandes spectrales et de compensation de dispersion chromatique revêtent une importance particulière dans la mise en Spectral band routing and chromatic dispersion compensation functions are of particular importance in the implementation of
_uvre de réscaux de communication optiques de nouvelle génération. the work of new generation optical communication networks.
Ainsi, par exemple, le routage de bandes spectrales est indispensable pour partager une source à multiples longueurs d'ondes entre le "hub office" (en français, "concentrateur" ou "multi-répéteur") d'un prestataire de services et un fournisseur de contenu, ainsi que décrit dans l'article de C. F. Lam et al. intitulé "Programmable optical multicasting in a region: metro area network using a wavelength selective optical cross-connect" (en français "Diffusion sélective optique programmable dans une région: réscau métropolitain mettant en _uvre un dispositif de connexion optique sélectif en longueur d'ondes"), Proc. ECOC 01 Thus, for example, the routing of spectral bands is essential to share a source at multiple wavelengths between the "hub office" (in French, "concentrator" or "multi-repeater") of a service provider and a service provider. content provider, as described in the article by CF Lam et al. entitled "Programmable optical multicasting in a region: metro area network using a wavelength selective optical cross-connect" (in French) "Programmable optical selective scattering in a region: metropolitan network implementing a wavelength selective optical connection device" ), Proc. ECOC 01
Amsterdam, Octobre 2001, pages 614-615. Amsterdam, October 2001, pages 614-615.
On connâît à ce jour plusieurs techniques de routage de bandes spectrales, et notamment celle proposce dans l'article de J. K. Rhee et al. intitulé "Variable pass-band optical add-drop multiplexer using wavelength selective switch" (en français "multiplexeur d'insertion-extraction optique passe-bande variable, mettant en _uvre un commutateur sélectif en longueur d'onde"), Proc. ECOC 01 Amsterdam, Octobre 2001, pages 550-551. Cette solution, proposée pour implanter des commutateurs sélectifs en longueur d'onde ou des multiplexcurs d'insertion-extraction à bandes spectrales variables, repose sur une configuration d'optique en espace libre, mettant en _uvre des modulateurs spatiaux à cristal liquide. To date, several techniques for routing spectral bands, and in particular that proposed in the article by J. K. Rhee et al. entitled "Variable Pass-band Optical Add-drop Multiplexer Using Wavelength Selective Switch" (in English "Variable Bandwidth Optical Insertion-Optical Multiplexer, Implementing a Selective Wavelength Switch"), Proc. ECOC 01 Amsterdam, October 2001, pages 550-551. This solution, proposed for implementing wavelength selective switches or variable spectral band insertion-extraction multiplexcurs, relies on a free-space optical configuration, implementing liquid crystal spatial modulators.
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Cette solution permet la réalisation de filtres à profil plat sur une large bande spectrale et un filtrage continu entre canaux adjacents. Les canaux sont tout d'abord démultiplexés grâce à une optique diffractive fixe, puis imagés sur un modulateur spatial de lumière (MSL), qui joue le rôle de filtre spatial de longueurs d'onde. La largeur et la sélectivité du canal sont déterminées par le nombre de pixels ou groupes de pixels activés. Les différents canaux sont ensuite recombinés This solution allows the realization of flat profile filters over a wide spectral band and continuous filtering between adjacent channels. The channels are first demultiplexed using fixed diffractive optics and then imaged on a spatial light modulator (MSL), which acts as a spatial filter of wavelengths. The width and selectivity of the channel are determined by the number of pixels or groups of pixels that are activated. The different channels are then recombined
par processus inverse.by reverse process.
Cette solution a pour inconvénient de nécessiter la mise en _uvre de deux éléments optiques distincts, à savoir tout d'abord une optique diffractive fixe réalisant une opération de démultiplexage, puis un modulateur spatial de lumière, This solution has the disadvantage of requiring the implementation of two distinct optical elements, namely first a fixed diffractive optics performing a demultiplexing operation, then a spatial light modulator,
qui réalise une opération de filtrage spatial. which performs a spatial filtering operation.
Le dispositif de routage conçu selon une telle technique est donc peu compact. En outre, I'utilisation de plusieurs éléments optiques distincts tend à accroître les pertes affectant le signal lumineux, et donc à diminuer le rendement The routing device designed according to such a technique is therefore little compact. In addition, the use of several distinct optical elements tends to increase the losses affecting the light signal, and thus to reduce the efficiency
global du dispositif de routage ainsi réalisé. global routing device thus achieved.
Un autre inconvénient de ce dispositif est qu'il ne permet pas de régler Another disadvantage of this device is that it does not solve
avec précision la largeur et la sélectivité spectrale des différents canaux. accurately the width and spectral selectivity of the different channels.
Comme la fonction de routage, la compensation de dispersion chromatique est une fonctionnalité très importante des réseaux de communication optiques de nouvelle génération, notamment lorsque les débits de transmission envisagés sont supérieurs à 10Gbits/s, ainsi qu'exposé par V. Srikant dans "Broadband dispersion and dispersion slope compensation in high bit rate and ultra haul system" (en français "Dispersion large bande, et compensation de la pente de dispersion dans Like the routing function, chromatic dispersion compensation is a very important feature of next-generation optical communication networks, especially when the transmission rates envisaged are higher than 10Gbits / s, as explained by V. Srikant in "Broadband dispersion and dispersion slope compensation in high bit rate and ultra haul system "(in French) Broadband dispersion, and compensation of the dispersion slope in
un système à haut débit très longue distance"), OFC 2001, TuH1-1. a very long distance broadband system "), OFC 2001, TuH1-1.
On rappelle que le problème de la dispersion chromatique résulte du fait que chaque impulsion lumineuse comprend de multiples longueurs d'ondes, chacune de ces longueurs d'ondes présentant des caractéristiques de propagation It is recalled that the problem of chromatic dispersion results from the fact that each light pulse comprises multiple wavelengths, each of these wavelengths having propagation characteristics.
différentes dans le milieu considéré. different in the environment.
On connaît déjà plusieurs techniques de compensation de dispersion chromatique, qui reposent, pour certaines, sur l'utilisation de fibres à Several chromatic dispersion compensation techniques are already known, some of which rely on the use of
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compensation négative, pour d'autres, sur des techniques basées sur l'excitation de modes de propagation d'ordres supérieurs (en anglais "High order modes"). On connâît également plusieurs techniques mettant en _uvre des fibres à base de réseaux de Bragg modulés (en anglais "chirped Bragg gratings"), ainsi que, plus récemment, des solutions utilisant une configuration en espace libre du type VIPA negative compensation, for others, on techniques based on the excitation of higher order modes of propagation (in English "High order modes"). There are also several known techniques using fibers based on modulated Bragg gratings (in English "chirped Bragg gratings"), as well as, more recently, solutions using a free space configuration of the VIPA type.
(marque déposce).(trademark deposit).
Un inconvénient de ces différentes techniques de compensation de dispersion chromatique, qui s'appliquent principalement aux réscaux de transport, est qu'elles ne sont pas adaptatives: en d'autres termes, elles ne peuvent pas être appliquces à des bandes spectrales présentant des dispersions chromatiques variables. Il app araît donc néc es s aire, tant dan s le domai ne du routage de ban de s spectrales que dans celui de la compensation de dispersion chromatique, de A disadvantage of these different chromatic dispersion compensation techniques, which mainly apply to transport networks, is that they are not adaptive: in other words, they can not be applied to spectral bands having dispersions. chromatic variables. It therefore appears necessary, both in the domain of spectral band routing and in that of chromatic dispersion compensation,
concevoir une technique de sélection adaptative de bandes spectrales variables. to design a technique for adaptive selection of variable spectral bands.
1 5 L' invention a notamment pour objectif de satisfaire ce besoin et de pallier The object of the invention is in particular to satisfy this need and to overcome
les différents inconvénients des techniques de l' art antérieur. the various disadvantages of the techniques of the prior art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique de sélection de bandes spectrales variables et de filtrage de bande spectrale More specifically, an object of the invention is to provide a technique for selecting variable spectral bands and spectral band filtering.
accordable en longueur d'onde.tunable wavelength.
L' invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui puisse être avantageusement utilisée pour la conception de dispositifs de routage de It is another object of the invention to provide such a technique which can be advantageously used for the design of routing devices.
bandes spectrales et/ou de compensation de dispersion chromatique. spectral bands and / or chromatic dispersion compensation.
L'invention a également pour objectif de proposer une telle technique de routage mettant en _uvre un nombre d'éléments optiques réduit par rapport aux The invention also aims to propose such a routing technique implementing a reduced number of optical elements compared to
techniques de 1'art antérieur.prior art techniques.
Encore un objectif de l'invention est de fournir une technique de compensation de dispersion chromatique adaptative, qui puisse être appliquée à Yet another object of the invention is to provide an adaptive chromatic dispersion compensation technique which can be applied to
des bandes spectrales de dispersions chromatiques variables. spectral bands of variable chromatic dispersions.
