Étude de la dispersion modale de polarisation dans les systèmes régénérés optiquement
Résumé
With the constant increase of the line bit rate, optical effects creating temporal distortions of pulses are more and more critical. Polarisation mode dispersion (PMD) in the installed fiber plant can limit the transmission distance for 40 Gbit/s signals. Future all optical networks will integrate optical functions for wavelength conversion and regeneration in their switching nodes. In this manuscript we will particularly examine the capability of optical regenerators to combat PMD. If their efficiency is proven they will naturally constitute a cascade of PMD compensators distributed in the network.
After a general introduction to optical transmission systems and to thepolarisation mode dispersion, we present optical regeneration techniques. We propose an original method to characterise the behavior of a regenerator in the presence of PMD, to calculate the outage probability of a link including a regenerator and to study its optimal position within the link.
2R regenerators can be classified into two categories: type I regenerators process pulses without shaping them while type II regenerators give a specific shape to the pulses. The numerical study of the ability for a type I regenerator to combat PMD in a single passage clearly shows that placing a regenerator directly in front of the receiver is useless. Only placing the regenerator inside the link allows to compensate for PMD and its e ciency is maximum when placed close to the middle of the link.
The regeneration technique based on self phase modulation and a detuned filter constitutes a good example of type II regenerators. By its very principle, this regenerator provides a natural way of compensating PMD. But a deep theoretical and experimental investigation shows that it cannot compensate for PMD in a single passage.
This work is concluded by studying the impact of PMD on electrical and optical clock recovery techniques, one of the key components of each 3R regeneratoror receiver. Simple electronic techniques cannot be used because of the electrical spectral “hole burning” effect induced by PMD and the induced clock-data time shift. However using optical clock recovery techniques allows to avoid these two limitations. In particular self-pulsating lasers are very promising components for performing optical clock recovery in the presence of PMD. And their use in a new 3R regenerator allows to demonstrate the possibility of PMD compensation by a 3R regenerator with a simple architecture.
After a general introduction to optical transmission systems and to thepolarisation mode dispersion, we present optical regeneration techniques. We propose an original method to characterise the behavior of a regenerator in the presence of PMD, to calculate the outage probability of a link including a regenerator and to study its optimal position within the link.
2R regenerators can be classified into two categories: type I regenerators process pulses without shaping them while type II regenerators give a specific shape to the pulses. The numerical study of the ability for a type I regenerator to combat PMD in a single passage clearly shows that placing a regenerator directly in front of the receiver is useless. Only placing the regenerator inside the link allows to compensate for PMD and its e ciency is maximum when placed close to the middle of the link.
The regeneration technique based on self phase modulation and a detuned filter constitutes a good example of type II regenerators. By its very principle, this regenerator provides a natural way of compensating PMD. But a deep theoretical and experimental investigation shows that it cannot compensate for PMD in a single passage.
This work is concluded by studying the impact of PMD on electrical and optical clock recovery techniques, one of the key components of each 3R regeneratoror receiver. Simple electronic techniques cannot be used because of the electrical spectral “hole burning” effect induced by PMD and the induced clock-data time shift. However using optical clock recovery techniques allows to avoid these two limitations. In particular self-pulsating lasers are very promising components for performing optical clock recovery in the presence of PMD. And their use in a new 3R regenerator allows to demonstrate the possibility of PMD compensation by a 3R regenerator with a simple architecture.
Avec l'augmentation continue du débit par canal, les effets de déformation des impulsions sont de plus en plus critiques, comme peut l'être la dispersion modale de polarisation (PMD) pour un débit de 40 Gbit/s dans les réseaux de fibre optique actuels. Les réseaux tout optiques du futur intégreront des fonctions de conversion de longueur d'onde et de régénération tout optique au niveau des noeuds de commutation. Dans ce mémoire, nous étudions plus particulièrement la capacité des régénérateurs optiques à combattre la PMD. Si leur e cacité est averée, ils constitueront tout naturellement des compensateurs de PMD distribués dans le réseau.