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Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparatront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif optique de filtrage comprenant au moins une fibre optique These objectives, as well as others that will appear thereafter, are achieved with the aid of an optical filtering device comprising at least one optical fiber
d'entrée et au moins une fibre optique de sortie. input and at least one output optical fiber.
Selon l'invention, un tel dispositif comprend des moyens de transfert, vers au moins une desdites fibres optiques de sortie, d'au moins une bande spectrale d'au moins un signal à multiples longueurs d'onde incident par au moins une desdites fibres optiques d'entrée, lesdits moyens de transfert mettant en _uvre au moins un élément diffractif programmable situé dans un plan intermédiaire entre According to the invention, such a device comprises means for transferring, to at least one of said optical output fibers, at least one spectral band of at least one signal with multiple incident wavelengths by at least one of said fibers. input optical means, said transfer means implementing at least one programmable diffractive element located in an intermediate plane between
la ou lesdites fibres optiques d'entrée et la ou lesdites fibres optiques de sortie. the at least one input optical fiber and the at least one optical output fiber.
Ainsi, l'invention propose une approche tout à fait nouvelle et inventive de sélection et de filtrage de bandes spectrales. En effet, l'invention repose notamment sur l'exploitation des caractéristiques de dépendance chromatique d'un élément diffractif programmable. Elle permet donc avantageusement de sélectionner une bande spectrale quelconque, centrée sur une longueur d'onde X; quelconque d'un signal incident à multiples longueurs d'ondes, et de la transférer vers une fibre optique de sortie quelconque du dispositif de filtrage ainsi Thus, the invention provides a completely new and inventive approach to selection and filtering of spectral bands. Indeed, the invention is based in particular on the exploitation of the chromatic dependence characteristics of a programmable diffractive element. It therefore advantageously makes it possible to select any spectral band, centered on a wavelength λ; any incident signal at multiple wavelengths, and transfer it to any output optical fiber of the filter device as well as
constitué, par programmation adéquate de l'élément diffractif programmable. constituted by adequate programming of the programmable diffractive element.
L'invention permet donc, contrairement aux techniques de l'art antérieur, de réaliser une sélection adaptative de bandes spectrales variables en largeur et en longueur d'onde, permettant la conception d'un filtre de bande spectrale accordable en longueur d'onde. Le dispositif de filtrage de l'invention présente en outre l'avantage, par rapport aux techniques connues de l'art antérieur, d'être compact et simple, puisqu'il ne nécessite la mise en _uvre que d'un élément optique, à savoir un élément diffractif programmable. L'utilisation d'un tel dispositif est particulièrement souple et adaptable en fonction des caractéristiques The invention thus makes it possible, unlike the techniques of the prior art, to perform an adaptive selection of spectral bands that vary in width and wavelength, enabling the design of a wavelength-tunable spectral band filter. The filtering device of the invention also has the advantage, compared to the techniques known from the prior art, of being compact and simple, since it only requires the use of an optical element, know a programmable diffractive element. The use of such a device is particularly flexible and adaptable depending on the characteristics
du signal incident et du filtrage que l'on souhaite réaliser. the incident signal and the filtering that is desired.
Avantageusement, un tel dispositif comprend des moyens de programmation permettant de modifier, dans au moins une direction, la période Advantageously, such a device comprises programming means for modifying, in at least one direction, the period
spatiale d'un motif dudit élément diffractif programmable. space of a pattern of said programmable diffractive element.
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Préférentiellement, lesdits moyens de programmation permettent de configurer ledit élément diffractif programmable de façon qu'il présente une période spatiale P dans ladite au moins une direction, de sorte qu'une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde Ni donnée soit diffractée dans ladite au moins une direction par ledit élément diffractif programmable selon un angle 0; Preferably, said programming means make it possible to configure said programmable diffractive element so that it has a spatial period P in said at least one direction, so that a spectral band centered on a given wavelength Ni is diffracted in said at least one direction by said programmable diffractive element at an angle θ;
prédéterminé tel que sini=k, o k est un nombre entier. predetermined such that sini = k, where k is an integer.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdits moyens de programmation apportent à ladite période spatiale P une perturbation équivalente à une variation inférieure à la taille d'un pixel dudit élément diffractif programmable. According to an advantageous characteristic of the invention, said programming means provide said spatial period P with a perturbation equivalent to a variation less than the size of a pixel of said programmable diffractive element.
On peut ainsi obtenir une variation infinitésimale de la période du réseau. It is thus possible to obtain an infinitesimal variation of the period of the network.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits moyens de programmation permettent de configurer ledit élément diffractif programmable de façon qu'il présente une période spatiale P comprenant: au moins une sous-période comprenant N pixcls; - au moins une sous-péri ode compren ant N2 pixel s, According to an advantageous embodiment of the invention, said programming means make it possible to configure said programmable diffractive element so that it has a spatial period P comprising: at least one sub-period comprising N pixcls; at least one subperiod including N2 pixels s,
o N et N2 sont deux nombres entiers distincts. o N and N2 are two distinct integers.
Selon une première variante de réalisation avantageuse de l'invention, ledit According to a first advantageous variant embodiment of the invention, said
élément diffractif est un hologramme numérique programmable. diffractive element is a programmable digital hologram.
Avantageusement, ledit hologramme numérique programmable est affiché sur un modulateur spatial de lumière à niveaux de modulation d'amplitude ou de Advantageously, said programmable digital hologram is displayed on a spatial light modulator with amplitude modulation levels or
phase, lesdits niveaux étant continus ou quantifiés. phase, said levels being continuous or quantized.
De façon préférentielle, ledit modulateur spatial de lumière peut être Preferably, said spatial light modulator can be
associé à au moins un élément diffractif fixe. associated with at least one fixed diffractive element.
Selon un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, un tel dispositif comprend une lentille collimatrice, ledit élément diffractif agit en réflexion et est situé dans le plan focal image de ladite lentille collimatrice, et lesdites au moins une fibre optique d'entrée et de sortie sont situées dans le plan focal obj et de l adite lentille collimatrice, de faç on à former un montage d'optique According to a first advantageous embodiment of the invention, such a device comprises a collimating lens, said diffractive element acts in reflection and is located in the image focal plane of said collimating lens, and said at least one optical fiber input and are located in the focal plane obj and the collimating lens, so as to form an optical assembly
en espace libre de type 4-f replié. in free space type 4-f folded.
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Selon un deuxième mode de réalisation avantageux de l'invention, un tel dispositif comprend deux lentilles collimatrices, appelées respectivement première et deuxième lentilles, ledit élément diffractif est situé dans le plan focal image de ladite première lentille et dans le plan focal objet de ladite deuxième lentille, ladite au moins une fibre optique d'entrce est situce dans le plan focal objet de ladite première lentille, et ladite au moins une fibre optique de sortie est située dans le plan focal image de ladite deuxième lentille, de façon à former un montage According to a second advantageous embodiment of the invention, such a device comprises two collimating lenses, called respectively first and second lenses, said diffractive element is located in the image focal plane of said first lens and in the object plane of said second lens. lens, said at least one optical fiber input is located in the object focal plane of said first lens, and said at least one optical output fiber is located in the image focal plane of said second lens, so as to form a mounting
d'optique en espace libre de type 4-f. 4-f free-space optics.
Avantageusement, un tel dispositif comprend une matrice d'au moins deux fibres optiques de sortie, chacune desdites fibres étant caractérisce par sa position par rapport à l'axe optique dudit dispositif, de façon que ledit dispositif constitue une batterie d'au moins deux filtres accordables, et il comprend des moyens d'ajustement holographiques de la sélectivité spectrale de chacun desdits filtres, en fonction de ladite position par rapport à l'axe optique de ladite fibre optique de Advantageously, such a device comprises a matrix of at least two optical output fibers, each of said fibers being characterized by its position with respect to the optical axis of said device, so that said device constitutes a battery of at least two filters. tunable, and includes means for holographic adjustment of the spectral selectivity of each of said filters, as a function of said position with respect to the optical axis of said optical fiber of
sortie correspondante.corresponding output.
De façon avantageuse, lesdites fibres optiques de sortie sont des fibres monomodes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, au moins une desdites fibres monomodes présente au moins une lentille en son extrémité, de Advantageously, said output optical fibers are monomode fibers. According to an advantageous characteristic of the invention, at least one of said monomode fibers has at least one lens at its end,
façon à former une fibre monomode lentillée. to form a lenticular monomode fiber.
Préférentiellement, ladite lentille comprend au moins un tronçon de fibre à Preferably, said lens comprises at least one fiber section to
gradient d'indice rapporté par assemblage et fracture. index gradient reported by assembly and fracture.
De manière préférentielle, ladite lentille comprend en outre un tronçon de fibre en silice entre ladite fibre monomode et ledit tronçon de fibre à gradient Preferably, said lens further comprises a section of silica fiber between said monomode fiber and said section of gradient fiber
d'indice rapporté par assemblage et fracture. of index reported by assembly and fracture.
Avantageusement, un tel dispositif comprend des moyens de réglage d'un Advantageously, such a device comprises means for adjusting a
gabarit de filtrage appliqué à au moins une desdites longueurs d'onde. filtering mask applied to at least one of said wavelengths.
De façon avantageuse, ledit gabarit de filtrage est superposé audit élément Advantageously, said filtering template is superimposed on said element
diffractif programmable.programmable diffractive.
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Ainsi, une fonction de fenêtrage est superposée à l'élément diffractif. Thus, a windowing function is superimposed on the diffractive element.
L'action d'une telle fonction de fenêtrage est un désaccord spatial du mode incident sur la fibre, se répercutant sur la sélectivité en longueur d'onde de cette dernere. Selon une variante avantageuse, ledit gabarit de filtrage est inclus dans The action of such a windowing function is a spatial disagreement of the incident mode on the fiber, having repercussions on the wavelength selectivity of the latter. According to an advantageous variant, said filtering template is included in
ledit élément diffractif programmable. said programmable diffractive element.
La fenêtre correctrice fait alors partie de l'hologramme numérique. The corrective window is then part of the digital hologram.
L'invention concerne également un routeur de bandes spectrales comprenant au moins un dispositif optique tel que décrit précédemment, le ou The invention also relates to a spectral band router comprising at least one optical device as described above, the or
lesdits dispositifs comprenant au moins deux fibres optiques de sortie. said devices comprising at least two optical output fibers.
Préférentiellement, dans un tel routeur de bandes spectrales selon l'invention, ledit élément diffractif est configurable dynamiquement de façon à router au moins deux bandes spectrales distinctes d'au moins un signal incident, Preferably, in such a spectral band router according to the invention, said diffractive element is dynamically configurable so as to route at least two distinct spectral bands of at least one incident signal,
respectivement vers des fibres optiques de sortie Fj distinctes. respectively to separate output optical fibers Fj.
Avantageusement, lesdits moyens de programmation permettent de configurer ledit élément diffractif programmable, de façon que ledit élément diffractif programmable présente, dans ladite au moins une direction, une période spatiale P correspondant à la combinai son d'une pluralité de périodes spati ales Pi, o chacune desdites périodes spatiales Pi est telle que, lorsque ledit élément diffractif programmable présente ladite période spatiale Pi, une bande spectrale Advantageously, said programming means make it possible to configure said programmable diffractive element, so that said programmable diffractive element has, in said at least one direction, a spatial period P corresponding to the combination of a plurality of spatial periods Pi, o each of said spatial periods Pi is such that, when said programmable diffractive element has said spatial period Pi, a spectral band
centrée sur j est transférée vers ladite fibre optique de sortie Fj. centered on j is transferred to said output optical fiber Fj.
De manière préférentielle, lesdites fibres optiques de sortie sont situées sur un cercle d'isochromatisme, de façon que le routage desdites bandes spectrales Preferably, said output optical fibers are located on an isochromatic circle, so that the routing of said spectral bands
s'effectue à bande passante constante. is made with constant bandwidth.
L'invention concerne aussi un dispositif de compensation de dispersion The invention also relates to a dispersion compensation device
chromatique, comprenant un dispositif optique tel que décrit précédemment. chromatic, comprising an optical device as described above.
Préférentiellement, au moins une desdites fibres optiques de sortie est Preferably, at least one of said output optical fibers is
connectée à au moins un tronçon de fibre à compensation chromatique négative. connected to at least one fiber section with negative chromatic compensation.
8 28391608 2839160
Dans un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdits tronçons de fibre à compensation chromatique négative présentent une extrémité In a first advantageous embodiment of the invention, said sections of fiber with negative chromatic compensation have an end
réfléc hi ss ante.reflec hi ss ante.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, lesdites fibres optiques de sortie sont situées sur un cercle d'isochromatisme. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, lesdites fibres optiques de sortie sont situées sur au moins deux cercles d'isochromatisme distincts. Dans un deuxième mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit tronçon de fibre optique à compensation chromatique négative est connocté, par une première extrémité, à une première fibre optique de sortie, et, par une According to a first embodiment of the invention, said optical output fibers are located on an isochromatic circle. According to a second variant embodiment of the invention, said optical output fibers are located on at least two distinct isochromatic circles. In a second advantageous embodiment of the invention, said optical fiber section with negative chromatic compensation is connected, at a first end, to a first output optical fiber, and, by a
deuxième extrémité, à une deuxième fibre optique de sortie. second end, to a second output optical fiber.
Préférentiellement, lesdites première et deuxième fibres optiques de sortie Preferably, said first and second output optical fibers
sont deux fibres diamétralement opposées d'un cercle d'isochromatisme. are two diametrically opposed fibers of a circle of isochromatism.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparatront plus Other features and advantages of the invention will appear more
clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation clearly on reading the following description of an embodiment
préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 présente un syroptique d'un dispositif optique de filtrage selon I'invention, qui peut être appliqué par exemple au routage de bandes spectrales ou à la compensation de dispersion chromatique; - la figure 2 illustre des résultats de mesure de la bande passante des différents filtres du dispositif de la figure 1; - la figure 3 présente deux exemples de motifs de 1'élément diffractif programmable du dispositif de la figure 1; - la figure 4 illustre 1'intensité de couplage dans une fibre optique de sortie du dispositif de l'invention, en fonction de la longueur d'onde, avec les deux exemples de motifs de la figure 3; - la figure 5 illustre la bande passante d'un filtre du dispositif de la figure 1, en fonction du nombre de pixels par période de 1'élément diffractif programmable; - la figure 6 présente un exemple de positionnement des fibres optiques de sortie par rapport à l'axe optique du dispositif de l'invention; - la figure 7 présente un exemple de routage de bandes spectrales à partir du dispositif optique de filtrage de l'invention; - les figures 8a et 8b illustrent, sous forme de courbes de résultats, l'opération de routage de la figure 7; - les figures 9 et 10 illustrent une première variante de réalisation d'un dispositif de compensation chromatique de l'invention, comprenant un dispositif optique de filtrage de la figure 1, et mettant en _uvre des tronçons de fibres à compensation négative présentant une extrémité réfléchissante; - la figure 11 présente une deuxième variante de réalisation d'un dispositif de compensation chromatique selon l'invention, comprenant un dispositif optique de filtrage de la figure 1, et mettant en _uvre des tronçons de fibres à compensation négative connectées sur deux fibres de sortie d'ordre preferred, given by way of a simple illustrative and nonlimiting example, and the appended drawings, among which: FIG. 1 shows a syroptic of an optical filtering device according to the invention, which can be applied, for example, to the routing of bands; spectral or chromatic dispersion compensation; FIG. 2 illustrates measurement results of the bandwidth of the various filters of the device of FIG. 1; FIG. 3 shows two exemplary patterns of the programmable diffractive element of the device of FIG. 1; FIG. 4 illustrates the coupling intensity in an optical fiber output of the device of the invention, as a function of the wavelength, with the two exemplary patterns of FIG. 3; FIG. 5 illustrates the bandwidth of a filter of the device of FIG. 1, as a function of the number of pixels per period of the programmable diffractive element; FIG. 6 shows an example of positioning of the output optical fibers with respect to the optical axis of the device of the invention; FIG. 7 shows an exemplary routing of spectral bands from the optical filtering device of the invention; FIGS. 8a and 8b illustrate, in the form of result curves, the routing operation of FIG. 7; FIGS. 9 and 10 illustrate a first variant embodiment of a chromatic compensation device of the invention, comprising an optical filtering device of FIG. 1, and implementing sections of fibers with negative compensation having a reflecting end. ; FIG. 11 shows a second alternative embodiment of a chromatic compensation device according to the invention, comprising an optical filtering device of FIG. 1, and implementing negative compensation fiber sections connected to two output fibers. order
de diffraction symétrique.symmetrical diffraction.
Le principe général de l'invention repose sur la mise en _uvre d'un élément diffractif périodique (du type réseau de phase) ou d'un hologramme numérique mince, utilisé pour la déflexion d'un faisceau lumineux incident, et dont on exploite avantageusement la dépendance chromatique, afin de réaliser un The general principle of the invention is based on the implementation of a periodic diffractive element (of the phase grating type) or of a thin digital hologram used for the deflection of an incident light beam, which is advantageously exploited. chromatic dependence, in order to achieve a
dispositif de filtrage accordable.tunable filtering device.