Après une introduction aux systèmes de télécommunications par fibre optique et au phénomène de dispersion modale de polarisation, nous présentons les techniques de régénération du signal. Nous proposons une méthode originale pour caractériser un régénérateur optique vis-à-vis de la PMD et en déduire la probabilité de coupure d'une liaison avec un régénérateur d'une part, et sa place optimale au sein de la liaison d'autre part.
Les régénérateurs 2R peuvent être classés en deux catégories : les régénérateurs de type I traitent les impulsions sans leur donner de forme particulière tandis que les régénérateurs de type II donnent une forme bien spécifique aux impulsions. L'étude numérique de la capacité d'un régénérateur de type I à combattre la PMD en un passage unique met en évidence l'inutilité d'un régénérateur placé directement devant le récepteur. Seul un régénérateur déporté au sein de la ligne de transmission permet de compenser la PMD dans une certaine mesure, et son e cacité est maximale s'il est placé pratiquement au milieu de la liaison.
La technique de régénération par élargissement spectral et fltrage décalé constitue un bon exemple de régénérateur de type II. Par son principe même, ce type de régénérateur permet une compensation naturelle de la PMD. Mais son étude approfondie théorique et expérimentale démontre son inefficacité pour combattre la PMD en un passage.
Ces travaux se concluent par l'étude de l'impact de la PMD sur les techniques de récupération d'horloge électriques ou optiques, élément clé de tout régénérateur 3R et de tout récepteur. Les techniques électroniques simples ne peuvent être employées en raison du creusement du spectre électrique induit par la PMD et du décalage temporel horloge-données créé. Aussi l'utilisation de techniques de récupération d'horloge tout optiques permet de circonvenir ces deux limitations. En particulier, les lasers auto-pulsants constituent des composants très prometteurs pour réaliser une récupération d'horloge optique en présence de PMD. Enfin leur utilisation dans un régénérateur 3R original permet de démontrer la faisabilité d'une compensation de la PMD par un régénérateur 3R tout optique à architecture simple.
Après une introduction aux systèmes de télécommunications par fibre optique et au phénomène de dispersion modale de polarisation, nous présentons les techniques de régénération du signal. Nous proposons une méthode originale pour caractériser un régénérateur optique vis-à-vis de la PMD et en déduire la probabilité de coupure d'une liaison avec un régénérateur d'une part, et sa place optimale au sein de la liaison d'autre part.
Les régénérateurs 2R peuvent être classés en deux catégories : les régénérateurs de type I traitent les impulsions sans leur donner de forme particulière tandis que les régénérateurs de type II donnent une forme bien spécifique aux impulsions. L'étude numérique de la capacité d'un régénérateur de type I à combattre la PMD en un passage unique met en évidence l'inutilité d'un régénérateur placé directement devant le récepteur. Seul un régénérateur déporté au sein de la ligne de transmission permet de compenser la PMD dans une certaine mesure, et son e cacité est maximale s'il est placé pratiquement au milieu de la liaison.
La technique de régénération par élargissement spectral et fltrage décalé constitue un bon exemple de régénérateur de type II. Par son principe même, ce type de régénérateur permet une compensation naturelle de la PMD. Mais son étude approfondie théorique et expérimentale démontre son inefficacité pour combattre la PMD en un passage.
Ces travaux se concluent par l'étude de l'impact de la PMD sur les techniques de récupération d'horloge électriques ou optiques, élément clé de tout régénérateur 3R et de tout récepteur. Les techniques électroniques simples ne peuvent être employées en raison du creusement du spectre électrique induit par la PMD et du décalage temporel horloge-données créé. Aussi l'utilisation de techniques de récupération d'horloge tout optiques permet de circonvenir ces deux limitations. En particulier, les lasers auto-pulsants constituent des composants très prometteurs pour réaliser une récupération d'horloge optique en présence de PMD. Enfin leur utilisation dans un régénérateur 3R original permet de démontrer la faisabilité d'une compensation de la PMD par un régénérateur 3R tout optique à architecture simple.