On présente, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation d'un dispositif optique de filtrage de l'invention, permettant une sélection adaptative de With reference to FIG. 1, an embodiment of an optical filtering device of the invention, allowing an adaptive selection of
bandes spectrales.spectral bands.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise un montage d'imagerie par double diffraction 1 (encore appelé montage 4-f) comprenant: - un hologramme numérique programmable 2; - une fibre optique d'entrée 3; In a preferred embodiment of the invention, use is made of a dual diffraction imaging assembly 1 (also called a 4-f assembly) comprising: a programmable digital hologram 2; an input optical fiber 3;
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- une matrice 4 de fibres optiques en sortie; a matrix 4 of optical fibers at the output;
- une lentille collimatrice 5.- a collimating lens 5.
L'hologramme numérique programmable 2 est situé dans le plan de Fourier (2f), c'est-à-dire dans le plan focal de la lentille collimatrice 5. La matrice 4 de fibres optiques en sortie est disposée dans le plan focal de la lentille collimatrice , symétriquement à 1'hologramme numérique 2, ainsi que représenté sur la figure 1. Le principe de fonctionnement du montage de la figure 1 consiste à exploiter la dépendance chromatique de l'élément diffractif périodique 2 (qui peut être par exemple un réseau de phase ou un hologramme numérique mince), lorsque celui-ci est utilisé pour la déflexion d'un faisccau incident par la fibre The programmable digital hologram 2 is located in the Fourier plane (2f), that is to say in the focal plane of the collimating lens 5. The matrix 4 of the output optical fibers is arranged in the focal plane of the collimator lens, symmetrically with the digital hologram 2, as shown in Figure 1. The operating principle of the assembly of Figure 1 is to exploit the chromatic dependence of the periodic diffractive element 2 (which can be for example a network phase or a thin digital hologram), when it is used for the deflection of an incident beam by the fiber
optique d'entrée 3.optical input 3.
En d'autres termes, on considère le signal à multiples longueurs d'ondes 6, incident par la fibre optique d'entrce 3. Ce signal 6 comprend une pluralité de composantes distinctes de longueurs d'ondes respectives j, o i varie de 1 à N. Le dispositif de la figure 1 permet de sélectionner une bande spectrale quelconque de ce signal 6, centrée par exemple sur une longueur d'onde X, et de la transférer vers l'une quelconque des fibres optiques de la matrice de sortie 4. Dans l'exemple particulier de la figure 1, on cherche à transférer cette bande spectrale vers la fibre In other words, we consider the signal at multiple wavelengths 6, incident by the input optical fiber 3. This signal 6 comprises a plurality of distinct components of respective wavelengths j, where i varies from 1 to N. The device of FIG. 1 makes it possible to select any spectral band of this signal 6, centered for example on a wavelength λ, and to transfer it to any one of the optical fibers of the output matrix 4. In the particular example of FIG. 1, it is sought to transfer this spectral band to the fiber
optique de sortie référencée 7.output optical referenced 7.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on se limite à l'étude des propriétés diffractives de l'hologramme 2 au premier ordre. Toutefois, les ordres supérieurs (bien que moins énergétiques que le premier ordre) peuvent également être utilisés car ils présentent l'avantage d'offrir une plus grande dispersion angulaire. L'adressage d'une fibre de sortie de la matrice 4 s'effectue en imposant l'angle de diffraction de la bande spectrale considérée par In a preferred embodiment of the invention, it is limited to the study of the diffractive properties of the hologram 2 to the first order. However, higher orders (although less energetic than the first order) can also be used because they have the advantage of offering greater angular dispersion. The addressing of an output fiber of the matrix 4 is done by imposing the diffraction angle of the spectral band considered by
l'hologramme 2.the hologram 2.
La valeur de cet angle de diffraction est donnée, en fonction de la longueur d'onde centrale de la bande spectrale considérée et de la période spatiale de The value of this diffraction angle is given, as a function of the central wavelength of the spectral band considered and the spatial period of
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l'hologramme 2, par la relation des réscaux suivante, valable pour un signal en incidence normale sur l'élément diffractif 2: PsinO= k; (1) \, P. 0, et k sont respectivement la longueur d'onde centrale de la bande spectrale sélectionnée, la période spatiale du réseau 2, l' angle et l'ordre de diffraction. On en déduit, par dérivation, la dépendance chromatique du réseau diffractif 2 considéré: hologram 2, by the following equation of rescals, valid for a signal at normal incidence on the diffractive element 2: PsinO = k; (1) \, P. 0, and k are respectively the central wavelength of the selected spectral band, the spatial period of grating 2, the angle and the diffraction order. By derivation, we deduce the chromatic dependence of the diffractive network 2 considered:
= = (2)= = (2)
&X et H sont respectivement les dispersions chromatique et angulaire de l'élément diffractif 2. On notera que la dispersion angulaire 60 est plus grande pour les petites périodes spatiales d du réseau 2 (c'est-à-dire pour les grandes fréquences And X and H are respectively the chromatic and angular dispersions of the diffractive element 2. It will be noted that the angular dispersion 60 is greater for the small spatial periods d of the grating 2 (that is to say for the large frequencies
spatiales de l'élément diffractif 2). of the diffractive element 2).
Les fibres de sortie de la matrice 4, en fonction de leur ouverture The output fibers of the matrix 4, depending on their opening
numérique, constituent une pluralité de filtres de bandes spectrales. digital, constitute a plurality of spectral band filters.
Ces fibres 4 peuvent être des fibres mono-modes classiques et/ou des fibres à c_ur étendu. Ces aspects seront présentés plus en détail dans la suite du document. Les fibres de sortie de la matrice 4 sont caractérisées par leur position par rapport à l'axe optique 8 du dispositif de la figure 1. Le taux d'injection d'un signal dans une fibre optique dépend de la relation suivante: ( 2w, exp-25 avec '5r=w (3) o wr représente la largeur du faisceau incident (ou "waist", en français "col") , w0 représente la largeur du mode de la fibre, et représente la distance entre le centre du faisceau optique incident et le These fibers 4 may be conventional mono-mode fibers and / or fibers with extended heart. These aspects will be presented in more detail later in this document. The output fibers of the matrix 4 are characterized by their position relative to the optical axis 8 of the device of FIG. 1. The injection rate of a signal in an optical fiber depends on the following relation: (2w, exp-25 with 5r = w (3) where wr represents the width of the incident beam (or "waist", in French "col"), w0 represents the width of the mode of the fiber, and represents the distance between the center of the incident optical beam and the
centre du c_ur de la fibre, encore appelé désalignement. center of the heart of the fiber, still called misalignment.
La largeur de la bande passante des différents filtres du dispositif de filtrage de la figure 1 sera donc fonction de la position de la fibre optique de sortie correspondante de la matrice 4, située plus ou moins loin de l' axe optique 8 du système, et de la valeur de pour une longueur d'onde donnée. Cette dépendance The width of the bandwidth of the different filters of the filtering device of FIG. 1 will thus depend on the position of the corresponding output optical fiber of the matrix 4, located more or less far from the optical axis 8 of the system, and the value of for a given wavelength. This dependency
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est illustrée par les résultats expérimentaux de la figure 2, qui montrent que plus la fibre optique de sortie considérée est éloignée de l'axe optique du système ("Out is illustrated by the experimental results of FIG. 2, which show that the more the output optical fiber considered is remote from the optical axis of the system ("Out
#14"), et plus la bande passante du filtre correspondant est étroite. # 14 "), and the bandwidth of the corresponding filter is narrow.
Le principe du dispositif de la figure 1 consiste, pour réaliser des filtres accordables en longueur d'onde à partir des fibres optiques de sortie de la matrice 4, à faire défiler le spectre de longueurs d'ondes du signal incident 6 devant la The principle of the device of FIG. 1 consists, in order to produce wavelength-tunable filters from the output optical fibers of the matrix 4, to scroll the wavelength spectrum of the incident signal 6 in front of the
fibre optique de sortie sélectionnée 7. selected optical output fiber 7.
Compte-tenu de la faible taille du c_ur de la fibre de sortie 7 (typiquement de l'ordre de 10 1lm), le dispositif 1 doit autoriser des déplacements sub microniques du faisccau devant la fibre optique 7, de façon à permettre d'accorder In view of the small size of the core of the output fiber 7 (typically of the order of 10 μm), the device 1 must allow sub-micron displacements of the beam in front of the optical fiber 7, so as to allow tuning.
avec précision la bande passante du filtre correspondant. precisely the bandwidth of the corresponding filter.
Ces déplacements sub-microniques sont avantageusement rendus possibles, dans le dispositif 1, par 1'utilisation d'un hologramme numérique ou d'un réseau diffractif mince 2. Dans ces conditions, l'angle de déflexion du These sub-micron displacements are advantageously made possible, in the device 1, by the use of a digital hologram or a thin diffractive grating 2. Under these conditions, the deflection angle of the
faisccau incident est déterminé par la résolution de 1'élément diffractif 2, c'est-à- the incident is determined by the resolution of the diffractive element 2, i.e.
dire par la taille du plus petit élément de l'hologramme ou du réscau 2 ajustable indépendamment. Plus précisément, si p est la taille d'un pixel de l'élément diffractif 2, et en supposant une onde incidente plane, les angles de diffraction 0; (i=x,y dans la direction des abscisses et des ordonnées) de cette onde sur l'élément diffractif 2 sont donnés par l'équation (1) ci-dessus qui s'exprime sous la forme: siné = k (4) say by the size of the smallest element of the hologram or echo 2 independently adjustable. More precisely, if p is the size of a pixel of the diffractive element 2, and assuming a plane incident wave, the diffraction angles θ; (i = x, y in the direction of the abscissae and ordinates) of this wave on the diffractive element 2 are given by equation (1) above which is expressed as: sine = k (4)
o Nj est le nombre de pixels utilisé par période du réscau dans la dimension i. o Nj is the number of pixels used per period of the network in dimension i.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on se limite à l'étude du premier ordre de diffraction en régime paraxial (c'est-à-dire au cas o k=1 et o les angles de diffraction Oi sont de valeur faible). Pour Oi proche de zéro, I'expression précédente (4) se simplifie donc en: 0i = (5) In a preferred embodiment of the invention, it is limited to the study of the first diffraction order in paraxial regime (that is to say in the case ok = 1 and o the diffraction angles Oi are of low value ). For Oi close to zero, the previous expression (4) is simplified to: 0i = (5)
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L'angle de déflexion D; peut être a priori modifié par une variation des deux paramètres d'ajustement que sont la longueur d'onde et le nombre moyen de pixcls par période spatiale Ni: 1 o i éN (6) A longueur d'onde constante (X = 0), on réalise une correction " digitale ": 6éi = Ni éNi (5) La plus petite variation physique entre deux réseaux 2 différents correspond à un pixel supplémentaire par période spatiale, soit à éNj = 1 dans The angle of deflection D; can be a priori modified by a variation of the two adjustment parameters that are the wavelength and the average number of pixels per space period Ni: 1 oi éN (6) A constant wavelength (X = 0), a "digital" correction is made: 6ei = Ni éNi (5) The smallest physical variation between two different networks 2 corresponds to one additional pixel per spatial period, ie to éNj = 1 in
l'équation (5) ci-dessus.equation (5) above.
Cependant, pour permettre un réglage plus fin de l'angle de diffraction associé à une longueur d'onde donnée, les inventeurs de la présente demande ont envisagé d'utiliser des perturbations de la forme complète du motif du réseau, afin However, to allow a finer tuning of the diffraction angle associated with a given wavelength, the inventors of the present application have contemplated using disturbances of the complete pattern of the pattern of the grating, in order to
d'obtenir des variations âNj inférieures au pixel. to obtain variations ÀNj smaller than the pixel.
Un exemple de réalisation d'une telle perturbation est illustré par la figure 3, qui présente deux motifs presque identiques Gl et G2 du réseau 2, dans une An exemplary embodiment of such a disturbance is illustrated in FIG. 3, which presents two almost identical patterns Gl and G2 of the network 2, in a
direction donnée.direction given.
Le motif Gl de l'élément diffractif 2 est caractérisé par un nombre de pixels Ni par période dans la direction i, ce qui produit un angle de diffraction Bi=, pour une longueur d'onde donnce. (On rappelle que p désigne la taille d'un pixel The pattern G 1 of the diffractive element 2 is characterized by a number of pixels Ni per period in the direction i, which produces a diffraction angle Bi =, for a given wavelength. (Remember that p is the size of a pixel
de 1'élément diffractif 2).of the diffractive element 2).
Le motif G2 de l'élément diffractif 2 est produit par la séquence périodique de sNi+1 pixels dans la direction i, comprenant s-1 souspériodes contenant N pixcls suivies par une période contenant Ni+1 pixels. Le nombre moyen de pixels par période pour G2 est donc égal à NiX(S-l)+ (Ni+l) N 1 The pattern G2 of the diffractive element 2 is produced by the periodic sequence of sNi + 1 pixels in the direction i, comprising s-1 subperiods containing N pixcls followed by a period containing Ni + 1 pixels. The average number of pixels per period for G2 is therefore equal to NiX (S-1) + (Ni + 1) N 1
angle de diffraction = , pour une longueur d'onde donnée. diffraction angle =, for a given wavelength.
La différence angulaire correspondante entre les deux motifs Gl et G2 du réseau diffractif 2 est donc égale à: GI FG2) = SNi+l (6) The corresponding angular difference between the two patterns G1 and G2 of the diffractive grating 2 is therefore equal to: GI FG2) = SNi + 1 (6)
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L'augmentation de la résolution angulaire du dispositif de la figure 1, induite par le passage du motif G au motif G2, comparée à la valeur donnée par la relation (5) avec Ni = 1, peut être mesurée par le rapport suivant: 0(G,}(G2) + Ni s (7) La plus petite valeur du facteur de suréchantillonnage s associé à une perturbation de la forme complète du motif G. du réseau 2 est sn,n = 2. La valeur de s est en outre majorée par le nombre NpiX de pixels de l'élément diffractif mince programmable 2 par dimension à SmaX = NpiX/2Ni Pour des valeurs caractéristiques de NpiX = 1000 et Ni = 10, le gain en The increase in the angular resolution of the device of FIG. 1, induced by the passage of the pattern G to the pattern G2, compared with the value given by the relation (5) with Ni = 1, can be measured by the following ratio: (G,} (G2) + Ni s (7) The smallest value of the oversampling factor s associated with a disturbance of the complete form of the pattern G of the network 2 is sn, n = 2. The value of s is in in addition to the NpiX number of pixels of the programmable thin diffractive element 2 per dimension at SmaX = NpiX / 2Ni For characteristic values of NpiX = 1000 and Ni = 10, the gain in
résolution angulaire, induit par le passage du motif G. au motif G2 est R = 50. angular resolution, induced by the passage of the pattern G. to the motif G2 is R = 50.
Selon le procédé décrit ci-dessus, on peut donc déplacer, dans toutes les directions, le faisccau lumineux de manière infinitésimale devant la fibre 7, par simple configuration du motif de l'élément diffractif programmable 2, par exemple par chargement des pseudo-périodes correspondant au motif G2 dans I'hologramme numérique programmable 2. La fibre optique de sortie 7 devient alors un filtre de bande, centré sur une longueur d'onde \2. Cette longueur d'onde /2 est décalée par rapport à la longueur d'onde centrale /, correspondante, obtenue précédemment avec le motif G Pour évaluer le décalage en longueur d'onde de la bande passante du filtre 7,induit par le passage du motif G au motif G2, il suffit de remarquer que l'angle de diffraction Oi doit être conservé lors du passage de G à G2 (la fibre optique adressée reste la fibre de sortie référencée 7 lors de la configuration de l'hologramme 2), ce qui conduit à: /2-= sN (8) Les résultats de la figure 4 illustrent ce décalage en longueur d'onde induit par le According to the method described above, it is therefore possible to move, in all directions, the light beam infinitesimally in front of the fiber 7, by simple configuration of the pattern of the programmable diffractive element 2, for example by loading the pseudo-periods. corresponding to the pattern G2 in the programmable digital hologram 2. The output optical fiber 7 then becomes a band filter, centered on a wavelength λ 2. This wavelength / 2 is shifted with respect to the corresponding central / wavelength obtained previously with the pattern G to evaluate the wavelength shift of the passband of the filter 7, induced by the passage of the pattern G on the pattern G2, suffice to note that the diffraction angle Oi must be preserved during the transition from G to G2 (the addressed optical fiber remains the output fiber referenced 7 during the configuration of the hologram 2), which leads to: / 2- = sN (8) The results of FIG. 4 illustrate this wavelength shift induced by the
passage d'un motif G. caractérisé par Ni = 14 à un motif G2 caractérisé par s = 10. passing a pattern G. characterized by Ni = 14 to a pattern G2 characterized by s = 10.
Pour un filtre de bande spectrale 7 centré, avant reconfiguration de l'hologramme, sur une longueur d'onde X = 1548 nm, on obtient donc un décalage en longueur d'onde égal à | X2 - \, | = 1548 nm/140 = 11 nm. Après reconfiguration du motif For a spectral band filter 7 centered, before reconfiguration of the hologram, on a wavelength λ = 1548 nm, a wavelength shift equal to X2 - \, | = 1548 nm / 140 = 11 nm. After reconfiguring the pattern
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de l'hologramme, la fibre optique de sortie 7 constitue donc un filtre de bande of the hologram, the output optical fiber 7 therefore constitutes a band filter
centré sur une longueur d'onde i2 = 1537 nm. centered on a wavelength i2 = 1537 nm.
Si l'on utilise une barrette de fibres mono-modes pour concevoir la matrice If a single-mode fiber array is used to design the matrix
4 de fibres optiques de sortie, on réalise ainsi une batterie de filtres accordables. 4 of output optical fibers, a battery of tunable filters is thus produced.
La sélectivité spectrale de chacun de ces filtres accordables est fonction du désaxement de la fibre optique de sortie correspondante par rapport à l'axe The spectral selectivity of each of these tunable filters is a function of the offsetting of the corresponding output optical fiber with respect to the axis
optique du système.optical system.
En effet, en exploitant la dépendance chromatique de l'élément diffractif 2 vis-à-vis du positionnement des fibres optiques de sortie de la matrice 4 dans le plan d'imagerie, on peut exprimer la sélectivité spectrale de chacun des filtres accordables en foncti on du nombre de pixels par péri ode spati ale de l 'élément diffractif 2. Le mode imagé par l'élément diffractif 2 étant centré dans le plan d'imagerie à une distance Xj de l' axe optique, correspondant à la distance du centre la fibre optique de sortie 7 à l'axe optique du dispositif 1, on a: tan(Oi)=X'/f (9) En régime paraxial tan(Oj)=;, et pour une configuration donnée de l'élément diffractif 2, 0N, = 0. Par dérivation de l'équation (9), on obtient: oXi = kf/(Np) o (10) Indeed, by exploiting the chromatic dependence of the diffractive element 2 with respect to the positioning of the output optical fibers of the matrix 4 in the imaging plane, it is possible to express the spectral selectivity of each of the tunable filters in accordance with FIG. one of the number of pixels per spatial period of the diffractive element 2. The mode imaged by the diffractive element 2 is centered in the imaging plane at a distance Xj from the optical axis, corresponding to the distance from the center the optical fiber output 7 to the optical axis of the device 1, we have: tan (Oi) = X '/ f (9) In paraxial regime tan (Oj) = ;, and for a given configuration of the diffractive element 2, 0N, = 0. By derivation of equation (9), we obtain: oXi = kf / (Np) o (10)
o p est la taille d'un pixcl de l'hologramme 2. o p is the size of a pixcl of the hologram 2.
Si l'on fixe les pertes, dues au décalage en longueur d'onde, à une valeur,u et pour une valeur de couplage donnce en dB, on a: dil=N (11) o w désigne le "waist" (ou en français le col) du mode de la fibre optique de If we fix the losses, due to the wavelength shift, to a value, u and for a given coupling value in dB, we have: dil = N (11) ow denotes the "waist" (or in French collar) of the optical fiber mode of
sortie 7 considérée.output 7 considered.
La bande passante d'une fibre de sortie est donc donnce par o(,u=-3dB) = 1.66 Nw On remarque donc que plus le pas du réseau 2 est petit, et plus le réseau est dispersif et la bande passante du filtre accordable, réduite. Pour des valeurs de p = 10-s m, w = 5.10-6, f = 40,5.10-3 m et Nj = 2, on obtient: o = 4.1 nm. Cette valeur peut facilement être réduite en prenant les The bandwidth of an output fiber is therefore given by o (, u = -3dB) = 1.66 Nw. We therefore note that the smaller the pitch of the network 2, the more the network is dispersive and the bandwidth of the tunable filter , scaled down. For values of p = 10-s m, w = 5.10-6, f = 40.5.10-3 m and Nj = 2, we obtain: o = 4.1 nm. This value can easily be reduced by taking the
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ordres supérieurs (c'est-à-dire pour k > 1) mais en contrepartie, la pénalité en higher orders (that is for k> 1) but in return, the penalty in
énergie sera importante.energy will be important.
La courbe de la figure 5 illustre 1 'évolution de la bande pass ante d'un filtre accordable de l 'invention, en fonction du nombre de pixels par période spati ale de I'élément diffractif programmable 2. Le gabarit du filtre peut être ajusté (en termes d'uniformité et de pente), en superposant une fonction de fenêtrage sur le réseau affiché sur l'élément diffractif programmable. Une telle méthode a notamment été proposée, dans le cas d'éléments fixes, par J. P. Laude et S. Louis dans "A new Method for Broadening and Flattening the Spectral Shape of Transmission Channels of WDM Multiplexers and Routers", OECC'98, Techn. Digest, pp. 522-532, Chiba, Japon, Juillet 1998 (en français "une nouvelle méthode pour élargir et aplanir la réponse The curve of FIG. 5 illustrates the evolution of the passband ante of a tunable filter of the invention, as a function of the number of pixels per spatial period of the programmable diffractive element 2. The template of the filter can be adjusted (in terms of uniformity and slope), by superimposing a windowing function on the network displayed on the programmable diffractive element. Such a method has notably been proposed, in the case of fixed elements, by JP Laude and S. Louis in "A new Method for Broadening and Flattening the Spectral Shape of Transmission Channels of WDM Multiplexers and Routers", OECC'98, Techn. . Digest, pp. 522-532, Chiba, Japan, July 1998 (in French "a new method to broaden and flatten the answer
spectrale des canaux de transmission des multiplexeurs et des routeurs WDM"). spectral transmission channels of multiplexers and routers WDM ").
Le choix des fibres optiques de sortie de la matrice 4 est un paramètre important de la conception du dispositif 1 de l'invention. En effet, comme exposé ci-dessus, ces fibres optiques jouent le rôle de filtres spectraux, dont la largeur de The choice of the output optical fibers of the matrix 4 is an important parameter of the design of the device 1 of the invention. Indeed, as explained above, these optical fibers act as spectral filters, the width of which
la bande passante est notamment fonction de la taille du c_ur de la fibre. the bandwidth is in particular a function of the size of the core of the fiber.
L'utilisation, dans la matrice 4, de fibres monomodes lentillées du type de celles décrites dans le document de brevet FR 2 752 623, ayant pour titre "Procédé de fabrication d'un dispositif de couplage optique collectif et dispositif obtenu par un tel procédé", permet en outre de réaliser, selon la technique de l'invention, des batteries de filtres très varices. En effet, on peut par exemple construire des filtres spectraux ayant des bandes passantes comprises entre 100 nm et 2 nm, tout en conservant des angles de déflexion du faisccau sur l'élément diffractif 2 faibles (typiquement inférieurs à 3 ), dont la valeur est principalement limitée par la The use, in the matrix 4, of monomode lentillated fibers of the type of those described in patent document FR 2,752,623, entitled "Method of manufacturing a collective optical coupling device and device obtained by such a method ", further allows to achieve, according to the technique of the invention, very varicose filter banks. Indeed, it is possible, for example, to construct spectral filters having bandwidths of between 100 nm and 2 nm, while maintaining deflection angles of the beam on the diffractive element 2 which are small (typically less than 3), the value of which is mainly limited by the
résolution de l'hologramme numérique programmable 2 utilisé. resolution of the programmable digital hologram 2 used.
On rappelle que ces fibres optiques sont constituces de fibres monomodes classiques, à l'extrémité desquelles on rapporte, par assemblage et fracture, un tronçon de fibre à gradient d'indice, et éventuellement un tronçon de fibre en It will be recalled that these optical fibers consist of conventional monomode fibers, at the end of which, by assembly and fracture, a segment of graded-index fiber is reported, and possibly a fiber section in which
silice, afin de réaliser une fibre optique monomode à c_ur étendu. silica, in order to achieve a single-mode optical fiber with extended core.
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Ces fibres optiques présentent l'avantage d'autoriser des diamètres de modes allant de moins de 5,um à plusieurs dizaines de microns, tout en These optical fibers have the advantage of allowing diameters of modes ranging from less than 5 μm to several tens of microns, while
conservant les propriétés d'une fibre mono-mode. retaining the properties of a single mode fiber.
Ces fibres optiques de sortie peuvent être disposées, au sein de la matrice 4, conformément au schéma de la figure 6. Sur ce schéma, la matrice 4 comprend 7 fibres optiques de sortie 12, qui sont réparties sur deux cercles d'isochromatisme respectivement référencés 10 et 11. Toutes les fibres optiques 12 situées sur un même cercle d'isochromatisme sont situées à la même distance de l'axe optique 8 du système: elles constituent These output optical fibers may be arranged, within the matrix 4, according to the diagram of FIG. 6. In this diagram, the matrix 4 comprises 7 optical output fibers 12, which are distributed over two circles of isochromatism respectively referenced 10 and 11. All the optical fibers 12 located on the same circle of isochromatism are located at the same distance from the optical axis 8 of the system: they constitute
donc des filtres accordables de même bande spectrale. therefore tunable filters of the same spectral band.
On présente désormais, en relation avec la figure 7, un exemple d'application de la technique de filtrage décrite précédemment en relation avec les FIG. 7 is an example of an application of the filtering technique described above in connection with FIGS.
figures 1 à 6, à la réalisation d'un dispositif de routage. Figures 1 to 6, to the realization of a routing device.
Le dispositif 1 peut être complété, dans une variante de l'invention, pour réaliser, outre la fonction de filtrage décrite précédemment, une fonction de routage permettant la réalisation de filtres sélecteurs- routeurs de bandes spectrales. Cette variante de réalisation exploite avantageusement la propriété des The device 1 can be completed, in a variant of the invention, to achieve, in addition to the filtering function described above, a routing function for the realization of selectors-routers spectral bands. This embodiment advantageously exploits the property of the
hologrammes numériques de pouvoir adresser plusieurs fibres simultanément. Digital holograms can address multiple fibers simultaneously.
Par souci de simplification, on s'attachera dans la suite à décrire un exemple simple de réalisation, dans lequel on cherche à effectuer une permutation de bande spectrale entre deux fibres de sortie du dispositif 1. Ainsi, dans une première configuration donnce de l'élément diffractif 2, une fibre 71 constitue un filtre de bande spectrale centré sur une longueur d'onde X, et une seconde fibre 72 constitue un filtre de bande spectrale centré sur une longueur d'onde \2. On cherche à configurer le dispositif 1, de façon qu'il route la bande spectrale de longueur d'onde X vers la seconde fibre optique de sortie référencée 72, et la For the sake of simplification, a description will now be given of a simple embodiment, in which it is sought to perform a spectral band switching between two output fibers of the device 1. Thus, in a first given configuration of the diffractive element 2, a fiber 71 constitutes a spectral band filter centered on a wavelength λ, and a second fiber 72 constitutes a spectral band filter centered on a wavelength λ 2. It is sought to configure the device 1, so that it routes the spectral band of wavelength X to the second output optical fiber referenced 72, and the
bande spectrale centrce sur \2 vers la première fibre référencée 71. spectral band centered on \ 2 towards the first fiber referenced 71.
Les fonctionnalités du dispositif de routage ne sont bien sûr pas limitées à la simple permutation de deux bandes spectrales, mais sont étendues à toutes les The functionality of the routing device is of course not limited to the simple permutation of two spectral bands, but is extended to all
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opérations de routage qui peuvent étre réalisces étant donnés un signal incident à routing operations that can be performed given a signal incident to
multiples longueurs d'ondes vi, et une pluralité de fibres optiques de sortie. multiple wavelengths vi, and a plurality of output optical fibers.
Le principe décrit ci-dessous en relation avec la figure 7 peut donc être généralisé à plusieurs fibres, sous réserve de pertes de puissance supplémentaires induites par le codage holographique. On considère le motif R1 du réseau diffractif 2, qui permet, selon la technique décrite précédemment en relation avec la figure 3, de commuter vers la The principle described below in relation to FIG. 7 can therefore be generalized to several fibers, subject to additional power losses induced by the holographic coding. Considering the pattern R1 of the diffractive grating 2, which makes it possible, according to the technique described above in connection with FIG. 3, to switch to the
fibre référencée 71 une bande spectrale centrée sur la longueur d'onde \. fiber referenced 71 a spectral band centered on the wavelength \.
On considère également le motif R2 du réseau diffractif 2, qui permet de commuter vers la fibre référencée 72 une bande spectrale centrée sur la longueur The pattern R2 of the diffractive grating 2 is also considered, which makes it possible to switch to the fiber referenced 72 a spectral band centered on the length
d'onde \2 OU \1< 72.of wave \ 2 OR \ 1 <72.
On peut alors configurer l'hologramme numérique programmable 2, de façon à ce qu'il corresponde à la combinaison H de ces deux motifs de réseaux R1 et R2, et qu'il réalise donc un routage de la bande X1 vers la première fibre référencce 71 et de la bande X2 vers la deuxième fibre référencée 72.Une telle combinai son correspond à l 'addition des deux coefficients de réflexion des A A A réseaux R1 et R2, R=R1+2, accompagnce d'un codage holographique C approprié, opération symbolisée par H=CR. Cette opération est équivalente à une opération de " bridging " à la différence que les bandes spectrales transmises sur The programmable digital hologram 2 can then be configured so that it corresponds to the combination H of these two network patterns R1 and R2, and thus realizes a routing of the band X1 towards the first reference fiber. 71 and the band X2 to the second fiber referenced 72. Such a combination corresponds to the addition of the two reflection coefficients AAA networks R1 and R2, R = R1 + 2, accompanied by a suitable holographic coding C, operation symbolized by H = CR. This operation is equivalent to a "bridging" operation except that the spectral bands transmitted on
chaque fibre sont différentes.each fiber are different.
Lorsque les fibres référencées 71 et 72 sont situces sur un cercle d'isochromatisme (par exemple le cercle référencé 10 de la figure 6) I'opération de When the fibers referenced 71 and 72 are located on a circle of isochromatism (for example the circle referenced 10 of FIG. 6), the operation of
routage s'effectue alors à bande passante constante. routing is then done at constant bandwidth.
On cherche désormais à permuter ces deux bandes spectrales \ et \2. Pour ce faire, on utilise la méthode des perturbations des motifs du réseau 2 décrite We now try to swap these two spectral bands \ and \ 2. To do this, the pattern disturbance method of the network 2 described is used.
précédemment avec la figure 3.previously with Figure 3.
En d'autres termes, on modifie légèrement le motif R1 (en utilisant une In other words, the pattern R1 is slightly modified (using a
pseudo-période associce R1') de façon à déplacer le spectre vers la gauche (c'est- associated pseudo-period R1 ') so as to shift the spectrum to the left (ie
à-dire dans le sens des longueurs d'onde décroissantes), selon la flèche référencée 73 de la figure 7. Ainsi, on décale en longueur d'onde la bande spectrale incidente that is to say in the direction of decreasing wavelengths), according to the arrow referenced 73 of FIG. 7. Thus, the incident spectral band is shifted in wavelength
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sur la fibre référencée 71, de façon qu'elle soit désormais centrce sur 72. De même, on modifie légèrement le motif R2 (en utilisant une pseudopériode associée R2'), de façon à déplacer le spectre vers la droite (c'est-à-dire dans le sens des longueurs d'onde croissantes), selon la flèche référencce 74 de la figure 7. On peut ensuite former l'hologramme H', résultant de la composition de ces deux pseudo-périodes R1' et R2', qui donne le résultat escompté, ainsi qu'illustré par la figure 7: la bande spectrale centrée sur X2 est maintenant transmise vers la fibre optique référencée 71, et la bande spectrale centrée sur X1 est transmise vers la fibre optique référencée 72. On effectue ainsi une opération de routage de longueur d'onde en changeant simplement la configuration de on the fiber referenced 71, so that it is now centered on 72. Similarly, the pattern R2 is modified slightly (using an associated pseudoperiod R2 '), so as to shift the spectrum to the right (ie that is to say in the direction of increasing wavelengths), according to the reference arrow 74 of FIG. 7. It is then possible to form the hologram H ', resulting from the composition of these two pseudo-periods R1' and R2 ', which gives the expected result, as illustrated by FIG. 7: the spectral band centered on X2 is now transmitted to the optical fiber referenced 71, and the spectral band centered on X1 is transmitted to the optical fiber referenced 72. This is done a wavelength routing operation by simply changing the configuration of
l'hologramme programmable 2 de H vers H'. the programmable hologram 2 from H to H '.
Comme indiqué précédemment, cette opération peut bien sûr être étendue As mentioned before, this operation can of course be extended
au cas d'une pluralité de fibres optiques de sortie. in the case of a plurality of output optical fibers.
Les figures 8a et 8b présentent les courbes représentatives des pertes dans les fibres optiques de sortie 71 et 72, en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour les configurations d'hologramme H et H'. Sur la figure 8a, la bande passante de la fibre référencce 71 est centrée sur 7, = 1530 nm, et la bande passante de la fibre référencce 72 est centrée sur \2 = 1S5O nm environ. Après reconfiguration de l'hologramme 2 selon le motif H', la fibre référencée 72 présente une bande spectrale centrée sur X = 1530 nm, et la fibre référencce 71, FIGS. 8a and 8b show the curves representative of the losses in the output optical fibers 71 and 72, as a function of the wavelength, respectively for the H and H 'hologram configurations. In FIG. 8a, the bandwidth of referenced fiber 71 is centered at 7 = 1530 nm, and the bandwidth of referenced fiber 72 is centered at approximately λ = 1s5O nm. After reconfiguration of the hologram 2 according to the pattern H ', the fiber referenced 72 has a spectral band centered on X = 1530 nm, and the referenced fiber 71,
une bande spectrale centrée sur 2 = 1550 nm, ainsi qu'illustré par la figure 8b. a spectral band centered on 2 = 1550 nm, as illustrated by FIG. 8b.
On présente désormais, en relation avec les figures 9 à 11, des exemples d'application de la technique de filtrage en bande spectrale accordable de l'invention à la réalisation d'un dispositif de compensation de dispersion chromatique. Dans un tel dispositif de compensation de dispersion chromatique de l'invention, on connecte les fibres optiques de sortie de la matrice 4 du dispositif de filtrage 1, opérant comme filtres de bandes spectrales, à des tronçons de fibres spéciales à compensation chromatique négative. Ces tronçons de fibres peuvent FIGS. 9 to 11 show, in connection with FIGS. 9 to 11, examples of application of the tunable spectral band filtering technique of the invention to the production of a chromatic dispersion compensation device. In such a chromatic dispersion compensation device of the invention, the output optical fibers of the matrix 4 of the filtering device 1, operating as spectral band filters, are connected to sections of special fibers with negative chromatic compensation. These fiber sections can
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présenter des caractéristiques différentes en termes de pentes ou de bandes spectrales. La valeur de la compensation chromatique induite par de tels tronçons de fibre est déterminée par leur longueur, ainsi qu'exposé dans l'article de M. Hirano et al. intitulé "Dispersion compensating fiber over 140 nm bandwidth" (en français "Fibre de compensation de dispersion de bande passante supérieure à have different characteristics in terms of slopes or spectral bands. The value of the chromatic compensation induced by such fiber sections is determined by their length, as explained in the article by M. Hirano et al. titled "Dispersion Compensating Fiber Over 140 nm Bandwidth" (in English "Compensation Fiber with Bandwidth Dispersion greater than
nm"), ECOC Octobre 2001.nm "), ECOC October 2001.
Le choix de la fibre optique de compensation et de sa longueur sont conditionnés par le facteur de qualité Q que l'on cherche à obtenir, défini par l'équation suivante: Q = D/oc (11) o D est la dispersion (en ps/nm/km) et ot l'atténuation (en dB/km et fonction de The choice of the compensating optical fiber and its length are conditioned by the quality factor Q that is sought to obtain, defined by the following equation: Q = D / oc (11) where D is the dispersion (in ps / nm / km) and ot attenuation (in dB / km and function of
\) du signal véhiculé par la fibre de compensation. of the signal conveyed by the compensation fiber.
Les figures 9 et 10 illustrent une première variante de réalisation d'un dispositif de compensation de dispersion chromatique, dans lequel les tronçons de FIGS. 9 and 10 illustrate a first variant embodiment of a chromatic dispersion compensation device, in which the sections of FIG.
fibre de compensation 20, 21 et 22 sont utilisés comme miroirs. compensating fibers 20, 21 and 22 are used as mirrors.
En effet, le dispositif de filtrage 1 de l'invention étant conçu selon un montage de type 4-f, on obtient une imagerie parfaite dans le plan de la matrice 4 de fibres de sortie (qui concide avec le plan du "waist", ou col, w0), et les fibres Indeed, the filtering device 1 of the invention being designed according to a type 4-f mounting, we obtain a perfect imaging in the plane of the matrix 4 of output fibers (which is consistent with the plane of the "waist", or collar, w0), and fibers
peuvent être alors utilisées comme miroir sans perte d'information. can then be used as a mirror without loss of information.
Après un parcours dans la fibre de compensation de dispersion 20 par exemple, et réflexion en extrémité 23 de celle-ci, le signal est rétropropagé et suit le parcours optique inverse pour se recombiner dans la fibre de sortie 24 avec les signaux ayant suivis d'autres parcours, c'està-dire emprunté d'autres tronçons 21 After a run in the dispersion compensating fiber 20 for example, and reflection at the end 23 thereof, the signal is backpropagated and follows the reverse optical path to recombine in the output fiber 24 with the signals that have followed. other routes, ie taken from other sections 21
ou 22 de fibre à compensation de dispersion. or 22 of dispersion compensating fiber.
Une telle fibre de sortie 24 correspond à la fibre d'entrée référencée 3 du Such an output fiber 24 corresponds to the input fiber referenced 3 of the
dispositif de la figure 1.device of Figure 1.
Le principe décrit ci-dessus permet la réalisation d'une compensation variable adaptative. Le dispositif de la figure 9 présente l'avantage de recombiner automatiquement les signaux après compensation dans les tronçons de fibres 20 à 22, sans qu'il soit nécessaire de mettre en _uvre un dispositif supplémentaire de The principle described above allows the realization of an adaptive variable compensation. The device of FIG. 9 has the advantage of automatically recombining the signals after compensation in the fiber sections 20 to 22, without it being necessary to implement an additional device of FIG.
recombinaison.recombination.
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Dans la variante de réalisation de la figure 9, on utilise des filtres de même largeur spectrale, en sélectionnant des fibres optiques de sortie 30, 31 et 32 situces sur le même cercle d'isochromatisme 11. Dans ce dispositif, les paramètres modulables correspondent au choix de la bande spectrale, qui est déterminée par la configuration de l'hologramme 2 utilisce, et de la valeur de la compensation, In the variant embodiment of FIG. 9, filters of the same spectral width are used, by selecting output optical fibers 30, 31 and 32 on the same isochromatic circle 11. In this device, the adjustable parameters correspond to the choice of the spectral band, which is determined by the configuration of the hologram 2 used, and the value of the compensation,
détermince par le choix d'une fibre optique 30,31 ou 32 dans le plan de sortie. determined by the choice of an optical fiber 30, 31 or 32 in the output plane.
Dans la variante de réalisation de la figure 10, en revanche, on travaille sur deux bandes spectrales différentes, en sélectionnant deux isochromes référencés et 11 distincts. Ainsi, le signal incident est transféré vers deux fibres optiques de sortie référencées 33 et 34, respectivement situces sur les cercles d'isoschromatisme 10 et 11. Chacune de ces fibres 33, 34 est connectée à un tronçon de fibre à compensation de dispersion 37, 36, dont l'extrémité est recouverte d'un traitement réfléchissant 23, afin que ces tronçons de fibre 36, 37 jouent le rôle de miroir. Comme pour le montage de la figure 9, les signaux subissent une rétro-propagation dans les fibres 33 et 34, puis sont recombinés In the variant embodiment of FIG. 10, on the other hand, two different spectral bands are used, selecting two isochromes that are referenced and 11 distinct. Thus, the incident signal is transferred to two output optical fibers referenced 33 and 34 respectively situces on isoschromatism circles 10 and 11. Each of these fibers 33, 34 is connected to a dispersion-compensated fiber section 37, 36, whose end is covered with a reflective treatment 23, so that these fiber sections 36, 37 act as a mirror. As for the assembly of FIG. 9, the signals are backpropagated in the fibers 33 and 34, and then recombined.
dans la fibre référencée 24.in the fiber referenced 24.
* La figure 11 présente une troisième variante de réalisation du dispositif de compensation de dispersion chromatique de l'invention, qui permet d'éviter la rétro-propagation du signal dans les fibres optiques de sortie de la matrice 4, et donc le traitement des tronçons de fibres à compensation de dispersion en leur extrémité. Selon cette variante, un tronçon de fibre à compensation de dispersion 42 est connecté, par chacune de ses extrémités, à deux fibres optiques de sortie référencées 40 et 41 situces sur un même cercle d'isochromatisme 11. Ces deux fibres optiques 40 et 41, diamétralement opposées sur le cercle d'isochromatisme 11, correspondent à deux ordres de diffraction symétriques de l'hologrammeFIG. 11 shows a third variant embodiment of the chromatic dispersion compensation device of the invention, which makes it possible to prevent signal back-propagation in the optical fiber output of the matrix 4, and therefore the processing of the sections dispersion-compensated fibers at their ends. According to this variant, a dispersion-compensated fiber section 42 is connected, at each of its ends, to two output optical fibers referenced 40 and 41 on the same isochromatic circle 11. These two optical fibers 40 and 41, diametrically opposite on the circle of isochromatism 11, correspond to two symmetrical orders of diffraction of the hologram
numérique programmable 2 du dispositif 1 de l'invention. 2 programmable digital device 1 of the invention.
Une telle configuration correspond pour exemple au cas d'un système holographique à niveau de phase binaire. Le montage de la figure 11 nécessite un bon équilibrage des 2 chemins optiques, de la fibre d'entrée 24 à la fibre optique Such a configuration corresponds for example to the case of a holographic system with a binary phase level. The assembly of FIG. 11 requires a good balancing of the two optical paths, from the input fiber 24 to the optical fiber
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de sortie 41 d'une part, et de la fibre optique de sortie 40 à la fibre d'entrée 24 d'autre part, en sons inverse. Toutefois l'erreur induite par un déséquilibre de ces deux chemins optiques reste faible par rapport à la compensation de dispersion output 41 on the one hand, and the output optical fiber 40 to the input fiber 24 on the other hand, in opposite sounds. However, the error induced by an imbalance of these two optical paths remains low compared to the dispersion compensation
chromatique apportée par la fibre référencée 42. chromatic provided by the referenced fiber 42.
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